Устройство для питания электрических установок

(23) Приоритет Государственный комитет Совета Министров СССР па делам изобретений и открьпий(45) Дата опубликования описания 30.08,76 К, Д. Гуттерман, Н. ф. Ильинский, В. В. Михайлов, Л. Е. Манюрин,В, А, Филатов, В. А, Апександров, Э, О. Пульнер, Б, А. Сахаров,Б, И. Головин, В. И, Баташев и С. И. Гашенко(72) Авторы изобретения Московский ордена Ленина энергетический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Изобретение относится к устройствам для питания электрических установок, например электротермических, электротехнологических, электропрпводных, требующих независимости величины рабочего тока отзначечия сопротивления этих установок с возможностьюплавного регулирования уровня стабилизируемого тока в заданном диапазоне.Известно устройство для питания электрических установок переменным током, величи на 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 15 элементами которой включены нерегулируемый и регулируемый источники напряжения, причем индуктивный и емкостной элементы имеют одинаковую величину реактивного со противления.Значение тока нагрузки указан- ЯО ного известного устройства практически не зависит от величины сопротивления потреби теля и определяется величиной реактивного сопрочпвлеппя индуктиьчюго и емкостного элементов, воличпнами и относительным ф зовым углом сдвига напряжений двух источников питания. Для достижения плавного регулирования уровня стабнлизируемого тока нагрузки достаточно изменить амплитуду, либо фазовый угол напряжения регулируемого источника питания, например, с помошью потенциалрегулятора или фазорегулятора.Электротермические, электрогехнологичес-. кие установки и силовые цепи электроприводов постоянного тока в качестве потребителей электроэнергии в подавляющем большинстве случаев могут рассматриваться для питающих их устройств как активная нагрузка, величина сопротивления которой изменяется в пределах от некоторого напоольшего до нулевого значения. При этом установленная мощность регулируемого источника напряжения, например фазорегулятора, для известного устройства, обеспечиваюшего близкий к единице коэффициент мошности установки, не может быть выбрана меньше 50% максимальной мошности, потребляемой нагрузкой.Цель изобретенпя - уменьшить установ - ленную мощность регулируемого источннка напряжения, например фазорегулятора..у казанная цепь достигается тем, что к общей .очке звезды подключена цепь, образующая дополнительный луч звезды и состоящая из реактивного (емкостного или индуктивного) элемента и нерегулируемого5 источника напряжения, причем величина суммарной проводимости емкостных элементов устройства равна величине суммарной проводимости его индуктивных элементов.На фпг. 1 изображена обобщающая схема устройства для питания однофазной на- ф грузки; на фиг. 2 - график зависимости и величины установленной мощности регулируемого источника напряжения устройства с оптимальными параметрами в процентах по отчошению к максимальной мощности, пот 15 ребляемой нагрузкой, от диапазона регулирования тока в потребителе, являющемся для устройства активной нагрузкой;на фиг,3-5-. конкретные схемы устройства для питания однофазной нагрузки; на фиг. 6 - трех- Я фазная схема устройства; на фиг.7 - вари,ант трехфазной схемы устройства; на фиг.8 - схема устройства с преобразователем напряжения и фазорегулятором в качестве регулируемого источника напряжения для питания И однофазной нагрузки; на фиг. 8 - возможная схема устройства с фазорегулятором в качестве регулируемого источника напряжения для питания однофазной нагрузки;на фиг,.3.0 трехфазная схема устройства с преобразо- Щ вателем напряжения и фазорегулятором в качестве регулируемого источника напряжения; на фиг. 11 - возможный вариант трехфазной схемы устройства с трансформатором напряжения и фазорегулятором; на фиг. 12 и 13 Щ возможные варианты трехфазных схем ус-, тройства с фазорегулятором.Устройство для питания однофазной нагрузки содержит батарею конденсаторов 1 с емкостным сопротивлением ХС, катушку 4 й индуктивности 2 с индуктивным сопротивлением Х, реактивный элемент 3 с сопро 1л тивлением Х, соединенные с нагрузкои 4 в четырехлучевую звезду. В цепи элементов 1, 2 и 3 последовательно включены источники напряжения 5, 6 и 7 соответствено, из которых источник 7 - регулируемый по величине и (либо) по фазовому углу напряжения для достижения плавного регулирования тока нагрузки. Реактивный р элемент 3 в конкретной схеме устройства может представлять собой батарею конденсаторов либо катушку индуктпвности.Принцип действия предложенного устройства основан на использовании явления ре- у зонанса в последовательных цепях переменного тока с индуктивными и емкостными элементами. Если суммарная проводимость емкостных элементов устройства равна суммарной проводимости его индуктивных элементов. то величина тока Т, протекающего в цени нагрузки 4, практически ие зависит от значения ое сопротивления и определяется ливешь вели ппимп реактивных сопротивлений Ъ, Ъ, 7 элементов 1, 2, 3, величинами и отнЯсительными фазовыми сдвигами напряжений 13, Б., 13 источников питания 5, 6, 7 соответственно согласно соотношению:и 5 иб5б73 кЯОтсюда видно, что для достижения плавногорегулирования величины тока нагрузки 1достаточно изменить амплитуду либо фазовый угол напряжения регулируемого источника питания 7,На фиг. 2 приведена зависимость уста- .