СПОСОБ ОТБОРА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ "ПОЛНОЙ ЗАГРУЗКИ" И ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H02J3/12 G05F1/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам отбора мощности источника переменного тока в режимах его «полной загрузки» и электроустановкам для их осуществления, и может быть использовано для отбора дополнительной мощности с загрузочных выводов электрогенераторов переменного тока в режимах их «полной загрузки», например, когда в качестве источника переменного тока используется автономный электрогенератор переменного тока, а к его выводам подключены параллельно соединенные нагрузки с суммарной номинальной мощностью в пределах номинальной мощности электрогенератора переменного тока, причем имеются в наличии одна и более дополнительные незадействованные нагрузки, которые в силу своего функционального назначения и особенностей работы не требовательны к значению входного напряжения, например, активные нагрузки, предназначенные для выработки тепловой энергии (далее - «резервные нагрузки»), при наличии потребности в генерации с помощью последних тепловой энергии.

Уровень техники

Известен способ отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки», включающий предварительный подбор по техническим данным электрогенератора и нагрузок или экспериментальным путем варианта «полной загрузки» электрогенератора параллельно соединенными нагрузками, при котором остаются незадействованными, по меньшей мере, одна и более имеющиеся параллельно соединенные «резервные нагрузки», и подключение к загрузочным выводам электрогенератора в произвольной последовательности нагрузок поданному варианту «полной загрузки», и электроустановка для его осуществления, включающая генератор переменного одно-, двух- либо трехфазного тока с жестким корпусом и панелью управления с размещенными на ней устройством контроля отбора мощности и загрузочными выводами, и подсоединенные к последним по параллельной схеме через электрические провода и коммутирующие устройства две и более нагрузки, с суммарной номинальной мощностью, превышающей номинальную мощность электрогенератора, причем хотя бы одна из нагрузок является «резервной нагрузкой» (см. Патент RU №2400903, кл. МПК H02J 3/12).

Недостатком данного способа отбора мощности электрогенератора переменного тока и электроустановки для его осуществления является низкая эффективность использования выходной мощности электрогенератора, в связи с чем потребители вынуждены приобретать автономные электрогенераторы переменного тока большей мощности, соответственно, и большей стоимости, что в целом ограничивает область применения автономных электрогенераторов переменного тока.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому являются способ отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки», включающий предварительный подбор по техническим данным электрогенератора и нагрузок или экспериментальным путем варианта «полной загрузки» электрогенератора параллельно соединенными нагрузками, при котором остаются незадействованными, по меньшей мере, одна и более имеющиеся параллельно соединенные «резервные нагрузки», и подключение к загрузочным выводам электрогенератора в произвольной последовательности нагрузок поданному варианту «полной загрузки», и электроустановка для его осуществления, включающая генератор переменного одно-, двух- либо трехфазного тока с жестким корпусом и панелью управления с размещенными на ней устройством контроля отбора мощности и загрузочными выводами, и подсоединенные к последним по параллельной схеме через электрические провода и коммутирующие устройства две и более нагрузки, с суммарной номинальной мощностью, превышающей номинальную мощность электрогенератора, причем хотя бы одна из нагрузок является «резервной нагрузкой»» (см. Патент RU №2035829, кл. МПК H02M 7/155, G05F 1/66).

Недостатком данного способа отбора мощности электрогенератора переменного тока и электроустановки для его осуществления является также низкая эффективность использования выходной мощности электрогенератора, в связи с чем потребители вынуждены приобретать автономные электрогенераторы переменного тока большей мощности, соответственно, и большей стоимости, что в целом ограничивает область применения автономных электрогенераторов переменного тока.

Цель изобретения - расширение области применения электрогенератора переменного тока за счет повышения эффективности использования выходной мощности путем обеспечения возможности отбора дополнительной мощности в режимах его «полной загрузки».

