УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕЖФАЗНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения энергетической эффективности однофазных потребителей, путем рекуперации большей части потребляемой энергии в сеть за счет межфазного распределения тока.

Все нижеприведенные аналоги являются аналогами для обоих вариантов устройства.

Известно устройство по авт. св. №860238, кл. Н02М 7.12 от 02.08.79 г. к основному авт. св. №752681, кл. Н02М 7/06, от 04.02.76 г., содержащее дополнительно введенный трехфазный трансформатор, первичные фазные обмотки которого соединены в подключенную к фазным входным выводам «звезду», общей точкой которой образован нулевой входной вывод, а группа дополнительных обмоток соединена в треугольник.

Это устройство является межфазным распределителем тока (МРТ) и предназначено для защиты сети от тока нулевой последовательности. Ранее недокументированной функциональной возможностью МРТ является рекуперация трети потребляемой энергии в сеть. Недостаток данного устройства МРТ заключается в невозможности рекуперации, превышающей треть потребляемой энергии в случае его использования в однофазных потребителях.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что соединение первичной обмотки трехфазного трансформатора в «звезду» предопределяет разделение потребляемого тока на три равные части.

Известно устройство для межфазного распределения тока, содержащее трансформатор, выполненный на трех магнитопроводах, фазные обмотки которого соединены последовательно, образуют трехфазную группу «треугольник» и подключены каждая промежуточным выводом к нулевому входному выводу, а другим - к соответствующему фазному входному выводу, при этом промежуточный вывод делит число витков каждой фазной обмотки на равные части (патент №2379818 от 15.07.2008).

Это устройство является межфазным распределителем тока (МРТ) и предназначено для защиты сети от тока нулевой последовательности. Ранее недокументированной функциональной возможностью МРТ является рекуперация трети потребляемой энергии в сеть. Недостаток данного устройства МРТ заключается в невозможности рекуперации, превышающей треть потребляемой энергии в случае его использования в однофазных потребителях.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что соединение обмотки трехфазного трансформатора МРТ в «треугольник» предопределяет разделение потребляемого тока на три равные части.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является устройство, содержащее трансформатор, две фазные обмотки которого подключены каждая одним выводом к нулевому входному выводу, а другим - к соответствующему фазному входному выводу, трансформатор выполнен на двух магнитопроводах с последовательно соединенными фазными обмотками и промежуточным выводом в каждой, подключенными промежуточными и свободными крайними выводами соответственно к нулевому и общему фазному входному выводу, при этом промежуточный вывод делит число витков каждой фазной обмотки на неравные части, вдвое меньшие из которых соединены с разноименными фазными входными выводами (патент №2365019 от 04.07.2008).

Это устройство является межфазным распределителем тока (МРТ) и предназначено для защиты сети от тока нулевой последовательности. Ранее недокументированной функциональной возможностью МРТ является рекуперация трети потребляемой энергии в сеть. Недостаток данного устройства МРТ заключается в невозможности рекуперации, превышающей треть потребляемой энергии в случае его использования в однофазных потребителях.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что соединение вдвое меньших частей каждой фазной обмотки с разноименными входными выводами предопределяет разделение потребляемого тока на три равные части.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в расширении диапазона рекуперации потребляемой энергии в случае его использования в однофазных потребителях.

Эта задача в первом варианте решается тем, что в устройстве для межфазного распределения тока, содержащем фазные входные выводы, потребитель и два однофазных трансформатора, обмотка каждого из которых подключена промежуточным выводом к первой клемме потребителя, первым крайним выводом к свободному фазному входному выводу, а вторым - к общему фазному входному выводу, подключенному ко второй клемме потребителя, причем промежуточный вывод делит число витков каждой фазной обмотки на неравные участки, упомянутые участки с большим числом витков подключены к разноименным фазным входным выводам.

Во втором варианте эта задача решается тем, что в устройстве для межфазного распределения тока, содержащем фазные входные выводы, потребитель и два трансформатора, обмотка каждого из которых подключена промежуточным выводом к первой клемме потребителя, одним крайним выводом к свободному фазному входному выводу, а другим - к общему фазному входному выводу, подключенному ко второй клемме потребителя, промежуточный вывод делит число витков каждой фазной обмотки на равные участки.

