Устройство для питания электрических установок Советский патент 1976 года по МПК G05F3/06 

(54) УСТРОЙСТВО для ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

1

Изобретение относится к устройствам для питания электрических установок, например электротермических, электротехнологических, электроприводных, требующих независимости величины рабочего тока от значения со- противления этих установок с возможностью плавного регулирования уровня стабилизируемого тока в заданном диапазоне.

Известно устройство для питания электрических установок переменным током, величина которого не зависит от значения сопротивления нагрузки, содержащее для каждой фазы нагрузки индуктивный и емкостной элементы, соединенные с сопротивлением нагрузки в трехлучевую звезду, в цепи с реактивными элементами которой включены нерегулируемый и регулируемый источники напряжения, причем индуктивный и емкостной элементы имеют одинаковую величину реактивного со-противлеиия. Значение тока нагрузки указан- ного известного устройства практически не зависит от величины сопротивления нотребителя и определяется величиной реактивного сопротивления индуктивного и емкостного элементов, величинами и относггге;п-л1ым фазовым углом сдвига напряжений двух источников питания. Для достижения плавного регулирования уровня стабилизируемого тока нагрузки достаточно изменить амплитуду, либо фазовый угол напрялсения регулируемого источника питания, например, с помощью потендиалрегулятора или фазорегулятора.

Электротермические, электротехнологические установки и силовые цепи электроприводов постоянного тока в качестве потребителей электроэнергии в подавляющем больщин- стве случаев могут рассматриваться для питающих их устройств как активная нагрузка, величина сопротивления которой изменяется в пределах о г некоторого наибольшего до нулевого значения. При этом установленная мощность регулируемого источника напряжения, например фазорегулятора, для известного устройства, обеспечивающего близкий к единине коэффициент мощности установки, не может быть вы.брана меньше 50% максимальной мощности, потребляемой нагрузкой.

Цель изобретения - уменьщить установленную мощность регулируемого источника напояжсния, например фазорегулято.1а. Указанная цель достигается тем, что к общей точке звезды подключена цепь, образующая дополнительный луч звезды и состоящая из реактивного {емкостного или индуктивного) элемента и нерегулируемого источника нанряжения, причем величина сум марной проводимости емкостных элементов устройства величине суммарной нрово димости его индуктивных элементов. На фнг. 1 изображена обобщггющая схема устройства для нитания однофазной нагрузки; на фиг. 2 - график зависимости и величины установленной мощности регулируемого источника напряжения устройства с оптимальными параметрами в пронентах по отношению к максимальной мощности, потребляемой нагрузкой, от дианазона регулирования тока в потребителе, являющемся для устройства активной нагрузкой; на фнг, 3-5. конкретные схемы устройства для питания однофазной нагрузки; на фиг. 6 - трехфазная схема устройства; на фиг. 7 - вари,ант трехфазной схемы устройства; на фиг.8 схема устройства с преобразователем напря жения и фазорегулятором в качестве регули руемого источника напряжения для питания однофазной нагрузки; на фиг. 9 - возможна схема устройства с фазорегулятором в качестве регулируемого источника напряжения для питания однофазной нагрузки;на фиг. .10 трехфазная схема устройства с преобразо вателем напряжения и фазорегулятором в ка честве регулируемого источника напряжения на фиг. 11 - возможный вариант трехфазно схемы устройства с трансформатором напря жения и фазорегулятором; на фиг. 12 и 13 возможные варианты трехфазных схем устройства с фазорегулятором. Устройство для питания однофазной нагрузки содержит батарею конденсаторов 1 катушку с емкостным сопротивлением -. индуктивности 2 с индуктивным сопротивлением X , р1еактиБНЫЙ элемент 3 с сопротивлвгшем Хр , соединенные с нагрузкой 4 в четырехлучевую звезду. В цепи элементов 1, 2 и 3 последовательно включены источники напряжения 5, 6 и 7 соответственно, из которых источник 7 - ре улируемый по величине и (либо) по фазовому углу напряжения для достижения плавного регулирования тока нагрузки. Реактивный элемент 3 в конкретной схеме устройства может представлять собой батарею конденсаторов либо катушку индуктивности. Принцип действия предложенного устрой ства основан на использовании явления резонанса в последовательных цепях переменного тока с индуктивными и емкостными элементами. Если суммарная проводимость емкост}1ых элементов устройства равна сум марной проводимости его индуктивных элеMGHTOB. то величина тока I , иротокаюцени нагрузки 4, практически не защеговисит от значения ее сопротивления и определяется Л1то1ь величинами реактивных сдпротивлении Ъ, Ъ, Ъ элементов 1, 2, 3, величинами и относительными фазовыми сдвигами напряжений TJ , Ug , U, источников питания S, 6, 7 соответственно согласно соотношению; i -i.A.i,, - 1 ч 5 Отсюда видно, что для достижения плавного регулирования величины тока нагрузки I достаточно изменить амплитуду либо фазовый угол напряжения регулируемого источника питания 7. На фиг. 2 приведена зависимость уста- новленной моглности 5 регулируемого источника напряжения 7 предложенного устройства с оптимальными параметрами в процентах по отлошенто к максимальной мощности Р потребляемой нагрузкой, от диапазона С регулирования тока в потребителе 4, являющемся для устройства активной нагрузкой. Если учесть, что при аналогичных уСлогВИЯХ установленная мощность регулируемого источника напряжения для указанного выще известного устройства с оптимальными параметрами составляет не менее 50% от максимальной мощности, потребляемой нагрузкой, при любом диапазоне регулирования, то преимущество предложенного устройства становится очевидным. В схеме на фиг. 3 реактивный элемент 3 является батареей конденсаторов, величина емкостного сопротивления которой должна удовлетворять следующему соотношению: XT .. Y L С Р X «X. тобы величина гока нагрузки устройства не ависела ог значения сопротивления последей. В схеме на фиг. 4 реактивным элеменом 3 служит катушка индуктивности, велиина индуктивного сопротивления которой олжна удовлетворять условию, при котором беспечивалась бы независимость величины ока нагрузки устройства от значения ее опротивления х схеме на фиг, 5 роль реактивного элемен-. а 3 выполняет катущка индуктивности, магптно связанная с катушкой индуктивности 2. сли взаимной индуктивности М катушек 2 3 соответствует индуктгшное сопротивлеire Xj,j,, то 1езависимость величины тока нагрузки от значения ее сопротивления обе печивается при (x, )х V - мL}л с XL-XC где Б случае сдвоенного знака верхний им место при согласном включении катушек 2 и 3, а нижний при встречном. Для сокращения количества чертежей (Обозначение реактивного элемента 3 приня то таким, как в обобщающей схеме на фиг. Таким образом, каждая из схем на фиг. б-1 может быть выполнена, по крайней мере, в трех конкретных вариантах подобно тому как схеме на фиг. 1 соответствуют три схе мы устройства на фиг. 3-5. Трехфазная схема устройства на фиг. 6 содержит три батареи конденсаторов 1а, 1в, 1с с одинаковыми емкостными сопротивлениями X , три катушки индуктивности 2а, 2в, 2с с одинаковыми индуктивным сопротиЕ1лениями X, и три реактивных елемента За, Зв, 3с с одинаковыми сопротиЕ. лениями Хр . Для каждой из фаз ус тройства ук занные элементы соединены с сопротивлени ми нагрузки 4а, 4в, 4с в четырехлучевые звезды, центрами которых являются точки, а,с. Схема питается от трех трехфазных ист .. НИКОВ напряжения 5, 6, 7, на которых пос ледний - регулируемый. I При определенных условиях возможно применение трехфазной схемы устройства на фиг. 7, где по сравнению со схемой на -фиг. 6, роль двух трехфазных источников напряжения со стороны батарей конденсато- ров 1а, 1в, 1с и со стороны катушек ин- дуктивностей 2а, 2в, 2с выполняет один источник напряжения, но с различным подсоединением к его фазам. На фиг. 7 приведена схема устройства с преобразователем напряжения 8 и фазорегулятором 7 в качестве регулируемого источника напряжения для питания однофазной нагрузки. Устройство получает пита- :Ние от одной трехфазной сети переменно- го тока А, В, С. Роль преобразователя напряжения 8 может выполнять, например, трансформатор напряжения. Схема на фиг. 9 отличается от схемы на фиг. 8 отсутствием преобразователя напряжения. На фиг. 10 представлена трехфазная схема устройства, являющаяся возможным вариантом выполнения схемы на фиг. 6,

у Lв которой роль трехфазных источников нал- ряжения 5 и б выполняет преобразователь напряжения 8, а в качестве регулируемого источника напряжения 7 используется фазорегулятор. Схема питается от одной сети трехфазного тока А, В, С, Если преобразователем напряжения 8 на фиг. 10 является трансформатор напряжения, схема устройства может быть представлена так, как изображено на фиг. 11. Здесь показан один из возможных способов соединения обмоток трансформатора. Роль трехфазного источника напряжения б на фиг. 7 выполняет трехфазная сеть переменного тока А, В, С, а в качестве регулируемого источника напряжения 7I используется фазорегулятор (трехфазная схема устройства приведена на фиг. 12). Схема на фиг. 13 является трехфазным .аналогом схемы на фиг. 9. Схемы устройства на фиг. б, 7,, 10, 11 и 12 предназначены для работы на симметричную трехфазную нагрузку. Если в трехфазных схемах устройства роль реактивных элементов За, Зв, 3с выполняют катушки индуктивности, магнитно связанные с катущками индуктивное гей 2а, 2в, 2с, то указанная магнитная связь катушек За, Зв 3с может иметь место не только с катушками 2а, 2в, 2с соответственно, но и с 2в, 2с, 2а, либо с 2с, | 2а, 2в. Формула изобретения Устройство для питания электрических установок переменным током, величина которого не зависит от значения сопротивления нагрузки, содержащее для каждой фазы нагрузки индуктивный и емкостной элементы, соединенные с сопротивлением нарузки в трехлучевую звезду, Б цепи с реактивными элементами которой включены нерегулируемый и регулируемый источники напряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности регулируемого источника напряжения, к обшей точке звезды подключена цепь, образующая дополнительный луч звезды и состоящая из реактивного элемента и нерегулируемого источника напряжения, причем величина суммарной проводимости емкостных элементов устройства равна величине суммарной пороводимости его индуктивных элементов.

v

Фиг. 2 .

/ Hh

J -Ih

i7

Г

Фаг. 6

Л

1I

а Ш

с

Фиг. 7

A

Bf Cf

W

1

h

.I

Фид.8

1 I 1

OCT to