МЕТОД И УСТРОЙСТВО ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Заявка на изобретение РФ –ФИПС № 2004134418 с приоритетом от 26.11.04
Пол. решение ФИПС о выдаче патента - март 2005
Дудышев Валерий Дмитриевич,
Россия, Самара
Самарский технический университет
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электроэнергии, управляемым регуляторам напряжения, а конкретнее, к устройствам экономии электроэнергии и вентильным компенсаторам реактивной мощности.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является вентильное устройство компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки, содержащее силовые управляемые вентили и силовые конденсаторы – прототип (Супронович Г.А. «Улучшение коэффициэнта мощности преобразовательных установок», М.: Энергоатомиздат, 1986, с.
66).
При всех достоинствах прототипа, существующее устройство экономии электроэнергии в виде управляемых конденсаторных батарей весьма дорогое и громоздкое и не обеспечивает достаточно полной компенсации реактивной мощности, особенно в динамических режимах изменения коэффициента мощности нагрузки.
Кроме того, конденсаторные батареи обладают пониженной надежностью в условиях перенапряжений В случае
индуктивных нагрузок больших мощностей, работающих в динамических режимах конденсаторный компенсатор реактивной мощности –прототип- весьма дорог и ненадежен в реализации .и эксплуатации. Поэтому реально конденсаторные батареи как компенсаторы реактивной мощности находят ограниченное применение, особенно в городских и магистральных электросетях, и, как следствие, возникает существенный перерасход электроэнергии потребителей электроэнергии и их затраты. В условиях неуклонного роста цен на электроэнергию данная проблема повышения коэффициента мощности электроустановок становится все острее . Целью изобретения является поиск и обоснование высокоэффективного нового метода и устройства компенсации реактивной мощности нагрузки для улучшения входного коэффициента мощности сети по отношению к данной нагрузке, причем вообще без силовых конденсаторов.
Технический результат, данного изобретения состоит в усовершенствовании устройства экономии электроэнергии, взятого за прототип и приводящей к устранению контура обмена реактивной мощностью нагрузки и входной сети, а значит и к значительной экономии электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее вентильное устройство компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки, включающее силовые управляемые вентили и силовые конденсаторы, за счёт введения оригинального, полностью управляемого регулятора напряжения, который посредством устранения контура обмена реактивной энергии индуктивной нагрузки и электрической сети переменного тока достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах вообще без силовых компенсирующих конденсаторов.
На фиг. 1 показано предлагаемое устройство экономии электроэнергии в однофазном исполнении, на
фиг. 2 –показано устройство экономии электроэнергии в трёхфазном исполнении. Электрическая сеть
1 присоединена через регулятор напряжения
2 к электрической индуктивной нагрузке
3. На фиг. 1 индуктивная нагрузка показана, например, в виде однофазного трансформатора напряжения с первичной обмоткой
4, присоединённой к силовой части
5 регулятора напряжения 2 и вторичной обмоткой
6, присоединённой к полезной электрической нагрузке
7. Силовая часть 5 регулятора напряжения
2 выполнена с полностью управляемыми полупроводниковыми ключами двухсторонней проводимости и присоединена по цепи управления
8 к системе управления 9, содержащей датчик
10 угла фазового сдвига, напряжения и тока нагрузки, и формирователи
11 импульсов управления регулятором 2. Датчик напряжения
12 и датчик тока 13 присоединены через соответствующие формирователи
14, 15 на входы логической схемы 16 типа «И – НЕ» соответствующий интервалам знакопостоянства напряжения и тока, выход которой присоединён к системе формирования управляющих импульсов
11, содержащей регулятор скважности 17, например, одновибратор, и формирователь импульсов
18, например, типа генератора Ройера, на входы управления силовых вентилей
19 регулятора напряжения 2 зашунтированных встречно включёнными стабилитронами
20.
Временные диаграммы, поясняющие работу устройства , показаны на
фиг.3
Регулятор напряжения работает следующим образом. С подачей силового напряжения из сети
1 переменного тока на силовые вентили 5 на его на электрической индуктивной нагрузке
3, появляется переменное напряжение с частотой сети и величиной, определяемой регулятором скважности
17 и формирователем импульсов 18. Включение датчика
10 угла фазового сдвига напряжения и тока нагрузки
3 изменяет работу регулятора напряжения, а именно ширина управляющих импульсов с выхода регулятора скважности
17 становится изменяемой в функции величины фазового угла сдвига с датчика
10, а точнее становится равной длительности и знакопостоянного интервала входных тока и напряжения, формируемого логической схемой
16 типа «И-НЕ», Это отличие приводит к появлению нового свойства регулятора напряжения
2, приводящего к полному устранении контура обмена реактивной мощности между сетью
1 и нагрузкой 3. Действительно, по команде датчика
10 происходит коммутация полностью управляемого вентиля
5 в данный момент окончания интервала протекания активной составляющей полного входного тока нагрузки
3, что устраняет контур протекания реактивного тока через сеть 1 и нагрузку
3. В результате запасённая в индуктивности первого контура 4 нагрузки
3 энергия трансформируется во вторичный контур
6, присоединённый электрически к полезной нагрузке
7. Эта запасённая энергия расходуется, например, в однофазной индукционной печи для дополнительного нагрева металла, или создаёт в случае трёхфазной индуктивной нагрузки в виде, например, трёхфазного асинхронного электродвигателя дополнительную полезную мощность в роторе асинхронного двигателя, т.е. полезно используется, а не тратится на тепловые потери, как ранее. После окончания знакопеременного интервала датчик
10 вновь даёт команду на включение силового полностью управляемого вентиля
5, и процесс повторяется. Регулирование напряжения и активной мощности нагрузки
3 осуществляется регулятором скважности
17 в интервале знакопостоянства входного тока и напряжения. Таким образом, функции регулирования и стабилизации выходного напряжения и потребляемой мощности у регулятора напряжения
2 сохраняются. Стабилитроны 20 снимают кратковременные перенапряжения в силовых вентилях
5 при их коммутации. Благодаря устранению контура обмена реактивной мощности между индуктивной нагрузкой
3 и сетью 1 достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах, что приводит к значительной экономии электроэнергии. В случае .индуктивных нагрузок (ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ , ТРАНСФОРМАТОРЫ , ДЛИТЕЛЬНО РАБОТАЮЩИЕ НА ХОЛОСТОМ ХОДУ И МАЛЫХ НАГРУЗКАХ) эта экономия
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ в случае применения данного устройства может достигать
30-50%.
Изобретение может быть широко и с пользой применено в любых электрических цепях
где есть реактивные элементы начиная от персонального компьютера и пылесоса, сварочного трансформатора, силового трансформатора возле вашего дома, и до линий электропередач в городах и странах, вплоть до Единой мировой энергосистемы . Изобретение имеет мировое значение и ранее уже проверено в реальных опытах.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство экономии электроэнергии в электрических нагрузках реактивного характера, содержащее полупроводниковый регулятор напряжения, отличающийся тем, что регулятор напряжения выполнен на полностью управляемых ключах, например, на силовых транзисторах, и снабжён системой контроля и управления параметров нагрузки, обеспечивающей полностью регулирование ключей регулятора напряжения полное устранение интервалов протекания реактивных токов между электрической сетью и нагрузкой в широком диапазоне изменения коэффициента мощности нагрузки.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полностью управляемые вентили регулятора напряжения двухсторонней проводимости включены последовательно в фазы индуктивной нагрузки, а схема управления ими содержит электронный блок, включающий устройство измерения фазового сдвига между фазным напряжением и током нагрузки, и формирователь управляющих импульсов вентилей регулятора напряжения, с длительностью равной времени протекания активной мощности из сети в нагрузку.
3. Устройство по п. 1, 2 отличающееся тем, что устройство измерения фазового сдвига содержит датчики фазного напряжения и тока электрической нагрузки индуктивного характера, формирователи выходных сигналов этих датчиков, сравнивающее устройство на вход которого присоединены выходы указанных формирователей сигналов с датчиков, логическое устройство для фиксирования интервала совпадения сигналов с формирователей.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемые вентили регулятора зашунтированы устройствами компенсации напряжения.
РЕФЕРАТ
Изобретение относится к области электротехники, преобразовательной технике, а именно к устройствам экономии электроэнергии.
Технический результат, данной полезной модели состоит в упрощении и удешевлении известного устройства экономии элетроэнергии, взятого за прототип и приводит к устранению контура обмена реактивной мощностью нагрузки и входной сети, а значит и к значительной экономии электроэнергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее вентильное устройство компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки, включающее силовые управляемые вентили и силовые конденсаторы, за счёт введения оригинального, полностью управляемого регулятора напряжения, который посредством устранения контура обмена реактивной энергии индуктивной нагрузки и электрической сети переменного тока достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах вообще без силовых компенсирующих конденсаторов.
|
