УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ Российский патент 2024 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству автоматического регулирования напряжения в сети.

Известно устройство регулирования напряжения и передаваемой мощности электрической сети [RU 2446537 С1, МПК H02J 3/12 (2006.01), опубл. 27.03.2012], содержащее первый и второй силовые трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой, силовой трансформатор без использования устройства регулирования напряжения под нагрузкой, выпрямитель, конденсатор, первый и второй инверторы, первый и второй измерительные трансформаторы напряжения, измерительный трансформатор тока, первый и второй блоки управления, блок измерения напряжения, блок измерения мощности, блок логики. Устройство позволяет стабилизировать уровень напряжения распределительной сети, снизить величину и длительность провалов и отклонений напряжения и повысить коэффициент мощности сети.

Недостатком известного устройства является использование двух силовых трансформаторов с устройством регулирования напряжения под нагрузкой и одного трансформатора без использования устройства регулирования напряжения под нагрузкой, что приводит к увеличению потерь напряжения и мощности в самом устройстве и увеличению его массы и габаритных показателей в целом, а также приводит к усложнению схемы управления.

Также известно устройство, представляющее собой регулируемый стабилизатор переменного напряжения [RU 2536875 С2, МПК Н02М 5/45 (2006.01), опубл. 27.12.2014], действующий по принципу широтной модуляции (PWM), содержащий регулятор напряжения нагрузки, регулятор сетевого тока, блок синхронизации, блок модуляции, датчики токов и напряжений. Известное устройство позволяет снизить уровень напряжения в звене постоянного тока (напряжения) PWM-конвертора, а также снизить уровень пульсаций тока.

Недостатком известного устройства является сложность схемы управления за счет использования дополнительно регулятора сетевого тока и блока синхронизации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является регулятор вольтодобавочного переменного напряжения [RU 2671829 С1, МПК Н02М 5/00 (2006.01), опубл. 07.11.2018], содержащий многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой и вторичными обмотками. Сетевая обмотка многообмоточного вольтодобавочного трансформатора подключена последовательно с источником питания и нагрузкой. Вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора подключены к выходам ключевого преобразователя, первый вход датчика напряжения подключен к первому выходному зажиму, а его выход соединен с блоком управления. Также регулятор содержит чувствительный орган, включающий датчик напряжения и блок управления, и исполнительный орган, включающий ключевой преобразователь и дополнительный управляющий ключ, подключенный последовательно с сетевой обмоткой многообмоточного вольтодобавочного трансформатора. Предложенный в изобретении регулятор позволяет повысить надежность работы регулятора вольтодобавочного трансформатора и уменьшить его стоимость.

Недостатком известного регулятора является использование контактных ключей в исполнительном органе, что приводит к уменьшению быстродействия работы регулятора.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении арсенала бесконтактных технических средств, предназначенных для быстродействующего автоматического регулирования напряжения в сети, в частности при провалах напряжения.

На Фиг. 1 представлена схема устройства автоматического регулирования напряжения в сети.

Предлагаемое устройство автоматического регулирования напряжения в сети состоит из двух корпусов, в первом из которых расположен чувствительный орган 1 (ЧО), а во втором корпусе расположен исполнительный орган 2 (ПО), и многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3.

Чувствительный орган 1 (ЧО) содержит три бесконтактных реле напряжения 4 (БРН 1), 5 (БРН 2), 6 (БРН 3), включающих в себя два оптореле с нормально закрытым контактом 7, 8, три оптореле с нормально открытым контактом 9, 10,11, добавочные резисторы 12, 13, 14, резисторы 15,16,17, 18, 19, 20, 21, 22, тиристоры 23, 24, 25, диоды 26, 27, 28, конденсаторы 29, 30. Исполнительный орган 2 (ИО) содержит два тиристора 31, 32 и два диодных моста 33, 34, включающие в себя восемь диодов 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42. Многообмоточный вольтодобавочный трансформатор 3 имеет две вторичные намагничивающие обмотки 43, 44.