Раскрытие сущности изобретения

Поставленная цель достигается тем, что в способе отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки», включающем предварительный подбор по техническим данным электрогенератора и нагрузок или экспериментальным путем варианта «полной загрузки» электрогенератора параллельно соединенными нагрузками, при котором остаются незадействованными, по меньшей мере, одна и более имеющиеся параллельно соединенные «резервные нагрузки», и подключение к загрузочным выводам электрогенератора в произвольной последовательности нагрузок по данному варианту «полной загрузки», предварительно до или после подключения к электрогенератору нагрузок по выбранному варианту «полной загрузки» выделяют среди незадействованных нагрузок «резервные нагрузки», выбирают среди последних один и более «резервные нагрузки» для осуществления дополнительного отбора мощности электрогенератора, подключают отобранные «резервные нагрузки» через общий или индивидуальные фазовые регуляторы мощности, отрегулированные на минимальную мощность, к электрогенератору, осуществляя, соответственно, непрерывный контроль общей мощности работающих нагрузок, либо дополнительно и мощностей каждой из включенных «резервных нагрузок», регулируя настройки общего фазового регулятора, либо синхронно регулируя настройки индивидуальных фазовых регуляторов, плавно увеличивают мощности работающих «резервных нагрузок» до тех пор, пока общая суммарная потребляемая мощность всех работающих нагрузок не сравняется с номинальной мощностью электрогенератора либо начнет превышать его, после чего фиксируют соответствующие положения средств настройки задействованных фазовых регуляторов и продолжают в таком режиме осуществлять отбор мощности электрогенератора в течение всего планового времени работы данного варианта «полной загрузки», по истечении которого отключают работающие нагрузки в произвольном порядке и выключают электрогенератор, причем при повторном использовании данного варианта «полной загрузки» электрогенератора, после включения последнего к нему подключают соответствующие нагрузки, в том числе и «резервные нагрузки», в произвольной последовательности без изменения зафиксированных настроек фазовых регуляторов последних, причем фазовое регулирование мощностей «резервных нагрузок» осуществляют путем прерывания подачи напряжения на их входы, по меньшей мере, на верхних участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения, соответствующих максимальным или близким к максимальным мгновенным значениям суммарных мощностей всех работающих нагрузок, и возобновления подачи напряжения на входы соответствующих «резервных нагрузок», либо на восходящих, либо на нисходящих, а предпочтительно, на обоих упомянутых участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения на их входах, и тем, что настройки фазовых регуляторов корректируют после истечения времени прогрева «резервных нагрузок», и тем, что в электроустановке для его осуществления, включающей генератор переменного одно-, двух- либо трехфазного тока с жестким корпусом и панелью управления с размещенными на ней устройством контроля отбора мощности и загрузочными выводами, и подсоединенные к последним по параллельной схеме через электрические провода и коммутирующие устройства две и более нагрузки, с суммарной номинальной мощностью, превышающей номинальную мощность электрогенератора, причем хотя бы одна из нагрузок является «резервной нагрузкой», электрические цепи подключения «резервных нагрузок» к электрогенератору снабжены общим фазовым регулятором мощности, или индивидуальными фазовыми регуляторами мощности и индивидуальными средствами контроля мощности «резервных нагрузок», причем фазовые регуляторы мощности имеют соответствующие настроечные устройства и функциональные возможности прерывания подачи напряжения на входы соответствующих «резервных нагрузок», по меньшей мере, на верхних участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения, соответствующих максимальным или близким к максимальным мгновенным значениям суммарных мощностей всех работающих нагрузок, и обеспечения работы «резервных нагрузок», либо на восходящих, либо на нисходящих, а предпочтительно, на обоих упомянутых участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения на входах подключенных «резервных нагрузок», и тем, что общие или индивидуальные средства отбора дополнительной мощности объединены в общий блок, снабженный корпусом, соответствующими выводами и общим вводом, и тем, что общий блок отбора дополнительной мощности встроен в корпус электрогенератора, причем его вводные клеммы подсоединены известными способами с загрузочными выводами электрогенератора, а его загрузочные выводы для отбора дополнительной мощности электрогенератора выведены на панель управления последнего с соответствующим обозначением, и тем, что индивидуальные средства отбора дополнительной мощности размещены в корпусах соответствующих «резервных нагрузок».

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана общая схема электроустановки для осуществления предлагаемого способа отбора мощности генератора переменного тока в режиме полной загрузки на примере отбора мощности генератора переменного однофазного синусоидального тока с номинальной мощностью P_Н двумя параллельно соединенными одинаковыми активными нагрузками с сопротивлением R и с суммарной номинальной мощностью, равной 2P_Н.

На фиг. 2 показаны временные диаграммы изменения напряжения U и мощности P для электроустановки, общая схема которой приведена на фиг. 1.

Электроустановка включает однофазный генератор переменного синусоидального тока 1 с жестким корпусом (не показан) и панелью управления (не показан) с размещенными на ней устройством контроля отбора мощности (например, ваттметр) 2 и загрузочными выводами 3 и 4, и подсоединенные к последним по параллельной схеме через электрические провода 5 и коммутирующие устройства 6 и 7 две одинаковые активные нагрузки 8 и 9.

Общая схема электроустановки предусматривает также возможность подачи напряжения к нагрузкам 8 и 9, соответственно, через дополнительные коммутирующие устройства 10 и 11 и фазовый регулятор мощности 12.

Поскольку в рассматриваемом примере активные нагрузки 8 и 9 имеют одинаковые значения сопротивления R, причем номинальная мощность P_Rн любой из нагрузок 8 и 9 соответствует номинальной мощности P_Н электрогенератора 1, следовательно, у нас имеется два возможных варианта «полной загрузки» электрогенератора 1, когда нагрузки 8 и 9 одновременно к нему могут подключаться напрямую (без фазового регулирования их мощности) только в одиночном порядке.

Осуществление изобретения

Электроустановка для осуществления предлагаемого способа отбора мощности генератора переменного тока 1 в режиме «полной загрузки» параллельно соединенными нагрузками 8 и 9 работает следующим образом.

Поскольку в рассматриваемом примере мощность электрогенератора 1 не позволяет одновременно подключать к нему обе нагрузки 8 и 9, нагрузку 8 используем в режиме «полной загрузки» электрогенератора 1, а нагрузку 9 используем как «резервную нагрузку».

При включенном электрогенераторе переменного тока 1 к нему подключают открытием коммутирующего устройства 6, соответственно, нагрузку 8. При этом коммутирующие устройства 7, 10 и 11 остаются закрытыми. Электрогенератор 1 выходит на режим работы с номинальной мощностью P_Н, которой соответствует номинальное напряжение на входе нагрузки 8 U_Н (см. фиг. 2).

При остальных значениях мгновенного напряжения на входе нагрузки 8 (см. на рисунке 2 участки синусоиды напряжений U_R, ограниченные U_Н) генератор 1 остается недогруженным.

При возникновении потребности отбора дополнительной мощности к электрогенератору 1 подключают «резервную нагрузку» 9 через дополнительное коммутирующее устройство 11 и фазовый регулятор мощности 12, отрегулированный изначально на минимальную мощность «резервной нагрузки».

Далее, осуществляя, соответственно, непрерывный контроль суммарной мощности работающих нагрузок 8 и 9 по показаниям устройства контроля отбора мощности 2, регулируя настройки фазового регулятора мощности 12, плавно увеличивают мощность работающей «резервной нагрузки» 9 до тех пор, пока общая суммарная потребляемая мощность работающих нагрузок 8 и 9 не начнет превышать Pн, после чего фиксируют соответствующее положение устройства настройки фазового регулятора мощности 12 и продолжают в таком режиме осуществлять отбор мощности электрогенератора 1 в течение всего планового времени работы данного варианта «полной загрузки».

При этом благодаря фазовому регулятору мощности 12 дополнительный отбор мощности электрогенератора 1 с помощью нагрузки 9 осуществляется только лишь в режимах его недогрузки.

По истечении планового времени работы данного варианта «полной загрузки» отключают работающие нагрузки 8 и 9 в произвольном порядке с помощью коммутирующих устройств 6 и 7 и выключают сам электрогенератор 1.

Если возникает необходимость повторного использования данного варианта «полной загрузки» электрогенератора 1, после включения последнего к нему подключают соответствующие нагрузки 8 и 9 в произвольной последовательности без изменения зафиксированных настроек фазового регулятора 12.

Если же используется в качестве основной нагрузки нагрузка 9 (второй вариант «полной загрузки» электрогенератора 1), то в качестве «резервной нагрузки» используется нагрузка 8, и отбор дополнительной мощности при этом осуществляется в приведенном выше порядке с той лишь разницей, что подача напряжения на вход «резервной нагрузки» через фазовый регулятор мощности 12 осуществляется путем замыкания контакта коммутирующего устройства 10, а коммутирующее устройство 11 при этом остается разомкнутым.

При этом фазовое регулирование мощности «резервной нагрузки» 9 (или 8) независимо от количества ее включений осуществляют путем прерывания подачи напряжения на ее вход, по меньшей мере, на верхних участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения, соответствующих максимальным или близким к максимальным мгновенным значениям суммарных мощностей работающих нагрузок 8 и 9, и возобновления подачи напряжения на вход «резервной нагрузки» 9 (или 8), либо на восходящих, либо на нисходящих, а предпочтительно, на обоих упомянутых участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения на входах нагрузок 8 и 9 (см. фиг. 2).

Между тем в последнем случае, с целью обеспечения надежности работы фазового регулятора мощности 12 и электроустановки в целом, возможно некоторое снижение уставок напряжения его срабатывания в режимах прерывания или подачи напряжения на вход «резервной нагрузки» 9 (или 8).

Принципиальные электрические схемы фазовых регуляторов мощности электрических нагрузок, а также технологические особенности их сборки, подключения и работы широко известны и детально описаны в технической литературе.

Между тем корректировка настроек фазового регулятора мощности 13 после истечения времени прогрева «резервной нагрузки» 9 (или 8) позволит увеличить объемы отбора дополнительной мощности электрогенератора 1 за счет продления общего времени подачи напряжения на вход включенной «резервной нагрузки» 9 (или 8).

Таким образом, при использовании предлагаемого способа отбора мощности электрогенератора переменного тока и электроустановки для его осуществления, автоматически обеспечивается отбор повышенной мощности у электрогенератора 1, не допуская при этом его перегрузки.

Отличительные признаки изобретения, изложенные в его формуле, могут быть использованы с получением соответствующего положительного эффекта в той или иной мере как в совокупности их различных комбинаций, так и в отдельности, однако максимальный технический результат зависит, в том числе, и от условий использования предложенного способа отбора мощности генератора переменного тока в режиме «полной загрузки» и устройства для его осуществления.

Использование изобретения позволит расширить область применения автономных генераторов переменного тока за счет повышения эффективности их работы и уменьшения затрат на их приобретение и обслуживание путем снижения расчетной мощности.

Кроме того, использование изобретения позволит повысить эффективность работы и расширить возможности действующих на определенных территориях энергетических систем в режимах работы их с перегрузом, в том числе и при аварийных ситуациях.

Следует также отметить, что технические решения предлагаемого способа отбора мощности генератора переменного тока в режиме «полной загрузки» и устройства для его осуществления относительно легко могут быть реализованы на действующих серийных производствах автономных генераторов переменного тока и различных электрообогревателей и нагревателей воды, в том числе, и бытовых, так как предусматривают минимальные и несложные изменения выпускаемых конструкций.

Отсутствие в технической и патентной литературе сведений по использованию заявленного способа отбора мощности источника переменного тока в режиме «полной загрузки» и устройства для его осуществления в целях достижения описанного эффекта и технического результата показывает новизну взаимосвязи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и его положительным эффектом. Это обеспечивает существенное отличие данного изобретения от всех известных способов отбора мощности генераторов переменного тока в режиме «полной загрузки» и устройств для его осуществления.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности использования выходной мощности электрогенераторов переменного тока. В способе отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки», включающем предварительный подбор по техническим данным электрогенератора и нагрузок или экспериментальным путем варианта «полной загрузки» электрогенератора параллельно соединенными нагрузками, при котором остаются незадействованными, по меньшей мере, одна и более имеющиеся параллельно соединенные «резервные нагрузки», и подключение к загрузочным выводам электрогенератора в произвольной последовательности нагрузок по данному варианту «полной загрузки». Предварительно до или после подключения к электрогенератору нагрузок по выбранному варианту «полной загрузки» выделяют среди незадействованных нагрузок «резервные нагрузки», выбирают среди последних одну и более «резервную нагрузку» для осуществления дополнительного отбора мощности электрогенератора. Подключают отобранные «резервные нагрузки» через общий или индивидуальные фазовые регуляторы мощности, отрегулированные на минимальную мощность, к электрогенератору, осуществляя, соответственно, непрерывный контроль общей мощности работающих нагрузок, либо дополнительно и мощностей каждой из включенных «резервных нагрузок», регулируя настройки общего фазового регулятора, либо синхронно регулируя настройки индивидуальных фазовых регуляторов, плавно увеличивают мощности работающих «резервных нагрузок» до тех пор, пока общая суммарная потребляемая мощность всех работающих нагрузок не сравняется с номинальной мощностью электрогенератора, либо начнет превышать его, после чего фиксируют соответствующие положения средств настройки задействованных фазовых регуляторов и продолжают в таком режиме осуществлять отбор мощности электрогенератора в течение всего планового времени работы данного варианта «полной загрузки», по истечении которого отключают работающие нагрузки в произвольном порядке и выключают электрогенератор, причем при повторном использовании данного варианта «полной загрузки» электрогенератора, после включения последнего, к нему подключают соответствующие нагрузки, в том числе и «резервные нагрузки», в произвольной последовательности без изменения зафиксированных настроек фазовых регуляторов последних. Фазовое регулирование мощностей «резервных нагрузок» осуществляют путем прерывания подачи напряжения на их входы, по меньшей мере, на верхних участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения, соответствующих максимальным или близким к максимальным мгновенным значениям суммарных мощностей всех работающих нагрузок, и возобновления подачи напряжения на входы соответствующих «резервных нагрузок», либо на восходящих, либо на нисходящих, а предпочтительно, на обоих упомянутых участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения на их входах. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки», включающий предварительный подбор по техническим данным электрогенератора и нагрузок или экспериментальным путем варианта «полной загрузки» электрогенератора параллельно соединенными нагрузками, при котором остаются незадействованными, по меньшей мере, одна и более имеющиеся параллельно соединенные «резервные нагрузки», и подключение к загрузочным выводам электрогенератора в произвольной последовательности нагрузок поданному варианту «полной загрузки», отличающийся тем, что с целью расширения области применения электрогенератора переменного тока за счет повышения эффективности использования выходной мощности путем обеспечения возможности отбора дополнительной мощности в режимах его «полной загрузки», предварительно до или после подключения к электрогенератору нагрузок по выбранному варианту «полной загрузки» выделяют среди незадействованных нагрузок «резервные нагрузки», выбирают среди последних один и более «резервные нагрузки» для осуществления дополнительного отбора мощности электрогенератора, после чего подключают отобранные «резервные нагрузки» через общий или индивидуальные фазовые регуляторы мощности, отрегулированные на минимальную мощность, к электрогенератору, осуществляя, соответственно, непрерывный контроль общей мощности работающих нагрузок, либо дополнительно и мощностей каждой из включенных «резервных нагрузок», регулируя настройки общего фазового регулятора, либо синхронно регулируя настройки индивидуальных фазовых регуляторов, плавно увеличивают мощности работающих «резервных нагрузок» до тех пор, пока общая суммарная потребляемая мощность всех работающих нагрузок не сравняется с номинальной мощностью электрогенератора либо начнет превышать его, после чего фиксируют соответствующие положения средств настройки задействованных фазовых регуляторов и продолжают в таком режиме осуществлять отбор мощности электрогенератора в течение всего планового времени работы данного варианта «полной загрузки», по истечении которого отключают работающие нагрузки в произвольном порядке и выключают электрогенератор, причем при повторном использовании данного варианта «полной загрузки» электрогенератора, после включения последнего к нему подключают соответствующие нагрузки, в том числе и «резервные нагрузки», в произвольной последовательности без изменения зафиксированных настроек фазовых регуляторов последних, причем фазовое регулирование мощностей «резервных нагрузок» осуществляют путем прерывания подачи напряжения на их входы, по меньшей мере, на верхних участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения, соответствующих максимальным или близким к максимальным мгновенным значениям суммарных мощностей всех работающих нагрузок, и возобновления подачи напряжения на входы соответствующих «резервных нагрузок», либо на восходящих, либо на нисходящих, а предпочтительно, на обоих упомянутых участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения на их входах.

2. Способ отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки» по п.1, отличающийся тем, что уставки настроек фазовых регуляторов корректируют после истечения времени прогрева «резервных нагрузок».

3. Электроустановка для осуществления способа отбора мощности электрогенератора переменного тока в режиме «полной загрузки» по пп.1 и 2, включающая генератор переменного одно-, двух- либо трехфазного тока с жестким корпусом и панелью управления с размещенными на ней устройством контроля отбора мощности и загрузочными выводами, и подсоединенные к последним по параллельной схеме через электрические провода и коммутирующие устройства две и более нагрузки, с суммарной номинальной мощностью, превышающей номинальную мощность электрогенератора, причем хотя бы одна из нагрузок является «резервной нагрузкой», отличающаяся тем, что электрические цепи подключения «резервных нагрузок» к электрогенератору снабжены общим фазовым регулятором мощности, или индивидуальными фазовыми регуляторами мощности и индивидуальными средствами контроля мощности «резервных нагрузок», причем фазовые регуляторы мощности имеют соответствующие настроечные устройства и функциональные возможности прерывания подачи напряжения на входы соответствующих «резервных нагрузок», по меньшей мере, на верхних участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения, соответствующих максимальным или близким к максимальным мгновенным значениям суммарных мощностей всех работающих нагрузок, и обеспечения работы «резервных нагрузок», либо на восходящих, либо на нисходящих, а предпочтительно, на обоих упомянутых участках временных зависимостей мгновенных значений напряжения на входах подключенных «резервных нагрузок».

4. Электроустановка по п.3, отличающаяся тем, что общие или индивидуальные средства отбора дополнительной мощности объединены в общий блок, снабженный корпусом, соответствующими выводами и общим вводом.

5. Электроустановка по п.4, отличающаяся тем, что общий блок отбора дополнительной мощности встроен в корпус электрогенератора, причем его вводные клеммы подсоединены известными способами с загрузочными выводами электрогенератора, а его загрузочные выводы для отбора дополнительной мощности электрогенератора выведены на панель управления последнего с соответствующим обозначением.

6. Электроустановка по пп.4 и 5, отличающаяся и тем, что индивидуальные средства отбора дополнительной мощности размещены в корпусах соответствующих «резервных нагрузок».