УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2239224 (13) C1

(51) 7 G05F1/20 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2003110909/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.04.16 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.04.16 
(45) Опубликовано: 2004.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2187834 С1, 20.08.2002. RU 2072550 С1, 27.01.1997. GB 2024438 А, 09.01.1980. 
(72) Автор(ы): Кувшинов Г.Е. (RU); Мазалева Н.Н. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Дальневосточный государственный технический университет (RU) 
Адрес для переписки: 690950, Приморский край, г.Владивосток, ул. Пушкинская, 10, ДВГТУ, патентный отдел 

(54) УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ 
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения статизма внешней характеристики источника напряжения переменного тока по реактивному току в различных системах автоматического регулирования напряжения. Задача: снижение массы и габаритов устройства токовой стабилизации. Сущность изобретения: устройство содержит катушки, индуктивно связанные с токопроводами тока нагрузки источника напряжения, и подключенные к указанным катушкам регулирующие элементы, причем эти катушки и регулирующие элементы входят в состав электрических цепей, подключенных между первыми и вторыми зажимами устройства, соединенными соответственно с выходными зажимами упомянутого источника напряжения и с входными зажимами регулятора напряжения этого источника напряжения. В качестве катушек используют имеющие отводы катушки дифференцирующих индукционных преобразователей тока, а в качестве регулирующих элементов применен переключатель, число входных зажимов полюсов которого равно числу упомянутых катушек. Технический результат: сокращение общего числа элементов устройства и замена трансформаторов тока как элементов, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки источника напряжения на указанные дифференцирующие индукционные преобразователи тока, имеющие в десятки и сотни раз меньшую массу. 2 ил.





ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники и применяется для создания статизма внешней характеристики источника напряжения переменного тока, например синхронного генератора, по реактивному току в различных системах автоматического регулирования напряжения путем воздействия на регулятор напряжения этого источника.

Известно устройство токовой стабилизации, содержащее включенный в одну из фаз источника напряжения трансформатор тока, вторичная обмотка которого подключена к установочному реостату, с помощью которого производится регулирование статизма внешней характеристики источника путем изменения сопротивления этого реостата, что приводит к изменению коэффициента передачи от тока нагрузки источника к напряжению вторичной обмотки трансформатора тока. Устройство подключено своими двумя входными зажимами к выходным зажимам двух других фаз источника напряжения, а двумя выходными - к двум входным зажимам регулятора напряжения этого источника. Один из выводов вторичной обмотки упомянутого трансформатора тока соединен с первым входным зажимом устройства, а второй вывод этой обмотки - с первым выходным зажимом устройства. Второй входной зажим устройства непосредственно соединен с другим его вторым выходным зажимом [1, стр.98-100].

Этому устройству присущи два недостатка. Первый из них обусловлен использованием трансформатора тока и заключается в большой массе и размерах этого трансформатора тока и установочного реостата. Второй недостаток проявляется в том, что устройство имеет только два выходных зажима. При применении регулятора напряжения с двумя входными зажимами возникают следующие отрицательные последствия: во-первых, не учитывается возможная несимметрия токов трехфазного источника, а во-вторых, вносится дополнительное запаздывание сигнала обратной связи по напряжению источника, так как однофазное входное напряжение регулятора напряжения выпрямляют и сглаживают фильтром нижних частот. Это запаздывание приводит к ухудшению качества переходных процессов восстановления напряжения при внезапном изменении нагрузки источника. Если регулятор напряжения имеет трехфазный вход, то необходимо использовать три таких устройства токовой стабилизации, в совокупности имеющих шесть выходных зажимов, и трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого подключается ко входу регулятора напряжения, а первичная обмотка выполнена из трех изолированных однофазных обмоток, подключенных к выходам устройств токовой стабилизации. При этом увеличивается сложность и возрастает масса устройства.