Предложенное устройство также как в прототипе содержит многообмоточный вольтодобавочный трансформатор 3, сетевая обмотка которого последовательно подключена к нагрузке Z_H и питающей сети U.

В исполнительном органе 2 (ИО) анод первого тиристора 31 соединен с катодами первого 35 и второго 36 диодов в первой общей точке а первого диодного моста 33, а его катод соединен с анодами третьего 37 и четвертого 38 диодов первого диодного моста 33 во второй общей точке с. Анод второго диода 36 подключен к катоду третьего диода 37 первого диодного моста 33 в третьей общей точке b, подключенной к четвертой общей точке ƒ второго диодного моста 34 и к первой клемме (А) питающей сети U. Анод первого диода 35 соединен с катодом четвертого диода 38 первого диодного моста 33 в пятой общей точке d, подключенной к первому выводу первой вторичной намагничивающей обмотки 43 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3. Второй вывод первой вторичной намагничивающей обмотки 43 подключен ко второй клемме (0) питающей сети U.

Управляющий электрод первого тиристора 31 через первый резистор 21 подключен к первой обкладке первого конденсатора 29 чувствительного органа 1 (ЧО). Катод первого тиристора 31 подключен ко второй обкладке первого конденсатора 29 чувствительного органа 1 (ЧО).

Также в исполнительном органе 2 (ИО) анод второго тиристора 32 соединен с катодами пятого 39 и шестого 40 диодов второго диодного моста 34 в шестой общей точке e, а его катод соединен с анодами седьмого 41 и восьмого 42 диодов второго диодного моста 34 в седьмой общей точке g. Анод шестого диода 40 подключен к катоду седьмого диода 41 второго диодного моста 34 в четвертой общей точке ƒ, подключенной к первой клемме (А) питающей сети U. Анод пятого 39 диода соединен с катодом восьмого диода 42 в восьмой общей точке h, подключенной к первому выводу второй вторичной намагничивающей обмотки 44 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3, второй вывод которой подключен ко второй клемме (0) питающей сети U.

Управляющий электрод второго тиристора 32 через второй резистор 22 подключен к первой обкладке второго конденсатора 30 чувствительного органа 1 (ЧО). Катод второго тиристора 32 подключен ко второй обкладке второго конденсатора 30 чувствительного органа 1 (ЧО).

К первой клемме (А) питающей сети U также подключен анод светодиода первого оптореле с нормально закрытым контактом 7 и первая клемма его нормального закрытого контакта, к которой подключен первый вывод первого добавочного резистора 12 первого бесконтактного реле напряжения 4 (БРН 1) и первая клемма открытого контакта первого оптореле с нормально открытым контактом 9. Второй вывод первого добавочного резистора 12 соединен с первым выводом третьего резистора 15 и вторым выводом нормально открытого контакта первого оптореле с нормально открытым контактом 9.

Второй вывод третьего резистора 15 соединен с анодом девятого диода 26, катод которого соединен с управляющим электродом третьего тиристора 23.

Катод светодиода первого оптореле с нормально закрытым контактом 7 соединен с анодом светодиода первого оптореле с нормально открытым контактом 9, катод которого соединен с первым выводом четвертого резистора 16, второй вывод которого подключен к аноду третьего тиристора 23, катод которого подключен ко второй клемме (0) питающей сети U.

Вторая клемма нормально закрытого контакта первого оптореле с нормально закрытым контактом 7 соединена с первым выводом второго добавочного резистора 13 второго бесконтактного реле напряжения 5 (БРН 2).

Первый вывод второго добавочного резистора 13 также соединен с первой клеммой закрытого контакта второго оптореле с нормально закрытым контактом 8 и анодом его светодиода, и с первым выводом нормально открытого контакта второго оптореле с нормально открытым контактом 10.