новленной мощности Я , регулируемого источника напряжения 7 предложенного устройства с оптимальными параметрами в процентах по отношению к максимальной мощностиР потребляемой нагрузкой, ст диапазонаимю,ксЦ регулирования тока в потребителе 4, являющемся для устройства активной нагрузкой. Если учесть, что при аналогичных усло. -виях установленная мощность регулируемогоисточника напряжения для указанного вышеизвестного устройства с оптимальными параметрами составляет не менее 50% от максимальной мощности, потребляемой нагрузкой,при любом диапазоне регулирования, то преи. -мушество предложенного устройства становится очевидным,В схеме на фиг. 3 реактивный элемент 3 является батареей конденсаторов, величина емкостного сопротивления которой должна удовлетворять следующему соотношению:Х Х.Р Х -Хчтобы величина токанагрузкиустройства не зависела от значения сопротивления последней. В схеме на фиг, 4 реактивным элементом 3 служит катушка индуктивности, величина индуктивного сопротивления которой должна удовлетворять условию, при котором обеспечивалась бы независимость величины тока нагрузки устройства от значения ее сопротивленияХ ХХВ схеме на фиг. 5 роль реактивного элемента 3 выполняет катушка ипцуктивности, магнитно связанная с катушкой индуктпвпости 2. Если взаимной индуктдвности К катушек 2 и 3 соответствует индуктивное сопротивление Хто независимость величины токаМф;. нагрузки от значения ее сопротивления обес. -печивается прпХ (Х Х )Х3 Х - ХЗ.ф сгде в случае сдвоенного знака верхний имеетместо при согласном включении катушек 2и 3, а нижний при встречном.Для сокращения количества чертежей;обозначение реактивного элемента 3 принято таким, как в обобщающей схеме на фиг.1,10Таким образом, каждая из схем на фиг.6-13может быть выполнена, по крайней мере,в трех конкретных вариантах подобно тому,как схеме на фиг. 1 соответствуют три схемы устройства на фиг. 3-5,бТрехфазная схема устройства на фиг.6содержит три батареи конденсаторов 1 а,1 в, 1 с с одинаковыми емкостными сопротивлениями Х, три катушки индуктивносфти 2 а, 2 в, 2 с с одинаковыми индуктивнымисопротивлениями Х 1 и три реактивных елемента За, Зв, Зс с одинаковыми сопротив. - .лениями Хр . Для каждой из фаз ус тройствауказанные элементы соединены с сопротивленияминагрузки 4 а, 4 в, 4 с вчетырехлучевые фзвезды, центрами которых являются гочки а, в,с. Схема питается от трех трехфазных источников напряжения 5, 6, 7, на которых последний - регулируемый,При определенных условиях возможно применение трехфазной схемы устройства на фиг, 7, где пэ сравнению сэ схемой на фиг. 6, рэль двух трехфазных истэчникэв напряжения со стэрэны батарей кэнденсатэров 1 а, 1 в, 1 с и сэ стороны катушек индуктивностей 2 а, 2 в, 2 с выполняет один источник напрякения, нэ с различным подсоединением к его фазам.На фиг. 7 приведена схема устройства с преэбразэвателем напряжения 8 и фазэрегулятэром 7 в качестве регулируемого источника напряжения для питания однэфазнэй нагрузки. Устрэйство пэлучает питание от одной трехфазнэй сети переменного тока А, В, С, Роль преобразователя напряжения 8 мэжет выполнять, например, трансформатор напряжения.Схема на фиг, 9 отличается эт схемы на фиг. 8 этсутствием преэбразователя напряжения.На фиг. 10 представлена трехфазная схема устрэйства, являющаяся вэзмокпым вариантэм выполнения схемы на фиг. 6,в которой роль трехфазных источников нап-ряжения 5 и 6 выполняет преобразовательнапряжения 8, а в качестве регулируемого источника напрякения 7 используетсяфазорегулятор, Схема питается от однойсети трехфазного тока А, В, С,Если преобразователем напряжения 8на фиг, 10 является трансформатор напряжения, схема устройства может быть представлена так, как изображено на фиг. 11.Здесь показан один из возможных способовсоединения обмоток трансформатора.Роль трехфазного источника напряжения6 на фиг. 7 выполняет трехфазная сетьпеременного тока А, В, С, а в качестверегулируемого источника напряжения 7используется фазорегулятор (трехфазнаясхема устройства приведена на фиг. 12 ).Схема на фиг. 13 является трехфазныманалогом схемы на фиг, 9.Схемы устройства на фиг, 6, 7 10,11 и 12 предназначены для работы насимметричную трехфазную нагрузку.Если в трехфазных схемах устройствароль реактивных элементов За, Зв, Зсвыполняют катушки индуктивности, магнитно связанные с катушками индуктивностей2 а, 2 в, 2 с, то указанная магнитная связькатушек За, Зв Зс может иметь местоне только с катушками 2 а, 2 в, 2 с соответственно, но и с 2 в, 2 с, 2 а, либо с 2 с,2 а, 2 в,Формула изобретенияУстройство для питания электрических установок переменным током, величина которого не зависит от значения сопротивления нагрузки, содержащее для каждои 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения установленной мощности регулируемого источника напряжения, к общей точке звезды подключена цепь, образующая дополнительный луч звезды и состоящая из реактивного элемента и н регулируемого источника напрякения, причем величина суммарной проводимости емкостных элементов устройства равна величине суммарной пороводимости его индуктивных элементов.520578 бин Составитель Г. Ра овинФельдлан Техред Г, Родак Коррек Кравчен ираж ком".п ет твенно Моски 3 илиал ППП "Патент", г. Утород, ул. Проектна 301. 7/22 11 ИИПИ Госу делив. изобретении 21-35, Рауюскаи Подписноеовета Министроц открытий