Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕЖФАЗНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения энергетической эффективности однофазных и трехфазных потребителей, путем рекуперации потребляемой энергии за счет циркуляции ее части между потребителем и устройством межфазного распределения тока (МРТ).

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. (Сведения о внесенном исправлении ошибочно указанного №732681 основного авт.св. на авт.св. №752681 опубликованы в Бюл. №29/1982 г.).

Это устройство является межфазным распределителем тока (МРТ) и предназначено для защиты сети от тока нулевой последовательности. Дополнительной функциональной возможностью МРТ является рекуперация потребляемой энергии. Недостаток данного устройства МРТ заключается в невозможности дальнейшего повышения уровня рекуперации в случае его использования в однофазных потребителях и необходимость в 3-х стержневом магнитопроводе трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что соединение первичной обмотки трехфазного трансформатора МРТ в «звезду» и подключение его к трехфазному потребителю предопределяют разделение потребляемого тока на три равные части.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является устройство для межфазного распределения тока, содержащее в первом варианте фазные входные выводы, потребитель и два однофазных трансформатора, обмотка каждого из которых содержит промежуточный вывод и подключена первым крайним выводом к свободному фазному входному выводу, а вторым - к общему фазному входному выводу, подключенному к первой клемме потребителя, уравнительный реактор, средний и крайние выводы обмотки которого подключены соответственно ко второй клемме потребителя и промежуточным выводам обмоток упомянутых трансформаторов.

Второй вариант этого устройства содержит нулевой и фазные входные выводы, к которым подключен потребитель, два однофазных трансформатора, обмотка каждого из которых содержит промежуточный вывод, делящий ее на неравные части, вдвое меньшие из которых соединены с разноименными фазными входными выводами, а вдвое большие - с общим фазным входным выводом, уравнительный реактор, средний и крайние выводы обмотки которого подключены соответственно к нулевому входному выводу и промежуточным выводам обмоток упомянутых трансформаторов (патент №2652104 от 17.05.2017).

Это устройство предназначено для защиты сети от тока нулевой последовательности. Дополнительной функциональной возможностью первого варианта МРТ является регулируемый уровень рекуперации потребляемой энергии. При этом если часть общего контура тока с потребителем составляет меньшая часть витков обмотки каждого трансформатора, то уровень рекуперации больше, чем в обратном случае. Если же обе части витков их обмоток равны, то они имеют одинаковые сечения. Недостатком данного устройства МРТ на двух однофазных трансформаторах является сложность.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что устройство перегружено электромагнитными элементами.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в упрощении.

Эта задача в первом варианте решается тем, что устройство для межфазного распределения тока, содержащее фазные входные выводы, потребитель и два однофазных трансформатора, обмотка каждого из которых содержит промежуточный вывод и подключена одним крайним выводом к свободному фазному входному выводу, а другим - к общему фазному входному выводу, подключенному к первой клемме потребителя, содержит основные встречно параллельно соединенные управляемые вентили, одни общие точки разноименных электродов которых подключены к упомянутым промежуточным выводам, а другие ко второй клемме потребителя.

При этом потребитель может быть выполнен в виде однофазного трансформатора, первичная обмотка которого подключена одной клеммой к фазному входному выводу, а другой - к общей точке разноименных электродов основных вентилей.

Во втором варианте эта задача решается тем, что устройство для межфазного распределения тока, содержащее нулевой и фазные входные выводы, к которым подключен потребитель, два однофазных трансформатора, обмотка каждого из которых содержит промежуточный вывод, делящий ее на неравные части, вдвое меньшие из которых соединены с разноименными фазными входными выводами, а вдвое большие - с общим фазным входным выводом, содержит встречно параллельно соединенные основные управляемые вентили, одни общие точки разноименных электродов которых подключены к упомянутым промежуточным выводам, а другие к нулевому входному выводу.

При этом потребитель может быть выполнен в виде трехфазного трансформатора, соответствующие участки первичной обмотки которого совместно с встречно параллельно соединенными управляемыми вентилями потребителя образуют «звезду», к общей точке которой подключена общая точка разноименных электродов основных вентилей.

Технический результат, достигаемый в обоих вариантах предлагаемого устройства, заключается в упрощении. При этом в случае необходимости регулирования напряжения с первичной стороны трансформатора потребителя возможно совмещение функций части его управляемых вентилей с управляемыми вентилями устройства. В результате общее число управляемых вентилей устройства уменьшается.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема первого варианта устройства для межфазного распределения тока однофазного потребителя, где стрелками показаны направления протекания долей потребляемого тока I в его положительный полупериод с частотой питающей сети. На фиг. 2 приведена принципиальная схема второго варианта устройства для межфазного распределения тока трехфазного потребителя, где стрелками показаны направления протекания долей потребляемого тока I₀ в его положительный полупериод с утроенной частотой питающей сети.

Устройство на фиг. 1 содержит два однофазных трансформатора 1 и 2, с обмотками соответственно 3, 4 и 5, 6, потребитель, первая клемма 7 которого соединена с входным выводом фазы В, а вторая клемма 8 - с двумя общими точками разноименных электродов тиристоров 9, 10 и 11, 12. Две другие общие точки тиристоров подключены к общим точкам разноименных выводов обмоток соответственно 3, 4 и 5, 6, образующих промежуточные выводы. Начало (конец) обмотки 3 (5) трансформатора 1 (2) подключено к входному выводу фазы А (С). Конец (начало) обмотки 4 (6) подключен к входному выводу фазы В. В рассматриваемом частном случае промежуточные выводы делят число витков обмоток трансформаторов 1 и 2 на равные части.

Контур, содержащий тиристоры и обмотки 4, 6 заперт тиристорами для замыкания тока в прямом и обратном направлении вращения часовой стрелки. В соответствующие полярности переменного напряжения на клеммах 7 и 8 потребителя моменты времени открыты тиристоры 9, 11 или 10, 12. Углы проводимости тиристоров несколько меньше, чем 180 эл. град. для обеспечения необходимой паузы между противофазными направлениями переменного тока I потребителя. Вследствие автотрансформаторного эффекта между обмотками 3, 4 и 5, 6 трансформаторов соответственно 1 и 2 ток I потребителя делится между ними на 4 равные части, две из которых замыкаются через клеммы потребителя, а другие две, минуя его клеммы, - через сеть. Таким образом, потребляемая из сети мощность составляет половину мощности, выделяемой на нагрузке потребителя. В частном случае, если потребитель требуется выполнить в виде трансформатора с подключением тиристоров к его первичной обмотке, функции этих тиристоров могут быть объединены с функциями тиристоров предлагаемого устройства. В общем случае, чем меньше число витков обмоток 4, 6 относительно числа витков обмоток 3, 5, тем большая часть тока, минуя сеть, замыкается через клеммы потребителя, т.е. тем больше уровень рекуперации потребляемой энергии. На фиг. 1 показаны величины разветвляющихся частей тока I.

Устройство на фиг. 2 схемотехнически отличается от устройства на фиг. 1 только тем, что потребитель подключен ко всем трем фазам А, В, С сети и содержит нулевой входной вывод 0, к которому подключены общие точки разноименных электродов тиристоров 9, 10 и 11, 12. В качестве нулевого входного вывода можно использовать вывод общей точки соединенной в «звезду» обмотки трехфазного трансформатора, подключенный к общей точке тиристоров 9, 10 и 11, 12 через управляемые вентили или непосредственно. Устройство на фиг. 2 работает аналогично устройству на фиг. 1. Отличие в том, что, вследствие подключения потребителя к трем фазным входным выводам, распределение тока I₀ между ними должно быть в равных долях. Этим объясняется то, что число витков каждой из обмоток 4, 6 вдвое больше числа витков каждой из обмоток 3, 5. Иначе будет нарушено равенство фазных токов. Это ограничивает уровень рекуперации энергии. На фиг. 2 показаны величины разветвляющихся частей тока I₀. Однако, сопоставление случаев, когда потребитель выполнен на трехфазном трансформаторе, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом, соединенным с МРТ и когда она соединена в «треугольник» без МРТ показывает, что в первом случае циркуляция энергии между МРТ и потребителем уменьшает величину потребляемой из сети энергии на 42, 3%.

Второй вариант предлагаемого устройства, как правило, не требует, в отличие от первого варианта, уменьшения естественного угла проводимости тиристоров, т.к. предназначен для потребителей, трехфазный трансформатор которых имеет неуравновешенную магнитную систему с прерывистой формой первичного тока.

В частном случае, если потребитель выполнен в виде трансформатора с подключением 8-ми тиристоров к его первичной обмотке (смотри прототип - по авт.св. №860238) функции 2-х из них, включенных между общей точкой остальных 6-и тиристоров и нулевым входным выводом, могут быть совмещены с функциями тиристоров предлагаемого устройства.

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