Второй вывод второго добавочного резистора 13 соединен с первым выводом пятого резистора 17 и вторым выводом нормально открытого контакта второго оптореле с нормально открытым контактом 10.

Второй вывод пятого резистора 17 соединен с анодом десятого диода 27, катод которого соединен с управляющим электродом четвертого тиристора 24.

Катод светодиода второго оптореле с нормально закрытым контактом 8 подсоединен к аноду светодиода второго оптореле с нормально открытым контактом 10, катод которого соединен с первым выводом шестого резистора 18, второй вывод которого подключен к аноду четвертого тиристора 24, катод которого подключен к первой обкладке первого конденсатора 29.

Вторая обкладка первого конденсатора 29 соединена со второй обкладкой второго конденсатора 30 и подключена ко второй клемме (0) питающей сети U.

Вторая клемма нормально закрытого контакта второго оптореле с нормально закрытым контактом 8 соединена с анодом светодиода третьего оптореле с нормально открытым контактом 11 и первой клеммой его нормально открытого контакта. К этой же клемме подключен первый вывод третьего добавочного резистора 19 третьего бесконтактного реле напряжения 6 (БРН 3).

Второй вывод третьего добавочного резистора 14 соединен с первым выводом седьмого резистора 19 и вторым выводом нормально открытого контакта третьего оптореле с нормально открытым контактом 11.

Второй вывод седьмого резистора 19 соединен с анодом одиннадцатого диода 28, катод которого соединен с управляющим электродом пятого тиристора 25.

Катод светодиода третьего оптореле с нормально открытым контактом 11 соединен с первым выводом восьмого резистора 20, второй вывод которого подключен к аноду пятого тиристора 25, катод которого подключен к первой обкладке второго конденсатора 30.

Предлагаемое устройство автоматического регулирования напряжения в сети работает следующим образом.

При напряжении U питающей сети, равному номинальному значению, управляющего сигнала, протекающего по цепи первого добавочного резистора 12, третьего резистора 15 и девятого диода 26 первого бесконтактного реле напряжения 4 (БРН 1), будет достаточно для открытия третьего тиристора 23. Ток, протекающий по этой цепи включает в работу светодиоды первого оптореле с нормально закрытым контактом 7 и первого оптореле с нормально открытым контактом 9, при этом первое оптореле с нормально открытым контактом 9 замыкает свой нормально открытый контакт и шунтирует первый добавочный резистор 12, тем самым уменьшая коэффициент возврата первого бесконтактного реле напряжения 4 (БРН 1), а первое оптореле с нормально закрытым контактом 7 размыкает свой нормально закрытый контакт в цепи питания второго оптореле с нормально закрытым контактом 8 второго бесконтактного реле напряжения 5 (БРН2) и третьего оптореле с нормально открытым контактом 11 третьего бесконтактного реле напряжения 6 (БРН3).

Цепи четвертого 24 и пятого 25 тиристоров остается разомкнутой, в результате чего сигнал на открытие первого 31 и второго 32 тиристоров соответственно с обкладок первого 29 и второго 30 конденсаторов не поступает, вторичные намагничивающие обмотки 43, 44 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3 не подключены к питающей сети U.

При понижении напряжения в питающей сети на 6% от номинального напряжения, первое бесконтактное реле напряжения 4 (БРН1) не работает и обесточивает светодиод первого оптореле с нормально закрытым контактом 7, которое своим нормально закрытым контактом замыкает цепь питания второго 5 (БРН2) и третьего 6 (БРН3) бесконтактных реле напряжения. Управляющего сигнала, протекающего по цепи второго добавочного резистора 13, пятого резистора 17 и десятого диода 27 второго бесконтактного реле напряжения 5 (БРН2), будет достаточно для открытия четвертого тиристора 24. Ток, протекающий по этой цепи включает в работу светодиод второго оптореле с нормально закрытым контактом 8 и второго оптореле с нормально открытым контактом 10, при этом второе оптореле с нормально открытым контактом 10 замыкает свой нормально открытый контакт и шунтирует второй добавочный резистор 13, тем самым уменьшая коэффициент возврата второго бесконтактного реле напряжения 5 (БРН2), а второе оптореле с нормально закрытым контактом 8 размыкает свой нормально закрытый контакт в цепи питания третьего оптореле с нормально открытым контактом 11 третьего бесконтактного реле напряжения 6 (БРН3), а первый конденсатор 29 заряжается и подает сигнал на открытие первого тиристора 31. Первая вторичная намагничивающая обмотка 43 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3 подключена к питающей сети U.

При понижении напряжения в питающей сети на 11% от номинального напряжения второе бесконтактное реле напряжения 5 (БРН2) не работает и обесточивает светодиод второго оптореле с нормально закрытым контактом 8, которое своим нормально закрытым контактом замыкает цепь питания третьего бесконтактного реле напряжения 6 (БРН3). Управляющий сигнал, протекающий по цепи третьего добавочного резистора 14, седьмого резистора 19 и одиннадцатого диода 28 третьего бесконтактного реле напряжения 6 (БРН3), будет достаточным для открытия пятого тиристора 25. Ток, протекающий по этой цепи, включает в работу светодиод третьего оптореле с нормально открытым контактом 11, тем самым уменьшая коэффициент возврата третьего бесконтактного реле напряжения 6 (БРН3), а второй конденсатор 30 заряжается и подает сигнал на открытие второго тиристора 32. Вторая вторичная намагничивающая обмотка 44 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3 подключена к питающей сети U.

Предлагаемое устройство дает возможность автоматического бесконтактного переключения вторичных намагничивающих обмоток 43, 44 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 3 в зависимости от величины напряжения питающей сети за счет использования трех бесконтактных реле напряжения 4 (БРН1), 5 (БРН2), 6 (БРН3), которые позволяют включать конденсаторную батарею 29 или 30 при уменьшении значения напряжения питающей сети на 6% и 11% от номинального его значения, соответственно, а также отключать конденсаторную батарею 29 или 30 при номинальном значении напряжения питающей сети, при этом в предлагаемом устройстве первое бесконтактное реле напряжения 4 (БРН1) выполнено не полностью, т.е. не имеет конденсатора и диодного моста с подключенным в диагональ тиристором, но содержит оптореле с нормально закрытым контактом 7, второе бесконтактное реле напряжения 5 (БРН2) дополнительно снабжено оптореле с нормально закрытым контактом 8.

Для функционирования предлагаемого в настоящем изобретении устройства могут быть использованы выпускаемые в промышленности вольтодобавочные трансформаторы как на 0,4 кВ, так и на 6-10 кВ.

Предлагаемое изобретение может находить широкое применение в распределительных городских, промышленных и сельских электросетях.

Устройство относится к электротехнике, а именно к устройству автоматического регулирования напряжения в сети путем переключения вторичных намагничивающих обмоток многообмоточного вольтодобавочного трансформатора. Технический результат заключается в повышении быстродействия. В устройстве автоматического регулирования напряжения в сети первое бесконтактное реле напряжения содержит оптореле с нормально закрытым контактом, второе бесконтактное реле напряжения дополнительно снабжено оптореле с нормально закрытым контактом. 1 ил.