Технический результат, достигаемый в первом варианте предлагаемого устройства, заключается в том, что диапазон рекуперации расширяется от величины, превышающей половину потребляемой энергии до величины, ограниченной только конструктивным усложнением трансформаторов МРТ, связанным с сильно выраженным неравенством сечений участков каждой фазной обмотки.

Технический результат, достигаемый во втором варианте предлагаемого устройства, заключается в том, что рекуперация равна половине потребляемой энергии. При этом сечения участков каждой фазной обмотки равны, что упрощает их изготовление.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для межфазного распределения тока потребителя, где стрелками показаны направления протекания долей потребляемого тока I в его положительный полупериод с частотой питающей сети.

Устройство содержит два однофазных трансформатора 1 и 2, с обмотками соответственно 3, 4 и 5, 6. Число витков обмотки 3 (5) в рассматриваемом частном случае в четыре раза больше числа витков обмотки 4 (6). Конец (начало) обмотки 3 (5) трансформатора 1 (2) подключен к входному выводу фазы А (С). Начало (конец) обмотки 4 (6) подключено к входному выводу фазы В. Общие точки разноименных выводов пар обмоток 3, 4 и 5, 6 образуют промежуточные выводы, соединенные с первой клеммой 7 однофазного потребителя, вторая клемма 8 которого соединена с входным выводом фазы В. Сумма чисел витков обмоток 3 и 5 является номинальным расчетным числом витков для подключения этих обмоток к напряжению сети U_л.

Понятие начал и концов обмоток трансформаторов 1 и 2 условно, т.к. они магнитно изолированы друг от друга. Важно, чтобы соблюдалось равенство чисел витков между обмотками 4, 6 и 3, 5. Тогда в замкнутом контуре с обмотками 4 и 6 сумма прикладываемых к ним трех линейных напряжений между выводами А и В, В и С, С и А равна нулю, а точка соединения промежуточных выводов образует искусственный ноль, к которому подключена клемма 7 потребителя.

Напряжение, прикладываемое к обмотке 4, равно пятой части напряжения между фазными входными выводами А и В. Напряжение, прикладываемое к обмотке 6, равно пятой части напряжения между фазными входными выводами В и С. Напряжение, прикладываемое к сумме чисел витков обмоток 6 и 4 также равно пятой части напряжения между фазными входными выводами С и А. Так эти три линейных напряжения сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120 эл. град. и равны по величине, то их сумма в замкнутом контуре с обмотками 4 и 6 равна нулю.

При положительной разности потенциалов между фазным входным выводом В и клеммой 7 ток I потребителя разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых далее вновь разветвляется на две неравные части, соотношение которых обратно пропорционально соотношению чисел витков обмоток с автотрансформаторной связью 3 и 4 (5 и 6). Далее части тока I замыкаются через фазные входные выводы А, С и узловую точку между фазным входным выводом В и клеммой 8 потребителя. На чертеже показаны величины разветвляющихся частей тока I. При смене полярности на входном выводе фазы В, все показанные на чертеже токи замыкаются в обратном направлении. Как видно, при выбранном соотношении между числами витков участков обмоток трансформаторов 1 и 2, большая часть потребляемого тока замыкается через искусственно образованный внутренний контур с обмотками 4 и 6, а меньшая - через внешнюю цепь, включающую обмотки 3, 5 и фазные входные выводы А и С. Таким образом, мощность, отбираемая потребителем от сети, без учета мощности МРТ, составляет всего 20% от полной мощности.

От соотношения между числами витков участков обмоток трансформаторов 1 и 2 зависит увеличение доли рекуперируемой энергии, т.е. энергетическая экономичность потребителя. Например, для того, чтобы уменьшить мощность, без учета мощности МРТ, отбираемую потребителем от сети до 10% от полной мощности, т.е. увеличить долю рекуперируемой энергии до 90%, число витков обмотки 3 (5) должно быть в девять раз больше числа витков обмотки 4 (6).

Второй вариант устройства отличается от первого тем, что число витков обмотки 3 (5) равно числу витков обмотки 4 (6), а мощность отбираемая потребителем от сети равна половине полной мощности. Это обеспечивает равные сечения участков каждой фазной обмотки трансформатора, т.е. простоту их изготовления.

Магнитопроводы трансформаторов МРТ могут иметь различную конфигурацию, в том числе витую ленточную кольцевидной формы.