Известно также трехфазное устройство токовой стабилизации источника напряжения, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству и выбранное в качестве прототипа. Оно состоит из катушек, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки источника напряжения и подключенных к указанным катушкам регулирующих элементов. Причем эти катушки и регулирующие элементы входят в состав электрических цепей, подключенных между первыми и вторыми зажимами устройства, соединенных соответственно с выходными зажимами упомянутого источника напряжения и с входными зажимами регулятора напряжения этого источника. Роль катушек, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки, выполняют вторичные обмотки трех трансформаторов тока, первичные обмотки которых включены в эти токопроводы. В качестве регулирующих элементов применены три установочных реостата, одни из крайних зажимов которых соединены вместе, при этом эти реостаты образуют звезду, а другие их крайние зажимы подключены по одному к одним из зажимов вторичных обмоток трансформаторов тока, другие зажимы которых соединены вместе. Статизм внешней характеристики источника напряжения по реактивному току изменяется путем изменения сопротивлений плечей реостатов, находящихся между крайними и средними зажимами каждого реостата. В состав упомянутых электрических цепей, включенных между первыми и вторыми зажимами устройства, входят также первый и второй трехфазные трансформаторы напряжения и автотрансформатор. Первичная обмотка первого трансформатора напряжения подключена к первым зажимам устройства, а первичная обмотка второго трансформатора напряжения подключена к средним зажимам установочных реостатов. Вторичные обмотки обоих трансформаторов напряжения включены последовательно друг с другом и образуют звезду, зажимы которой, кроме нулевого, подключены к вторым зажимам устройства. В цепи, образованные вторичными обмотками трансформаторов напряжения, входят также те части обмоток автотрансформаторов, которые включены между первыми крайними и средними зажимами автотрансформаторов, у которых вторые крайние зажимы обмоток соединены в нулевую точку. При изменении у этих обмоток числа витков, включенных между средними и вторыми крайними зажимами автотрансформаторов, изменяется коэффициент обратной связи по напряжению и тем самым напряжение источника. Указанный автотрансформатор может быть включен не между вторичными обмотками первого и второго трансформаторов напряжения, а непосредственно на входе регулятора напряжения. При этом автотрансформатор можно рассматривать как элемент, входящий в состав регулятора напряжения. Первичная обмотка первого трансформатора напряжения включена в треугольник. Такое включение обеспечивает совпадение фаз напряжений вторичных обмоток первого и второго трансформаторов напряжения при чисто индуктивном токе нагрузки [2, стр.426-433, рис.42.14].

Первый недостаток этого устройства такой же, как и у рассмотренного выше, - большая масса и габариты трансформаторов тока и установочных реостатов. Второй недостаток проявляется в увеличении массы и габаритов устройства и связан с включением в его состав первого и второго трансформаторов напряжения, причем первый из них нужен и для устройств токовой стабилизации источников низкого напряжения, чтобы обеспечивать необходимый сдвиг по фазе между напряжениями источника и напряжениями вторичной обмотки второго трансформатора напряжения.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение массы и габаритов устройства токовой стабилизации.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в сокращении общего числа элементов устройства и замене элементов, индуктивно связанных с токопроводами тока нагрузки, на другие, имеющие в десятки и сотни раз меньшую массу.

Для решения поставленной задачи в устройстве токовой стабилизации источника напряжения, содержащем катушки, индуктивно связанные с токопроводами тока нагрузки этого источника напряжения, и подключенные к указанным катушкам регулирующие элементы, причем эти катушки и регулирующие элементы входят в состав электрических цепей, подключенных между первыми и вторыми зажимами устройства, соединенными соответственно с выходными зажимами упомянутого источника напряжения и с входными зажимами регулятора напряжения этого источника, в качестве катушек используют имеющие отводы катушки дифференцирующих индукционных преобразователей тока, а в качестве регулирующих элементов применен переключатель, число входных зажимов полюсов которого равно числу упомянутых катушек, а число выходных зажимов в каждом полюсе переключателя и число его позиций равны числу отводов этих катушек, начало каждой из которых соединено с одним из первых зажимов устройства, а каждый отвод каждой из этих катушек подключен к одному из выходных зажимов одного из полюсов указанного переключателя, каждый из входных зажимов которого соединен с одним из вторых зажимов устройства.

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:

Признак “...в качестве катушек используют имеющие отводы катушки дифференцирующих индукционных преобразователей тока...” позволяет уменьшить массу и габариты устройства и изменять напряжения между первыми и вторыми зажимами устройства при неизменном токе нагрузки и тем самым изменять статизм внешней характеристики источника по его реактивному току. Дифференцирующие индукционные преобразователи тока работают в режиме, близком к холостому ходу. Ток, проходящий по катушке этого преобразователя в десятки и сотни раз меньше, чем у вторичной обмотки трансформатора тока. Поэтому при одинаковом значении напряжения на вторичной обмотке трансформатора тока и на катушке дифференцирующего индукционного преобразователя тока расчетная мощность и, следовательно, масса последнего в десятки и сотни раз меньше, чем у трансформатора тока.