Устройство автоматического регулирования напряжения в сети, содержащее многообмоточный вольтодобавочный трансформатор, сетевая обмотка которого последовательно подключена к нагрузке и питающей сети, отличающееся тем, что в исполнительном органе анод первого тиристора соединен с катодами первого и второго диодов в первой общей точке первого диодного моста, а его катод соединен с анодами третьего и четвертого диодов первого диодного моста во второй общей точке, анод второго диода подключен к катоду третьего диода первого диодного моста в третьей общей точке, подключенной к четвертой общей точке второго диодного моста и к первой клемме питающей сети, а анод первого диода соединен с катодом четвертого диода первого диодного моста в пятой общей точке, подключенной к первому выводу первой вторичной намагничивающей обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, второй вывод первой вторичной намагничивающей обмотки подключен ко второй клемме питающей сети U, при этом управляющий электрод первого тиристора через первый резистор подключен к первой обкладке первого конденсатора чувствительного органа, а катод первого тиристора подключен ко второй обкладке первого конденсатора чувствительного органа, и в исполнительном органе анод второго тиристора соединен с катодами пятого и шестого диодов второго диодного моста в шестой общей точке, а его катод соединен с анодами седьмого и восьмого диодов второго диодного моста в седьмой общей точке, а анод шестого диода подключен к катоду седьмого диода второго диодного моста в четвертой общей точке, подключенной к первой клемме питающей сети U, анод пятого диода соединен с катодом восьмого диода в восьмой общей точке, подключенной к первому выводу второй вторичной намагничивающей обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, второй вывод которой подключен ко второй клемме питающей сети, причем управляющий электрод второго тиристора через второй резистор подключен к первой обкладке второго конденсатора чувствительного органа, а катод второго тиристора подключен ко второй обкладке второго конденсатора чувствительного органа, а к первой клемме питающей сети также подключен анод светодиода первого оптореле с нормально закрытым контактом и первая клемма его нормального закрытого контакта, к которой подключен первый вывод первого добавочного резистора первого бесконтактного реле напряжения и первая клемма открытого контакта первого оптореле с нормально открытым контактом, а второй вывод первого добавочного резистора соединен с первым выводом третьего резистора и вторым выводом нормально открытого контакта первого оптореле с нормально открытым контактом, второй вывод третьего резистора соединен с анодом девятого диода, катод которого соединен с управляющим электродом третьего тиристора, а катод светодиода первого оптореле с нормально закрытым контактом соединен с анодом светодиода первого оптореле с нормально открытым контактом, катод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого подключен к аноду третьего тиристора, катод которого подключен ко второй клемме питающей сети, вторая клемма нормально закрытого контакта первого оптореле с нормально закрытым контактом соединена с первым выводом второго добавочного резистора второго бесконтактного реле напряжения, первый вывод второго добавочного резистора также соединен с первой клеммой закрытого контакта второго оптореле с нормально закрытым контактом и анодом его светодиода, и с первым выводом нормально открытого контакта второго оптореле с нормально открытым контактом, второй вывод второго добавочного резистора соединен с первым выводом пятого резистора и вторым выводом нормально открытого контакта второго оптореле с нормально открытым контактом, второй вывод пятого резистора соединен с анодом десятого диода, катод которого соединен с управляющим электродом четвертого тиристора, катод светодиода второго оптореле с нормально закрытым контактом подсоединен к аноду светодиода второго оптореле с нормально открытым контактом, катод которого соединен с первым выводом шестого резистора, второй вывод которого подключен к аноду четвертого тиристора, катод которого подключен к первой обкладке первого конденсатора, а вторая обкладка первого конденсатора соединена со второй обкладкой второго конденсатора и подключена ко второй клемме питающей сети, при этом вторая клемма нормально закрытого контакта второго оптореле с нормально закрытым контактом соединена с анодом светодиода третьего оптореле с нормально открытым контактом и первой клеммой его нормально открытого контакта, и к этой же клемме подключен первый вывод третьего добавочного резистора третьего бесконтактного реле напряжения, второй вывод третьего добавочного резистора соединен с первым выводом седьмого резистора и вторым выводом нормально открытого контакта третьего оптореле с нормально открытым контактом, второй вывод седьмого резистора соединен с анодом одиннадцатого диода, катод которого соединен с управляющим электродом пятого тиристора, и катод светодиода третьего оптореле с нормально открытым контактом соединен с первым выводом восьмого резистора, второй вывод которого подключен к аноду пятого тиристора, катод которого подключен к первой обкладке второго конденсатора.