Устройство передачи многофазной системы напряжений по однопроводной линии



Устройство передачи многофазной системы напряжений по однопроводной линии
Устройство передачи многофазной системы напряжений по однопроводной линии
Устройство передачи многофазной системы напряжений по однопроводной линии

 


Владельцы патента RU 2616585:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова" (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей передачи многофазной системы напряжений. В предложенном изобретении для передачи используется однопроводная линия (вместо провода С00вых используется общая шина "земля"). Изобретение обладает улучшенными энергетическими показателями в результате введения в каждую фазу нагрузки блоков повторения и задержки импульсов. В предлагаемом решении "пустые" интервалы времени между соседними одиночными импульсами напряжения заполняются повторяющимися импульсами напряжения, которые повторяют одиночный импульс, число таких повторяющихся импульсов на интервале времени Τ может находиться в пределах от 1 до (n-1). Полное заполнение пустых интервалов времени будет при числе импульсов равном (n-1). В этом случае форма напряжения на нагрузке будет ступенчатой, не содержащей пустых (не заполненных импульсами напряжения) временных интервалов. Огибающая ступенчатой функции напряжения на нагрузке будет приближаться к синусоидальной форме. Чем меньше будет временной интервал Т, тем точнее огибающая будет приближаться к синусоидальной форме. В результате действующее значение напряжения, активная, реактивная и полная мощности на нагрузке U', Р', Q', S', будет приближаться к значениям U, Р, Q, S, которые характерны для передачи многофазной системы напряжений по многофазной линии передачи. Заполнение пустых интервалов импульсами напряжения в рассматриваемом устройстве осуществляется при помощи блоков повторения и задержки импульсов. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей передачи многофазной системы напряжений в результате использования однопроводной линии передачи.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства передачи многофазной системы напряжений в результате использования для передачи импульсов напряжения однопроводной линии, повторения этих импульсов в каждой фазе нагрузки при помощи блоков повторения и задержки импульсов с целью повышения энергетических показателей передачи.

Предлагаемая схема передачи n-фазной системы напряжений по однопроводной линии отличается от схемы, предложенной в работе [1], тем, что:

- для передачи используется однопроводная линия вследствие исключения провода С00вых и использования вместо него общей шины "земля";

- устройство обладает улучшенными энергетическими показателями по сравнению со схемой, предложенной в работе [1], в результате введения в каждую фазу нагрузки блоков повторения и задержки импульсов.

В решении, описанном в работе [1], напряжение на каждой фазе нагрузки формируется последовательностью импульсов, разделенных временным интервалом Τ=n*Δt, см. фиг. 1а. В этом выражении n - число фаз многофазной системы, Δt - длительность одиночного импульса. Интервал времени между соседними импульсами напряжения на нагрузке каждой фазы многофазной системы T1=(n-1)*Δt в такой передаче будет "пустым", не занятым импульсами напряжения.

В предлагаемом решении "пустые" интервалы времени между соседними одиночными импульсами напряжения заполняются повторяющимися импульсами напряжения, которые повторяют одиночный импульс, см. фиг. 1б. Число таких повторяющихся импульсов на интервале времени Τ может находиться в пределах от 1 до (n-1). Полное заполнение пустых интервалов времени будет при числе импульсов равным (n-1). В этом случае форма напряжения на нагрузке будет ступенчатой, не содержащей пустых (не заполненных импульсами напряжения) временных интервалов. Огибающая ступенчатой функции напряжения на нагрузке будет приближаться к синусоидальной форме. Чем меньше будет временной интервал Т, тем точнее огибающая будет приближаться к синусоидальной форме. В результате действующее значение напряжения, активная, реактивная и полная мощности на нагрузке U', Р', Q', S' будет приближаться к значениям U, Р, Q, S, которые характерны для передачи многофазной системы напряжений по многофазной линии передачи. Заполнение пустых интервалов импульсами напряжения в рассматриваемом устройстве осуществляется при помощи блоков повторения и задержки импульсов.

Недостатком устройства, предложенного в [1], является:

- использование для передачи импульсов напряжения второго провода;

- низкие энергетические показатели передачи вследствие наличия в форме напряжения на нагрузках фаз "пустых", не заполненных импульсами, интервалов времени.

Задача изобретения - создать устройство, исключающее использование второго провода для передачи импульсов напряжения и обеспечивающее на нагрузке форму напряжения, в которой отсутствуют не заполненные импульсами напряжения интервалы времени. За счет этого повышаются энергетические показатели передачи n-фазного напряжения по однопроводной линии.

Сущность изобретения состоит в том, что в известное устройство [1] (нумерация элементов соответствует показанной на фиг. 1 работы [1]), содержащее нагрузку 13i(i=1…n), нулевой провод С00вых, подключенный к нулевой точке многофазной системы ЭДС по схеме «звезда», первую группу ключей 9i(i=1…n), n входов 8i(i=1…n) фаз многофазной системы ЭДС, каждая из которых подсоединена к первому входу одноименного ключа 9i(i=1…n) первой группы, дополнительно включены вторая группа ключей 12i(i=1…n), генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, элемент И2, счетчик 3, схема сравнения 4, регистр 5, дешифратор 6, первые формирователи сигналов 7i(i=1…n), группа элементов задержки 10i(i=1…n), вторые формирователи сигналов 11i(i=1…n), выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И2, второй вход которого подсоединен к первому входу 15 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 6 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 14 устройства, выходы дешифратора 6 подсоединены к входам одноименных первых формирователей сигналов 7i(i=1…n) и через одноименные элементы задержки 10i(i=1…n) к входам одноименных вторых формирователей сигналов 11i(i=1…n), выходы первых формирователей сигналов 7i(i=1…n) подсоединены к управляющим входам ключей 9i(i=1…n) первой группы, выход каждого из которых подсоединен к входной линии передачи C1, выход которой подсоединен к выходной линии передач C1вых, выход которой подсоединен к первым входам второй группы ключей 12i(i=1…n), управляющий вход каждого из которых подсоединен к выходу одноименных вторых формирователей сигналов 11i(i=1…n), а выход - к нагрузке 13i(i=1…n),

в предлагаемой схеме:

исключен нулевой провод С00вых, а вместо него используется общая шина "земля";

в каждую фазу нагрузки включены блоки повторения и задержки импульсов, которые в каждой фазе для одинаковой полярности импульсов включены между собой по каскадной схеме.

Проведенный поиск в известной научно-технической литературе не выявил наличие подобных технических решений.

Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что новое техническое устройство отличается от прототипа отсутствием нулевого провода С00вых и использованием вместо него общей шины "земля", наличием в каждой фазе нагрузки дополнительно введенных блоков повторения и задержки импульсов, что позволяет повысить энергетические показатели передачи.

Изобретательский уровень достигается тем, что ввод соответствующих элементов в известный прототип вместе со связями позволяет решить новую техническую задачу, решение которой в литературе в настоящее время не отражено. Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности передачи n-фазного напряжения с использованием для этого однопроводной линии.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже (фиг. 2) представлена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 представлены генератор тактовых импульсов 1, логический элемент И2; счетчик числа фаз 3, схема сравнения 4, регистр 5, дешифратор 6, формирователи управляющих сигналов 7i(i=1…n, n - число фаз в сети), фазы многофазного источника синусоидального ЭДС 8i(i=1…n), управляемые ключи (симисторы) 9i(i=1…n), элементы задержки 10i(i=1…n), формирователи управляющих сигналов 11i(i=1…n, n - число фаз в сети), управляемые ключи 12i(i=1…n), линию передачи сигналов с полюсом C1 на входе и С1вых на выходе линии, n первых диодов 15i(i=1…n), n вторых диодов 21i, 2n*(n-1) блоков повторения и задержки импульсов 13ij и 14ij (i=1…n, j=1…n-1), каждый блок повторения и задержки импульсов отрицательной полярности 13ij состоит из третьих диодов 16ij (i=1…n, j=1…n-1), делителей напряжения, состоящих из первых резисторов 17ij и вторых резисторов 18ij, первых повторителей импульсов 19ij, первых элементов задержки (линий задержки) 20ij, к полюсу 28 повторителя сигнала подключается источник питания - Е, второй полюс источника подключается к полюсу "земля", каждый блок повторения и задержки импульсов положительной полярности 14ij состоит из четвертых диодов 22ij, делителей напряжения, состоящих из третьих резисторов 23ij и четвертых резисторов 24ij, вторых повторителей импульсов 25ij, вторых элементов задержки (линий задержки) 26ij, к полюсу 29 повторителя сигнала подключается источник питания +Е, второй полюс источника подключается к полюсу "земля", фазы многофазной нагрузки 27i(i=l…n), управляющие входы 30 и 31.

Нулевая точка системы синусоидальных ЭДС, включенных по схеме «звезда», и нулевая точка нагрузки, соединенной по схеме «звезда», подключены к общей шине "земля".

Симистор 9i(i=1…n) в каждой фазе является управляемым силовым ключом, коммутирующим сигналы произвольной (положительной или отрицательной) полярности. Он включается последовательно в цепь для передачи импульса сигнала фазы положительной или отрицательной полярности длительностью Δt от многофазного источника 8i в линию C1 - "земля", а симистор 12i(i=1…n) коммутирует сигнал, снимаемый с полюсов С1вых - "земля" на выходе линии, для последующей передачи импульсов в нагрузку 27i.

Частота генератора 1 задается таким образом, чтобы обеспечить временной интервал открытого состояния каждого симистора 9i и 12i длительностью Δt при помощи формирователей импульсов. Длительность Δt управляющего импульса, поступающего на управляющие электроды управляемых ключей 9i и 12i, задается формирователями импульсов 7i и 11i. Схемы формирователей импульсов управляются сигналами, поступающими с дешифратора 6. Для формирователей импульсов 11i сигнал от дешифратора 6 поступает через элемент задержки 10i(i=1…n). Частота генератора должна выбираться так, чтобы время появления очередного сигнала на его выходе превышало время суммарной задержки сигнала элементами И2, счетчика 3, дешифратора 6 и формирователя управляющего сигнала 7i. В рассматриваемом устройстве напряжение на нагрузке, начиная с момента открытия управляемого ключа 12i, на временном интервале длительностью T=n*Δt формируется последовательностью n одинаковых импульсов длительностью Δt. Первый из них поступает с управляемого ключа 12i, остальные (n-1) импульсов поступают от схем повторения и задержки импульсов 13ij или 14ij. Каждая схема повторения 19ij или 25ij повторяет импульс напряжения, пришедший на ее вход, а каждая схема задержки 20ij или 26ij смещает импульс напряжения на временной интервал, равный Δt. Диоды 16ij или 22ij не позволяют импульсному сигналу после прохождения схемы задержки снова поступить на вход схемы повторения импульса. Диод 15i пропускает импульсные сигналы отрицательной полярности к нагрузке фазы 27i посредством блоков 13ij и не пропускает импульсы положительной полярности. Диод 21i пропускает импульсные сигналы положительной полярности к нагрузке фазы 27i посредством блоков 14ij и не пропускает импульсы отрицательной полярности.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на регистре 5 по входу 31 записан код числа фаз n. На счетчике 3 хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3 на фиг. 2 не показан).

Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 30 логического элемента И2, после чего импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И2 начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 6, на выходе которого появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-м (i=1…n) выходе дешифратора 6 подается на вход одноименного формирователя сигнала 7i, выход которого подсоединен к управляющему электроду симистора 9i, который работает в режиме ключа. К входам 8i симисторов 9i подключены соответствующие фазы источников напряжения еi(i=1…n). Симистор 9i обеспечивает передачу входного напряжения i-й фазы в линию передачи к полюсам С1-С0 на интервале времени Δt. Этот интервал времени задается формирователем импульса 7i. Одновременно сигнал с i-го (i=1…n) выхода дешифратора 6 поступает на вход элемента задержки 10i, с выхода которого через формирователь импульса 11i сформированный сигнал поступает на управляющий электрод симистора 12i.

Элемент задержки 10i обеспечивает задержку сигнала на время срабатывания элементов 7i и 9i.

Сигнал фазы еi(i=1…n) длительностью Δt поступает на вход линии передачи с полюсами C1 - "земля" на входе и С1вых. - "земля" на выходе линии. С выхода линии этот сигнал поступает на вход управляемого ключа 12i. Управляющий сигнал с дешифратора 6 через элементы 10i и 11i открывает на интервал времени Δt один из ключей 12i. В зависимости от полярности импульса он передается далее посредством диодов 15i или 21i и далее посредством блоков 13ij или 14ij(i=l…n, j=1…n-1) к нагрузке фазы 27i (i=1…n).

Каждым блоком 13ij и 14ij(i=1…n, j=1…n-1) реализуется повторение импульса напряжения и его задержка на интервал времени Δt. При помощи блоков 13ij осуществляется повторение и задержка сигналов отрицательной полярности, при помощи блоков 14ij осуществляется повторение и задержка сигналов положительной полярности. В каждой фазе нагрузки блоки 13ij, j=1…n-1 включаются между собой по каскадной схеме, так же как и блоки 14ij, j=1…n-1 включаются между собой по каскадной схеме. Схема с каскадным соединением блоков 13ij и схема с каскадным соединением блоков 14ij образуют две параллельные ветви, включенные между нагрузкой i-й фазы 27i и управляемым ключом 12i, i=1…n. Перед первым блоком каждой ветви включены диоды 15i и 21i. При помощи этих диодов осуществляется выбор ветви, по которой пойдет сигнал. Сигнал отрицательной полярности направляется по ветви с каскадным соединением блоков 13ij, сигнал положительной полярности направляется по ветви с каскадным соединением блоков 14ij.

В случае положительного сигнала он поступает через диод 21i в блок 14i1, а далее через очередные блоки 14i2 - 14in-1j(i=1…n, j=1…n-1) в нагрузку 27i(i=1…n).

В первом блоке каскадной схемы 14i1 сигнал поступает на резисторы 23i1 и 24i1(i=1…n), включенные последовательно по схеме делителя напряжения. Сигнал, снимаемый с резистора 24i1, поступает на вход повторителя импульса 25i1. Сигнал на выходе повторителя импульсов по форме и амплитуде повторяет сигнал на входе блока 14i1. Этот сигнал поступает на вход элемента задержки (линии задержки), задерживается этим блоком на интервал времени Δt. Задержанный импульс напряжения через открытые диоды 22i2-22in-1 поступает в нагрузку 27i и одновременно поступает на вход следующего блока 14i2 и так далее. Диод 22i1 не позволяет сигналу распространяться на вход блока и образовывать цепь обратной связи. С выхода последнего блока 14in-1(i=1…n) задержанный на время T1=Δt*(n-1) сигнал передается на i-ю фазу нагрузки 27i(i=1…n).

В случае отрицательного сигнала он поступает от управляемого симистора через диод 15i в блок 13i1. Далее на очередные 13i2-13in-1(i=1…n, j=1…n-1) в нагрузку 27i(i=1…n). В блоке 13i1 сигнал поступает на схему повторения импульса 19i1 с делителя напряжения на резисторах 17i1 и 18i1 (i=1…n). С повторителя импульсов 19i1 импульсный сигнал поступает на линию задержки 20i1. С выхода схемы задержки задержанный на время Δt импульс поступает в очередной блок 13i2(i=1…n) и так далее. С выхода последнего блока 13in-1(i=1…n) импульсный сигнал передается на i-ю фазу нагрузки 27i(i=1…n).

Группа одинаковых импульсных сигналов, по величине равная ei(tk), где tk - момент времени, с которого начинается первый импульс, по числу равная n, поступает на i-ю фазу нагрузки в течение интервала времени T=Δt*n. После окончания этого интервала времени на эту же фазу нагрузки поступает очередная группа одинаковых импульсов, соответствующих новому значению ЭДС фазы источника ei(tk+T). Напряжение на фазе нагрузки 27i принимает ступенчатую форму без "пустых" временных интервалов. Огибающая этой ступенчатой функции будет приближаться к синусоидальной форме.

При достижении счетчиком 3 числа n на выходе схемы сравнения 4 появляется единичный сигнал, который сбрасывает счетчик 3 в нулевое состояние. После этого цикл передачи импульсов сигналов фаз в линию передачи C1 - "земля" повторяется.

Использованные источники

1. Патент №2543500, кл. Н02М 5/27, 2015.

Устройство передачи n-фазной системы напряжений по однопроводной линии, содержащее генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, элемент И 2, счетчик (3), схему сравнения (4), регистр (5), дешифратор (6), первые формирователи сигналов (7i(i=1…n)), n входов (8i (i=1…n)) фаз многофазной системы ЭДС, первую группу ключей (9i (i=1…n)), группу элементов задержки (10i (i=1…n)), вторые формирователи сигналов (11i (i=1…n)), вторую группу ключей (12i (i=1…n)), нагрузку (27i (i=1…n)), линию передачи (C1-C1вых), выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу (30) устройства, а выход - к первому входу счетчика (3), выход которого подсоединен к входу дешифратора (6) и к первому входу схемы сравнения (4), второй вход которой подсоединен к выходу регистра (5), а выход - к второму входу счетчика (3), вход регистра (5) подсоединен к второму входу (31) устройства, выходы дешифратора (6) подсоединены к входам одноименных первых формирователей сигналов (7i (i=1…n)) и через одноименные элементы задержки (10i (i=1…n)) к входам одноименных вторых формирователей сигналов (11i (i=1…n)), выходы первых формирователей сигналов (7i (i=1…n)) подсоединены к управляющим входам ключей (9i (i=1…n)) первой группы, выход каждого из которых подсоединен к входной линии передачи (C1), выход линии передачи (C1вых) подсоединен к первым входам второй группы ключей (12i (i=1…n)), управляющий вход каждого из которых подсоединен к выходу одноименных вторых формирователей сигналов (11i (i=1…n)), выход нагрузки (27i (i=1…n)) подсоединен к полюсу "земля", один полюс ЭДС каждой фазы (8i (i=1…n)) подсоединен к входам управляемых ключей (9i (i=1…n)), а вторые полюсы ЭДС соединены вместе и подключены к общей шине "земля" линии передачи,

отличающееся тем, что в качестве нулевого провода используется общая шина "земля"; в схему дополнительно включены n первых диодов (15i (i=1…n)), n вторых диодов (21i, 2n*(n-1)) блоков повторения и задержки импульсов (13ij и 14ij (i=1…n, j=1…n-1)), при этом блоки повторения и задержки импульсов (13ij) состоят из третьих диодов (16ij (i=1…n, j=1…n-1)), первых резисторов (17ij), вторых резисторов (18ij), первых повторителей импульсов (19ij), первых линий задержки (20ij), блоки повторения и задержки импульсов (14ij) состоят из четвертых диодов (22ij), третьих резисторов (23ij), четвертых резисторов (24ij), вторых повторителей импульсов (25ij), вторых линий задержки (26ij), катод первого диода (15i (i=1…n)) подсоединен к выходу второй группы ключей (12i (i=1…n)), анод первого диода (15i (i=1…n)) подсоединен к катоду третьего диода (16i1 (i=1…n)) и к первому входу первого резистора (17i1), выход этого резистора подсоединен к входу второго резистора (18i1) и к первому входу первого повторителя импульсов (19i1), выход которого подсоединен к входу первой линии задержки (20i1), выход которой подсоединен к аноду третьего диода (16i1 (i=1…n)), и т.д., для последнего блока повторения и задержки импульсов (13in-1) входными являются катод третьего диода (16ij+1 (i=1…n, j=1…n-2)) и вход первого резистора (17ij+1 (i=1…n, j=1…n-2)), выход первой линии задержки (20in-1) последнего блока (13in-1) подсоединен к входу нагрузки (27i), анод третьего диода (21i (i=1…n)) подсоединен к выходу второй группы ключей (12i) и катоду диода (15i (i=1…n)), катод третьего диода (21i) подсоединен к аноду четвертого диода (22i1) и к первому входу третьего резистора (23i1), выход которого подсоединен к входу четвертого резистора (24i1) и к первому входу второго повторителя импульсов (25i1), выход которого подсоединен к входу второй линии задержки (26i1), выход которой подсоединен к катоду четвертого диода (22i1) и т.д., для последнего блока (14in-1) входными являются анод четвертого диода (22ij+1 (i=1…n, j=1…n-2)) и первый вход третьего резистора (23ij+1), выход второй линии задержки (26in-1) последнего блока (14in-1) подсоединен к входу нагрузки (27i), вторые входы вторых резисторов (18ij), первых повторителей импульсов (19ij), первых линий задержки (20ij (i=1…n, j=1…n-1)), четвертых резисторов (24ij), вторых повторителей импульсов (25ij), вторых линий задержки (26ij) подсоединены к нулевой шине "земля" передачи, источник питания -Е полюсом (28) подсоединен к второму входу первых повторителей импульсов (19ij (i=1…n, j=1…n-1)), источник питания +E полюсом (29 )подсоединен к второму входу вторых повторителей импульсов ( 25ij (i=1…n, j=1…n-1)), вторые полюсы источников -Е и +Е подсоединены к шине "земля".



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в осветительной установке. Техническим результатом является повышение качества регулирования яркости и снижение мощности потерь.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, а также в телекоммуникационном оборудовании для электропитания энергоемких устройств с повышенными требованиями к электромагнитной совместимости.

Изобретение относится к области электротехники и обеспечивает технический результат - возможность повышения эффективности процесса преобразования частоты, расширения функциональных возможностей и области использования преобразователя.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и обеспечивает технический результат - возможность повышения эффективности процесса преобразования частоты, расширение функциональных возможностей, области использования и - уменьшения массогабаритных показателей частотного привода.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропривода с пониженной частотой вращения, а также в установках депарафинизации нефтяных скважин.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропривода с пониженной частотой вращения, а также в установках депарафинизации нефтяных скважин.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многокаскадных высоковольтных преобразователях частоты, фазы которых состоят из группы последовательно соединенных силовых преобразовательных ячеек.

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество входного и выходного токов остается высоким, а входной ток имеет к тому же опережающий характер по отношению к входному напряжению.

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет передачи n-фазного напряжения по двухпроводной сети.
Наверх