Признак “...в качестве регулирующих элементов применен переключатель...” позволяет исключить установочные реостаты и тем самым уменьшить массу и габариты устройства.

Совокупность отличительных признаков позволяет исключить трансформаторы напряжения и установочные реостаты и тем самым уменьшить массу и габариты устройства.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию “новизна”.

Предлагаемое решение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства токовой стабилизации в однофазном исполнении, а на фиг.2 - в трехфазном.

Устройство токовой стабилизации содержит дифференцирующие индукционные преобразователи 1 тока, катушки 2 которых выполнены с отводами 3. Последние подсоединены к выходным зажимам 4 полюсов переключателя 5. Начала 6 катушек 2, которые являются первыми зажимами устройства, подсоединены к выходным зажимам 7 источника 8 напряжения. Входные зажимы 9 полюсов переключателя 5, которые одновременно являются вторыми зажимами устройства, подключены ко входу регулятора 10 напряжения, который управляет напряжением источника 8 напряжения. Катушки 2 дифференцирующих индукционных преобразователей 1 тока индуктивно связаны с токопроводами 11 источника 8 напряжения.

Катушки 2 и полюсы переключателя 5 образуют электрические цепи, имеющие в качестве внешних зажимов начала 6 катушек 2 и входные зажимы 9 полюсов переключателя 5.

Устройство токовой стабилизации работает следующим образом. Фазное входное напряжение Uвx регулятора 10 напряжения при синусоидальной форме напряжений и токов источника 8 напряжения определяется выражением



где - фазное напряжение источника напряжения;

- круговая частота;

I - фазный ток;

М - взаимная индуктивность между токопроводами 11 тока нагрузки и катушками 2 дифференцирующих индукционных преобразователей 1 тока.

Заменим произведение М на сопротивление Х взаимной индукции дифференцирующего индукционного преобразователя тока, тогда уравнение (1) примет вид



Так как напряжение IХ между зажимами 6 и 9 много меньше напряжения U источника 8 напряжения, то справедливо следующее выражение



где Ip=Isin - реактивный ток источника 8 напряжения;

- угол между напряжением U и током I нагрузки одной и той же фазы источника 8 напряжения.

В связи с тем, что ток устройства Iвх пренебрежимо мал, то ток I источника 8 напряжения практически равен току нагрузки Iнаг.

Регулятор 10 напряжения поддерживает напряжение Uвx постоянным, воздействуя для этого на источник 8 напряжения. Следовательно, напряжение источника 8 напряжения зависит от реактивного тока нагрузки Iр:



где U0 - напряжение холостого хода источника 8 напряжения.

Переключателем 5 изменяют число витков обмоток катушек 2, соединенных с зажимами 9 устройства, и тем самым пропорциональное этому числу витков сопротивление взаимной индукции X. При этом изменяется коэффициент статизма внешней характеристики источника 8 напряжения по реактивному току



где Iн - номинальное значение тока источника 8 напряжения.

При одиночной работе источника 8 напряжения статизм его внешней характеристики не нужен. В этом случае переключатель 5 ставят в положение, при котором замкнуты его верхние контакты. Сопротивление Х и коэффициент статизма к при этом равны нулю.

Для однофазного исполнения устройства токовой стабилизации входящие в уравнение (4) величины являются линейными, а в качестве Х принимается величина .

Источники информации

1. Константинов В.Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок. - Л.: Судостроение, 1988.

2. Электротехнический справочник: Т.З. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Устройство токовой стабилизации источника напряжения, содержащее катушки, индуктивно связанные с токопроводами тока нагрузки этого источника напряжения, и подключенные к указанным катушкам регулирующие элементы, причем эти катушки и регулирующие элементы входят в состав электрических цепей, подключенных между первыми и вторыми зажимами устройства, соединенными соответственно с выходными зажимами упомянутого источника напряжения и с входными зажимами регулятора напряжения этого источника, отличающееся тем, что в качестве катушек используют имеющие отводы катушки дифференцирующих индукционных преобразователей тока, а в качестве регулирующих элементов применен переключатель, число входных зажимов полюсов которого равно числу упомянутых катушек, а число выходных зажимов в каждом полюсе переключателя и число его позиций равны числу отводов этих катушек, начало каждой из которых соединено с одним из первых зажимов устройства, а каждый отвод каждой из этих катушек подключен к одному из выходных зажимов одного из полюсов указанного переключателя, каждый из входных зажимов которого соединен с одним из вторых зажимов устройства.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru