УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ПО ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ Российский патент 2014 года по МПК H02J3/04 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии.

1. Известно устройство для передачи электрической энергии, содержащее высокочастотный генератор, присоединенный к резонансному контору первичной обмотки повышающего высокочастотного трансформатора Тесла, и однопроводную линию передачи, присоединенную одним концом к одному внутреннему выводу высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора Тесла, а вторым концом - к потребителю, прилегающие выводы первичной и вторичной обмоток повышающего высокочастотного трансформатора Тесла соединены между собой и заземлены, а однопроводная линия передачи подключена у потребителя к нагрузке через один из входов однофазного мостового выпрямителя, к другому входу которого подключена естественная емкость в виде земли, воды или проводящего изолированного тела.

Недостатки данного устройства

1. Сложность устройства.

2. Невозможность передачи энергии больших мощностей.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству относится устройство передачи постоянного тока, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с питающей сетью, а вторичная обмотка, соединенная звездой, подключена к выпрямительному устройству, положительный потенциал которого подсоединен к одному из проводов двухпроводной линии. Нулевая точка вторичной обмотки соединена с другим проводом линии. Выпрямленный высоковольтный ток передается к приемнику по двухпроводной линии, в конце которой установлен инвертор, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный ток высокого напряжения, которое понижается до установленного уровня с помощью трехфазного понижающего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с приемной сетью трехфазного тока. (Передача электрической энергии на дальние расстояния. С.С. Рокотян // М. - Л.: - ГЭИ. - 1956. - с.61-63).

Недостатки данного устройства

1. Большая сложность преобразования электрического тока.

2. Наличие пульсаций постоянного тока.

Задача изобретения - упрощение преобразования электрического тока и создание синусоидальной формы кривой тока.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть. Вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно, при этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, вторые концы двухпроводной линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой, при этом вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока.

Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть. Первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой, и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи

Новые существенные признаки

1. Вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно.

2. Между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока.

3. Последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока.

4. Вторые концы двухпроводной линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно.

5. Третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой.

6. Вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока.

7. Первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой, и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока.

8. К концам линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат

1. Простота и надежность устройства электропередачи обеспечивается применением обычного трехфазного трехстержневого трансформатора и двух конденсаторных батарей в каждом трансформаторном преобразователе числа фаз (ТПЧФ).

2. В пунктах питания и потребления электрической энергии обеспечивается симметричная синусоидальная система токов и напряжений.

3. Простой закон регулирования емкости конденсаторных батарей.

4. Трансформаторы ТПЧФ-1 и ТПЧФ-2 обеспечивают преобразование токов и одновременно повышают или понижают напряжение электропередачи.

5. Конденсаторные батареи ТПЧФ являются фазопреобразующими элементами и одновременно компенсируют реактивную мощность.

6. Важным достоинством данной электропередачи является отсутствие несимметрии токов и напряжений трехфазного источника питания в результате преобразования трехфазного тока в однофазный, т.е. качество электрической энергии трехфазного источника питания не снижается, а также сохранение синусоидальной формы кривых токов и напряжений во всех звеньях электропередачи.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - принципиальная электрическая схема заявляемого устройства для электропередачи трехфазного тока по двухпроводной линии с конденсаторными батареями на высокой стороне трансформаторов;

фиг.2 - принципиальная электрическая схема заявляемого устройства для электропередачи трехфазного тока по двухпроводной линии с конденсаторными батареями на низкой стороне трансформаторов;

фиг.3 - зависимость емкостей фазопреобразующих конденсаторных батарей ТПЧФ-1 от тока нагрузки.

Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор 1 (фиг.1), первичные обмотки которого соединены с питающей сетью 2, а вторичные обмотки этого трансформатора 1: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно. При этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея 3, параллельно которой подключена двухпроводная линия 4 передачи электрической энергии однофазного переменного тока, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея 5. Вторые концы двухпроводной линии 4 передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей 6, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора 7 соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей 8 и последовательно согласно с его первой обмоткой. Вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора 7, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока 9.

Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор 1, первичные обмотки которого соединены звездой, и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи 3, 5 (фиг.2), а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия 4 передачи электрической энергии однофазного переменного тока, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора 7, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи 6, 8.

Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии содержит два ТПЧФ и линию электропередачи. ТПЧФ-1 выполнен на базе типового трехфазного повышающего трансформатора 1 с одинаковыми по числу витков w₁ первичными обмотками, соединенными в звезду (фиг.1). К ним подводится симметричная трехфазная система напряжений источника питания 2. Вторичные обмотки ТПЧФ-1 с одинаковым числом витков w₂ соединены по специальной схеме: обмотки фазы a₁ и фазы b₁ соединены последовательно и встречно (начало обмоток на фиг.1 обозначены точками •); обмотка фазы c₁ соединена с обмоткой фазы a₁ последовательно и согласно. В качестве фазопреобразующих элементов в ТПЧФ-1 применены две регулируемые конденсаторные батареи 3 (C₁₁) и 5 (C₂₁). Батарея 3 (C₁₁) и двухпроводная линия 4 электропередачи подсоединены к выходным зажимам a₁ b₁ повышающего трансформатора 1, а батарея 5 (C₂₁) включена последовательно с обмоткой фазы c₁. По аналогичной схеме включен в конце двухпроводной линии 4 электропередачи ТПЧФ-2, который выполнен на базе типового понижающего трехфазного трансформатора 7 и двух конденсаторных батарей 6 (C₁₁) и 8 (C₂₂).

С помощью ТПЧФ-1 трехфазная симметричная система токов источника питания преобразуется в однофазный ток двухпроводной линии 4 электропередачи. Анализ ТПЧФ-1 показал, что в нем происходит двойное преобразование трехфазного тока в однофазный: вначале с помощью схемы соединения вторичных обмоток повышающего трансформатора 1 и конденсаторных батарей 3, 5 однофазный ток преобразуется во вторичных обмотках этого трансформатора 1 в трехфазную несимметричную систему токов, содержащую симметричные составляющие токов прямой и нулевой последовательности; симметричная составляющая обратной последовательности в этой системе токов отсутствует. Симметричная составляющая тока прямой последовательности трансформируется в первичную обмотку повышающего трансформатора 1 (второе преобразование). Симметричная составляющая тока нулевой последовательности в первичной обмотке повышающего трансформатора 1, соединенной в звезду, без нулевого провода существовать не может.

Для поддержания симметричной системы токов источника питания 2 при изменении величины однофазного тока емкости конденсаторных батарей 3 (C₁₁) и 5 (C₁₂) необходимо регулировать (физ.3). Расчетные формулы для емкостей конденсаторных батарей 3, 5 ТПЧФ-1 имеют следующий вид:

; ,

где I_н - однофазный ток линии;

cos φ - коэффициент мощности однофазной нагрузки;

ω - угловая частота тока;

U - напряжение линии электропередачи.

Чтобы выразить емкости в относительных единицах, необходимо принять за базисную емкость величину . Тогда емкости в

относительных единицах:

; ,

где I_н(ном) - номинальный однофазный ток линии;

- относительное значение однофазного тока.

С помощью ТПЧФ-2, включенного в конце двухпроводной линии 4 электропередачи, напряжение понижается до требуемого уровня, а однофазный ток преобразуется в трехфазную симметричную систему токов аналогично преобразованию в ТПЧФ-1.

Каких-либо ограничений по мощности и напряжению в устройстве для электропередачи трехфазного тока по двухпроводной линии нет.

Схема устройства (фиг.1) пригодна для напряжения электропередачи до 10 кВ. При напряжениях свыше 10 кВ конденсаторные батареи 3, 5 следует включать на низкой стороне трансформаторов 1, 7 по схеме фиг.2.

Важным достоинством данной электропередачи является отсутствие несимметрии токов и напряжений трехфазного источника питания в результате преобразования трехфазного тока в однофазный, т.е. качество электрической энергии трехфазного источника питания не снижается, а также сохранение синусоидальной формы кривых токов и напряжений во всех звеньях электропередачи.

Таким образом, заявляемое решение позволит существенно снизить затраты на производство двухпроводной линии электропередачи вместо трехпроводной лини.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии. Устройство содержит трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, вторичные обмотки которого соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть. Первая и вторая вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно, при этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, вторые концы двухпроводной линии соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой, при этом вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока. В другом варианте изобретения первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенного между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи. Технический результат - создание синусоидальной формы кривой тока. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть, отличающееся тем, что вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно, при этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, вторые концы двухпроводной линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой, при этом вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока.

2. Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть, отличающееся тем, что первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи.