ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H02M1/12 H02M5/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности, к промежуточному источнику питания для потребителей электроэнергии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Рост количества устройств, потребляющих электрическую энергию, как в промышленном производстве, так и в домохозяйствах во всем мире обеспечивает актуальность вопроса обеспечения электропитания потребителей в настоящее время. Кроме того, остро стоит проблема снижения значения потребляемой электроэнергии потребителями.

Множество потребителей электрической энергии в настоящее время являются чувствительными к параметрам подаваемой электрической энергии и отклонение от заданных параметров может привести либо к неисправности, либо к отклонениям рабочих характеристик потребителя, что особенно нежелательно в промышленном оборудовании, т.к. может привести к нежелательным последствиям в ходе технологического процесса.

В настоящее время известно множество решений, направленных на обеспечение электропитания потребителей, с различным принципом действия, свойствами, характеристиками и т.д.

Например, в уровне техники известна статическая электрическая машина, раскрытая в документе CN 106571745 A, предназначенная для подачи питания к потребителям электрической энергии. Данная электрическая машина включает в себя источник энергии переменного тока, переменный конденсатор и выходной трансформатор, причем в зависимости от схемы подключения элементов в данной машине реализуется схема параллельного или последовательного резонанса, а электрическая мощность на выходе упомянутой электрической машины подается для питания потребителя электрической энергии.

Однако, данное решение не обладает достаточной надежностью и безопасностью, поскольку резонансные явления, используемые в данном решении, могут привести к неисправности питаемого оборудования.

Таким образом, в настоящее время существует потребность в создании источника питания, обеспечивающего надежное и безопасное электропитание для электропотребителя с заданными параметрами электрической энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на решение по меньшей мере некоторых из приведенных выше проблем.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен однофазный источник питания, предназначенный для подключения между электрической сетью и потребителем электрической энергии, причем источник питания включает в себя:

конденсаторный модуль, блок управления, индукционный модуль, входные клеммы, выполненные с возможностью подключения к электрической сети, и выходные клеммы, выполненные с возможностью подключения к потребителю электрической энергии,

причем индукционный модуль включает в себя несколько индукторов, соединенных параллельно, причем каждый индуктор состоит из магнитопроводного сердечника, намотанных на него трех основных катушек, причем две основные катушки (К1, К2) являются синфазными, а третья основная катушка (К3) является противофазной двум другим, и трех измерительных катушек (Т1-Т3), подключенных к блоку управления, причем при прохождении электрического тока через магнитопроводный сердечник создается замкнутое электромагнитное поле, которое генерирует электродвижущую силу в основных катушках;

причем каждый магнитопроводный сердечник соединен с одной стороны с входной клеммой, а с другой стороны - с выходной клеммой,

конденсаторный модуль включает в себя множество конденсаторов и соединен с основными катушками индукторов индукционного модуля с возможностью зарядки конденсаторов посредством индукционного тока, генерируемого в противофазной основной катушке посредством ЭДС, и последующей разрядки в упомянутые синфазные основные катушки;

блок управления соединен с измерительными катушками и выполнен с возможностью приема данных измерений из измерительных катушек и управления зарядкой/разрядкой конденсаторного модуля на основании измерений;

причем каждый магнитопроводный сердечник состоит из нескольких перемеженных между собой и пакетированных медных и ферромагнитных пластин.

Согласно одному варианту осуществления изобретения индукционный модуль включает в себя три индуктора.

Согласно другому варианту осуществления изобретения конденсаторный модуль включает в себя по пять параллельно соединенных конденсаторов на линию каждого индуктора.

Согласно другому варианту осуществления изобретения блок управления включает в себя матрицу управления, представляющую собой группу из тридцати измерительных трансформаторов тока, причем группа разбита на подгруппы по десять штук.

Согласно другому варианту осуществления изобретения блок управления дополнительно содержит контроллер.

Согласно другому варианту осуществления изобретения через каждую подгруппу из десяти измерительных трансформаторов проходит шина, через которую происходит импульсная зарядка/разрядка линии конденсаторов, соединенной с соответствующим индуктором.

Согласно другому варианту осуществления изобретения магнитопроводный сердечник содержит по меньшей мере семь медных и по меньшей мере семь ферромагнитных пластин.

Согласно другому варианту осуществления изобретения между синфазными основными катушками подключен балластовый конденсаторный блок.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен трехфазный источник питания, включающий в себя три упомянутых однофазных источника питания.

Согласно одному варианту осуществления трехфазного источника питания конденсаторный модуль включает в себя по пять параллельно соединенных блоков конденсаторов на каждую фазу, причем каждый блок конденсаторов содержит три конденсатора.

Согласно другому варианту осуществления трехфазного источника питания блок управления включает в себя матрицу управления, состоящую из девяноста измерительных трансформаторов тока, которые сгруппированы в три группы по тридцать штук, причем группы разбиты на подгруппы по десять штук.

Настоящее изобретение позволяет повысить надежность электропитания потребителей электрической энергии и обеспечить требуемые параметры электрической энергии даже в случае нештатных ситуаций.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

На фиг. 1 изображена схема одного индуктора индукционного модуля источника питания в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 изображена схема параллельного подключения индукторов в трехфазном источнике питания согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 изображен пример конденсаторного модуля трехфазного источника питания в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 изображено реле разрядки/зарядки блока конденсаторов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 изображено подключение трансформаторов тока в блоке управления согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 6 изображена одна линия разрядки/зарядки конденсаторов с установленными ТТ.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации изложенной в описании и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Трехфазный источник питания в соответствии с настоящим изобретением состоит из трех идентичных однофазных источников питания. Каждый такой однофазный источник питания может отдельно функционировать в линии питания однофазного потребителя. Таким образом, приведенное ниже описание раскрывает как однофазный промежуточный источник питания, так и трехфазный промежуточный источник питания, состоящий из трех идентичных однофазных источников питания.

Упомянутый источник питания включает в себя конденсаторный модуль, блок управления, индукционный модуль, входные клеммы, выполненные с возможностью подключения к электрической сети, и выходные клеммы, выполненные с возможностью подключения к потребителю электрической энергии.

Однофазный источник питания включает в себя несколько индукторов, включенных параллельно. С целью упрощения на фиг. 1 изображен только один такой индуктор, причем в примерном варианте осуществления настоящего изобретения однофазный источник питания содержит три таких индуктора, соединенных параллельно, что обусловлено необходимостью создания устойчивого градиента мощности вдоль линии питания при совершении основной работы. Три индуктора согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения обеспечивают наиболее устойчивую схему. Градиент мощности дает прирост на 20-25% на каждой ступени (на каждом из индукторов). Каждый индуктор обеспечивает свою часть баланса и поэтому нагрузка распределена равномерно. Кроме того, если какой-либо из индукторов не выйдет сразу на заданную мощность, два других скорректируют баланс. В данной схеме маловероятно, чтобы все три индуктора или сразу два не вышли в заданный диапазон работы. Это возможно только в случае физического нарушения целостности проводника от конденсаторов.

Упомянутые индукторы в совокупности образуют индукторный блок источника питания согласно настоящему изобретению. Таким образом, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения трехфазный источник питания содержит девять индукторов, по три подключенных параллельно индуктора в каждой фазе, как изображено на фиг. 2. Каждый такой индуктор (см. фиг. 1) состоит из магнитопроводного сердечника, намотанных на сердечник трех измерительных катушек (Т1, Т2, Т3) и трех основных катушек (К1, К2, К3), причем две катушки (К1, К2) являются синфазными, а третья катушка (К3) является противофазной двум другим. Дополнительно каждый индуктор содержит балластовый конденсаторный блок (БК). В примерном варианте осуществления настоящего изобретения балластовый конденсаторный блок состоит из двадцати конденсаторов, соединенных параллельной матрицей. Балластовый конденсаторный блок подключен между катушками К1 и К2 и предназначен для гашения избыточной индукции и обеспечения баланса работы устройства. Когда накопленный в балластовом конденсаторном блоке заряд преодолевает сопротивление R2 на выходе в заземление, его излишек растекается в заземление, тем самым осуществляя гашение избыточной индукции.

Магнитопроводный сердечник соединен с одной стороны с входной клеммой (ВК1), предназначенной для подключения к электрической сети (С), а с другой стороны - с выходной клеммой (ВК2), предназначенной для подключения к потребителю (П) электрической энергии. Таким образом, через него непосредственно проходит линия потребления электроэнергии потребителем. Магнитопроводный сердечник состоит из нескольких перемеженных между собой и пакетированных медных и ферромагнитных пластин. В примерном варианте осуществления магнитопроводный сердечник содержит четырнадцать пластин: семь медных и семь ферромагнитных. Стоит отметить, что возможны альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения, в которых магнитопроводный сердечник содержит большее количество пластин, причем предпочтительно магнитопроводный сердечник содержит нечетное количество медных и нечетное количество ферромагнитных пластин. Упомянутые пластины покрыты с помощью гальваники слоем сплава алюминия и олова с соотношением 60/40 с целью обеспечения полного прилегания пластин между собой, исключающего зазор между пластинами и увеличивающего металлосвязь. Это позволяет снизить контактное сопротивление между пластинами и избежать избыточного нагрева сердечника. При прохождении электрического тока через магнитопроводный сердечник во время питания потребителя электрической энергии в индукторе создается замкнутое неравномерное электромагнитное поле, плотность которого непостоянна, которое генерирует электродвижущую силу (ЭДС) в противофазной основной катушке. Неравномерность электромагнитного поля является следствием разной индуктивности пластин сердечника.

Измерительные катушки (Т1-Т3) подключены к блоку управления и выполнены с возможностью передачи измерений в блок управления. Упомянутые измерительные катушки предназначены для измерения тока в линии потребления потребителя. Измерительные катушки расположены вдоль сердечника индуктора, причем первая катушка Т1 расположена в начальной области сердечника по направлению от электрической сети к потребителю, вторая катушка Т2 расположена в центральной части сердечника, а третья катушка Т3 расположена в конечной области сердечника. Это обеспечивает возможность отслеживания градиента тока, протекающего в индукторе, и управления настоящим источником питания на основании полученных измерений.

Индуктор содержит три измерительные катушки, так как это оптимальное количество для детектирования пиков потребления тока и в процессе работы постоянно осуществляется сравнение измерений между катушками Т1 и Т2, а также Т3 и Т2. И при возникновении пика потребления показания измерений между катушками Т1 и Т2 и катушками Т3 и Т2 могут радикально отличаться, до 2-3 раз. В обычном режиме значения измерений всех трех катушек практически одинаковы.

Вследствие схемы соединения измерительных катушек Т1-Т3 между собой (см. фиг. 1), на блок управления от измерительных катушек подается сигнал, характеризующий среднее арифметическое от измерений трех катушек.

Конденсаторный модуль (КМ) выполняет работу по аккумулированию и накачке энергии рабочего контура. Конденсаторный модуль включает в себя множество конденсаторов и соединен с основными катушками индукционного модуля с возможностью зарядки конденсаторов посредством индукционного тока, генерируемого в противофазной основной катушке К3 посредством ЭДС, и последующей разрядки в упомянутые синфазные основные катушки К1 и К2. В примерном варианте осуществления конденсаторный модуль трехфазного источника питания содержит пятнадцать блоков конденсаторов, каждый из которых содержит по три конденсатора (см. фиг. 2). В предпочтительном варианте осуществления в конденсаторном модуле применяются сверхбыстродействующие конденсаторы.

На фиг. 3 (и далее) обозначения A1, B1, C1, A2, B2, C2, A3, B3, C3 указывают на линии, соединенные с соответствующими индукторами каждой фазы. Т.е. A1 - линия, соединенная с первым индуктором фазы А и т.д. N обозначает линию нейтрали. Таким образом, в трехфазном исполнении с каждой линии блоков конденсаторов выходят сразу три фазы. Очевидно, что в случае однофазного исполнения источника питания конденсаторный блок будет иметь три линии конденсаторов, подключенные к соответствующим индукторам.

Каждый блок конденсаторов имеет конструктивную особенность: встроенный разрядник в виде реле разрядки/зарядки с замыканием на нейтраль (см. фиг. 4). Реле разрядки/зарядки имеет три положения: «зарядка», «разрядка» и нулевое положение, в котором не происходит ни зарядка, ни разрядка. Для каждого индуктора каждой из фаз используется ряд из 5 параллельно соединенных конденсаторов. Линия зарядки и разрядки конденсаторов - одна и та же.

Блок управления соединен с измерительными катушками и выполнен с возможностью приема данных измерений из измерительных катушек и управления зарядкой/разрядкой конденсаторного модуля на основании измерений.

Согласно одному варианту осуществления изобретения блок управления выполняет работу по градиентному измерению линии разрядки/зарядки конденсаторов посредством индукционных трансформаторов тока (ТТ) типа Т-0,66 в количестве 90 штук с 5А измерительными щупами на выходе и до 1000А измерителями на линии измерения (см. фиг. 5). По 30 ТТ приходится на одну рабочую фазу или по 10 на каждую линию разрядки/зарядки конденсаторов (см. фиг. 6). Упомянутые 10 ТТ распределены равномерно вдоль линии зарядки/разрядки конденсаторов.

Как изображено на фиг. 6 на линию зарядки/разрядки конденсаторов каждого индуктора установлены 10 ТТ для осуществления градиентного измерения упомянутой линии с целью нахождения среднего арифметического значения, на основе которого и выстраивается баланс работы индукторов. Выводы М1 и М10 упомянутых ТТ подключены к выводам измерительных катушек Т1-Т3 индуктора. Остальные выводы могут быть зарезервированы на случай осуществления регулировки процесса измерений посредством соединения упомянутых выводов между собой (описано ниже). Кроме того, при наличии контроллера упомянутые выводы могут быть подключены к контроллеру для осуществления измерений и управления работой устройства посредством контроллера.

В данном варианте осуществления блок управления представляет собой «матрицу управления», при соединении (индуктивном или прямом) частей которой в пределах каждой линии можно подтолкнуть алгоритм управления к более быстрым вычислениям, что приводит к угрублению общего градиента замеров и сокращению времени принятия тех или иных решений по управлению основным алгоритмом управления. Это также дает возможность, без подключения к внешним визуальным источникам и иным средствам отображения управляющей информации (например, внешней консоли), повлиять на сам процесс управления устройства.

В данном варианте осуществления трехфазного источника питания матрица управления - это блок-поле (совокупность линий из 10 трансформаторов тока каждая) из 90 измерительных трансформаторов тока, которые сгруппированы в три группы по тридцать штук, в свою очередь группы разбиты на подгруппы по 10 штук. Через каждые 10 штук ТТ проходит шина через которую происходит импульсная зарядка/разрядка линии конденсаторов по фазам. Каждая группа из тридцати ТТ это одна фаза, каждая фаза разбита на три линии конденсаторов. Управление осуществляется измерением тока на этой линии внутренней обмоткой ТТ, которая передает информационный ток на внешнюю обмотку ТТ, где осуществляется сравнение этого информационного тока с током сигнала от измерительных катушек в индукторе и балансировка работы схемы на основании упомянутого сравнения, при этом внутренняя обмотка ТТ подключена к основным катушкам в индукторе. При сильном импульсе во время разрядки конденсаторов конденсаторного модуля, ток на внутренней обмотке становится тоже большим, таким образом заглушая чрезмерное возбуждение противофазной основной катушки К3 в индукторе (с помощью баланса через внешние обмотки ТТ), чтобы снизить нагрузку и избежать перезарядки, в другом случае ток становится меньше, а возбуждение тем самым становится на катушке больше, для добора зарядки конденсаторов.

Излишний индукционный ток, который не пошел в полезную работу, сбрасывается в контур заземления. Таким образом достигается баланс системы и реализуется ее индукционно-импульсное управление.

В альтернативном варианте осуществления блок управления дополнительно включает в себя контроллер. Контроллер подключается к измерительным трансформаторам блока управления, причем между упомянутым контроллером и измерительными ТТ устанавливается аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), подающий хэш-поток измерений в контроллер. В примерном варианте осуществления контроллер подключен к первому измерительному трансформатору ТТ1. Хэш-поток (растровый поток значений) представляет собой поток информации от измерительных катушек из индукторов и измерительных ТТ. При прохождении измерительного тока из них через АЦП, он преобразуется в хэш-поток, который уже распознает контроллер. В данном случае хэш-поток представляет собой поток значений в восьмеричной системе из измерительных катушек, который прошел через АЦП. То есть поток данных, имеющих числовые значения, по которым можно посчитать среднее арифметическое значение за период времени. Контроллер на основании поступающих данных управляет разрядкой/зарядкой конденсаторного модуля.

Описанное выше количество и расположение ТТ обусловлено необходимостью более точных замеров по линии протекания тока по линии конденсаторов и используется для сбора данных для управления на основе среднеарифметических числовых значений поступающих от измерительных ТТ на АЦП (в случае наличия контроллера) в виде непривязанного и непреобразованного в какие-либо единицы измерения хэш-потока, ограниченного 4 знаками для простоты и скорости вычисления среднеарифметического значения потока по времени с интервалом в 1800 секунд с шагом 0,5 секунд. Этих рамок достаточно, для принятия управленческих решений на уровне алгоритма управления. Во время зарядки конденсаторов хэш-поток минусовой.

Измерения поступают в контроллер от измерительных ТТ в виде изменяемого напряжения, затем за заданный промежуток времени (примерно 30 минут) набирается статистика пиковых нагрузок на линии потребления и по собранной статистике вычисляется среднее арифметическое хэш-потока, которое берется за эталонное значение для следующих 30 минут замеров. В примерном варианте осуществления эталонное значение пересчитывается каждые 30 минут. В дальнейшем программа управления на основании поступающих показаний измерений и вычисленного на предыдущем этапе эталонного значения управляет периодами разрядки/зарядки для обеспечения баланса системы для поддержания параметров цепи «конденсатор-индуктор», включая емкость конденсаторов и защиту от перезарядки.

Программа управления в данном примерном варианте осуществления реализована в виде программного кода, сохраненного на носителе информации, и выполняемого контроллером блока управления источника питания.

Если же управление осуществляется балансом посредством блока управления в виде матрицы управления, то при поступающем напряжении и токе с измерительных катушек в индукторе при превышении емкости резисторов на матрице управления, идет сброс балансового тока, таким образом поддерживая балансовый коридор для поддержания рабочих параметров.

Далее приведено описание примера работы раскрытого выше промежуточного источника питания.

При прохождении электрического тока через магнитопроводы индукторов, которые имеют гальваническую связь с источником питания и потребителем, в магнитопроводах создается замкнутое электромагнитное поле, которое начинает возбуждение и создание индуктивного электромагнитного поля на основных катушках (К1-К3).

Измерительные катушки начинают считывать информацию и передавать ее в блок управления, который начинает накапливать статистику измерений для вычисления среднеарифметического значения пиков хэш-чисел поступающих от Т1-ТЗ и измерительных трансформаторов ТТ1-ТТ10. В течение 1800 секунд конденсаторы находятся в режиме зарядки (их реле разрядки/зарядки находятся в положении «зарядка», как изображено на фиг. 3) и заряжаются от противофазной основной катушки (К3). По прошествии 1800 секунд, производится первая разрядка линии конденсаторов в катушки индукторов (реле разрядки/зарядки переходят в положение «разрядка», как изображено на фиг. 3), в следствии чего на рабочих катушках К1 и К2 возникает пульсация сформированного протеканием тока электромагнитного поля, которая провоцирует появление более мощной ЭДС в электромагнитном сердечнике индукторов (обратная индукция, вихревое поле с обратной электромагнитной полярностью), что провоцирует сдвиг тока выходного от входного на 180 градусов и уменьшает ток на входе относительно выхода на время импульса.

Сам импульс, из-за скорости протекания процесса расходует не весь свой потенциал на дополнительную ЭДС магнитопровода, создает избыточность индукционного тока на катушке К3 (точнее на время импульса создается кратковременная избыточность обратного вихревого поля, которое находится в фазе с катушкой К3), создавая тем самым картину поля, похожего на вихревой поток, и меняя его магнитные свойства, превращая заряженный поток в ток (благодаря самоиндукции, которая создается в этих условиях), достаточный и приемлемый для зарядки конденсаторов (зарядка происходит от избыточного поля противофазного основному полю, т.е. вихревого поля, которое в этот момент создается и которое находится в фазе протекания тока по катушке К3), находящихся на линии протекания данного процесса. После разрядки конденсаторов конденсаторного блока и создания вышеназванного импульса, который детектируется катушками Т1-ТЗ, реле разрядки/зарядки переходит в положение «зарядка». Энергия накапливается в конденсаторах от противофазной катушки К3, которая «берет» ток из синфазного ей созданного вихревого поля. После первого импульса конденсаторы заряжаются не полностью, и остаются открытыми для зарядки, пока внутренний предохранитель не закроет реле в нулевое положение для того, чтобы избежать перезарядки (очень кратковременно), после чего поступает управляющий сигнал, реле замыкается на разрядку и работа повторяется вновь. С течением времени и определенного числа совершения вышеназванной работы контура, постепенно создается избыточность поля достаточная (накопление потенциала вихревого поля) для непрерывной зарядки и разрядки линии конденсаторов. Конденсаторный блок заряжается не полностью от этой избыточности, а от 30 до 90%, в зависимости от периода и плотности потока в данный момент времени, остальное добирается с линии потребления. Это позволяет использовать часть энергии генерируемого вихревого поля для зарядки конденсаторов конденсаторного блока и, следовательно, снижает потребление энергии на функционирование настоящего источника питания.

В случае выключения потребителя, контур «затухает», до следующего начала потребления.

Для безопасности, избыток индуктивного тока от катушки К3, сбрасывается в контур заземления. В данном случае имеется ввиду неизрасходованный потенциал вихревого поля, до его перехода в увеличение сопротивления основного проводника. Чтобы этого не произошло мгновенно и для помощи в появлении данной избыточности, на линии заземления от катушки К3 на всех индукторах установлено пассивное сопротивление (для кратковременной задержки сброса импульсного избытка вихревого противофазного поля). Процесс становится автономным и безопасным.

Таким образом, конфигурация сердечника образует неравномерное электромагнитное поле, плотность которого непостоянна, но при разрядке линии конденсаторов в данный сердечник, поскольку пластины имеют разную индуктивность, создается электромагнитное поле, которое становится достаточно плотным для зарядки конденсаторов (линии, которая относится именно к этому индуктору). Этот процесс повторяется достаточно часто (дискретизация около 5 раз/сек), таким образом исходя из данной конфигурации образуется замкнутая сбалансированная система, которая подает дополнительную мощность в линию потребления каждый 3-й период. Этот процесс повторяется на каждой фазе по 3 раза за один период, так как линий увеличения тока на каждой фазе три.

Задача алгоритма управления поддерживать баланс между разрядкой конденсаторов в катушки К1 и К2 и зарядкой от катушки К3. Так же следует отметить важный момент. Катушка К3 заряжает конденсаторы и от избыточной плотности поля, созданного разрядом, и от индуктивности самого сердечника при потреблении тока потребителем. Имеется ввиду, что достигнут баланс между периодами зарядки и разрядки конденсаторов, который обеспечивает достаточный КПД для обозначенного эффекта.

Влиять на управление устройством можно переключением балансовых перемычек на матрице управления (см. фиг. 5). Если их расставлять в определенном порядке (порядок определяется измерением протекания тока и параметрами потребителя), то можно устанавливать время (период, без точного времени) запуска и установления рабочего баланса, который является основным режимом работы устройства, от примерно 30 минут до примерно 48 часов. Необходимость такого управления зависит от потребителя и его модели потребления. Если потребитель постоянная нагрузка, которая не выключается, то в работу можно ввести быстро и не отключать. Если потребитель представляет собой постоянно меняющуюся нагрузку, то нужно выбрать медленный запуск, для проверки работоспособности источника питания при данных видах нагрузки. Первичная схема установки перемычек (см. фиг. 5) - универсальна для всех видов потребителей.

Описанный выше источник питания может применяться для надежного и бесперебойного питания потребителей электрической энергии.

Таким образом на основании приведенного выше описания можно реализовать однофазный/трехфазный источник питания в соответствии с настоящим изобретением.

Возможны несколько сценариев применения настоящего источника питания.

Компенсация падений напряжения в сети.

В результате различных причин, включая различные неисправности, неравномерную нагрузку фаз питающего трансформатора, перегрузки питающего трансформатора на подстанции и т.д. возможны временные падения напряжения в электрической сети. Такие явления оказывают негативное влияние на потребителей электрической энергии, например, критичных к уровню питающего напряжения. Источник питания в соответствии с настоящим изобретением выполнен с возможностью компенсации таких падений напряжения в электрической сети посредством энергии, запасаемой в конденсаторном блоке, для поддержания требуемого уровня питающего напряжения для потребителя в течение заданного времени. С этой целью источник питания посредством измерительных катушек обнаруживает падение напряжения питающей электрической сети, что может привести к анормальному режиму работы потребителя. Посредством программы управления, запрограммированной в блоке управления, источник питания компенсирует падение напряжения в питающей электрической сети посредством разрядки конденсаторов конденсаторного блока в заданные моменты времени для подачи дополнительной энергии в линию потребления.

Компенсация пиков потребления энергии потребителем.

Функционирование потребителя электрической энергии может быть связано с переходными процессами, которые приводят к колебаниям потребления электрической энергии потребителем, сопровождаемым некоторыми пиковыми значениями потребления. Это может быть нежелательным по различным причинам. Источник питания в соответствии с настоящим изобретением выполнен с возможностью компенсации таких пиков потребления энергии потребителем. Причем в моменты сниженной нагрузки потребителя источник питания может аккумулировать энергию в конденсаторном блоке, а в моменты пикового потребления электрической энергии потребителем источник питания может компенсировать данное повышенное потребление, не допуская превышение заданных значений мгновенного потребления энергии из сети.

Снижение потребления электрической энергии из сети.

После первоначального этапа зарядки конденсаторов конденсаторного блока источник питания в соответствии с настоящим изобретением может снизить потребление энергии из электрической сети, в то время как у потребителя потребление остается на необходимом в данный момент уровне. Блок управления в соответствии с программой управления управляет разрядкой конденсаторов таким образом, что ток, формируемый в линии потребления вследствие разрядки конденсаторов, уменьшает ток на входе источника питания относительно выхода на время импульса. При этом, часть энергии разрядки конденсаторов, неизрасходованная на формирование добавочного тока в линии потребления, используется для зарядки упомянутых конденсаторов посредством противофазной обмотки, как описано выше. Ввиду этого, создается непрерывность понижения тока на входе от источника питания, в то время как у потребителя ток не падает. Процесс является дискретным, но частота дискретизации достаточна, для поддержания картины в рабочем состоянии на протяжении заданного периода потребления мощности потребителем.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет обеспечить надежное и бесперебойное питание потребителей электрической энергии.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации алгоритма управления, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.

Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к источнику питания для потребителей электроэнергии. Источник питания подключается между электрической сетью и потребителем электрической энергии и включает в себя конденсаторный модуль, блок управления и индукционный модуль, причем индукционный модуль включает в себя несколько индукторов, соединенных параллельно, причем каждый индуктор состоит из магнитопроводного сердечника, намотанных на него трех основных катушек, причем две основные катушки являются синфазными, а третья основная катушка является противофазной двум другим, и трех измерительных катушек, подключенных к блоку управления, причем конденсаторный модуль включает в себя множество конденсаторов и соединен с основными катушками индукторов индукционного модуля с возможностью зарядки конденсаторов посредством индукционного тока, генерируемого в противофазной основной катушке посредством ЭДС, и последующей разрядки в упомянутые синфазные основные катушки, причем каждый магнитопроводный сердечник состоит из нескольких перемеженных между собой и пакетированных медных и ферромагнитных пластин. Технический результат заключается в повышении надежности электропитания потребителей электрической энергии и обеспечении требуемых параметров электрической энергии в случае нештатных ситуаций. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Однофазный источник питания, предназначенный для подключения между электрической сетью и потребителем электрической энергии, причем источник питания включает в себя:

конденсаторный модуль, блок управления, индукционный модуль, входные клеммы, выполненные с возможностью подключения к электрической сети, и выходные клеммы, выполненные с возможностью подключения к потребителю электрической энергии;

причем индукционный модуль включает в себя несколько индукторов, соединенных параллельно, причем каждый индуктор состоит из магнитопроводного сердечника, намотанных на него трех основных катушек, причем две основные катушки (К1, К2) являются синфазными, а третья основная катушка (К3) является противофазной двум другим, и трех измерительных катушек (Т1-Т3), подключенных к блоку управления, причем при прохождении электрического тока через магнитопроводный сердечник создается замкнутое электромагнитное поле, которое генерирует электродвижущую силу в основных катушках;

причем каждый магнитопроводный сердечник соединен с одной стороны с входной клеммой, а с другой стороны - с выходной клеммой;

конденсаторный модуль включает в себя множество конденсаторов и соединен с основными катушками индукторов индукционного модуля с возможностью зарядки конденсаторов посредством индукционного тока, генерируемого в противофазной основной катушке посредством ЭДС, и последующей разрядки в упомянутые синфазные основные катушки;

блок управления соединен с измерительными катушками и выполнен с возможностью приема данных измерений из измерительных катушек и управления зарядкой/разрядкой конденсаторного модуля на основании измерений;

причем каждый магнитопроводный сердечник состоит из нескольких перемеженных между собой и пакетированных медных и ферромагнитных пластин.

2. Источник питания по п.1, в котором индукционный модуль включает в себя три индуктора.

3. Источник питания по п.2, в котором конденсаторный модуль включает в себя по пять параллельно соединенных конденсаторов на линию каждого индуктора.

4. Источник питания по п.2, в котором блок управления включает в себя матрицу управления, представляющую собой группу из тридцати измерительных трансформаторов тока, причем группа разбита на подгруппы по десять штук.

5. Источник питания по п.4, в котором через каждую подгруппу из десяти измерительных трансформаторов проходит шина, через которую происходит импульсная зарядка/разрядка линии конденсаторов, соединенной с соответствующим индуктором.

6. Источник питания по любому из пп.1-5, в котором блок управления дополнительно содержит контроллер.

7. Источник питания по любому из пп.1-6, в котором магнитопроводный сердечник содержит по меньшей мере семь медных и по меньшей мере семь ферромагнитных пластин.

8. Источник питания по п.1, в котором между синфазными основными катушками подключен балластовый конденсаторный блок.

9. Трехфазный источник питания, включающий в себя три однофазных источника питания по любому из пп.1-8.

10. Трехфазный источник питания по п.9, в котором конденсаторный модуль включает в себя по пять параллельно соединенных блоков конденсаторов на каждую фазу, причем каждый блок конденсаторов содержит три конденсатора.

11. Трехфазный источник питания по п.9, в котором блок управления включает в себя матрицу управления, состоящую из девяноста измерительных трансформаторов тока, которые сгруппированы в три группы по тридцать штук, причем группы разбиты на подгруппы по десять штук.