СПОСОБ РЕЛЕЙНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ РЕЛЕЙНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2280310 (13) C1

(51) МПК
H02M 5/453 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005102050/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.01.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.01.31 
(45) Опубликовано: 2006.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 5259529, 06.01.1977. SU 663042 А, 19.05.1979. DE 2035262 А, 20.01.1972. 
(72) Автор(ы): Микитченко Анатолий Яковлевич (RU); Могучев Максим Владимирович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Рудоавтоматика" (RU) 
Адрес для переписки: 307170, Курская обл., г. Железногорск, ул. Мира, 1, ОАО "Рудоавтоматика" 

(54) СПОСОБ РЕЛЕЙНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Предлагаемые способ и устройство релейного формирования тока относятся к области полупроводниковой преобразовательной техники и могут быть использованы в электроприводах постоянного и переменного тока и в электротехнических установках. Технический результат изобретения - улучшение энергетических показателей устройства, упрощение системы управления устройством, повышение надежности устройства. Предлагаемый способ релейного формирования тока заключается в циклическом (с частотой срабатывания релейного регулятора) подключении нагрузки через цепочку, состоящую из последовательно соединенных диодов и транзисторов выпрямителя и коммутатора канала потребления, к линейному напряжению сети, положительному по отношению к направлению тока в нагрузке (режим потребления), при этом ток в нагрузке возрастает быстрее темпа изменения сигнала задания на ток на входе релейного регулятора, отключении транзисторов коммутатора канала потребления, при этом замыкание вытесненного из отключаемых транзисторов тока происходит через другие диоды и транзисторы выпрямителя и инвертора канала рекуперации на линейное напряжение сети, отрицательное по отношению к направлению тока в нагрузке (режим рекуперации) и убывании тока в нагрузке быстрее изменения сигнала задания. В режиме рекуперации энергии нагрузку подключают к тому же линейному напряжению сети, что и в режиме потребления, в полярности, противоположной режиму потребления. При этом транзисторы цепи рекуперации открываются в крайнем инверторном режиме без регулирования. Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из нескольких диодно-транзисторных цепей, включенных между сетью и нагрузкой, датчика тока, включенного последовательно с нагрузкой. Устройство содержит две параллельные цепи - потребления и рекуперации. Цепь потребления состоит из последовательно включенных неуправляемого выпрямителя и коммутатора с релейным регулятором. Цепь рекуперации состоит из неуправляемого выпрямителя и инвертора, ведомого сетью с системой управления. Обе цепи включены встречно-параллельно и с одной стороны подключены к нагрузке, с другой - к сети. При этом цепи не имеют общих накопителей энергии и общих точек, кроме точек подключения к сети и нагрузке. 2 н.п. ф-лы, 8 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано в электроприводах постоянного и переменного тока и в электротехнических установках.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату устройства и способа являются принятые за прототип способ и устройство по автореферату на соискание ученой степени доктора наук. Микитченко А.Я., Специальность 05.09.03, МЭИ, Москва, 1999.

Известен способ релейного формирования тока, в котором для увеличения тока в нагрузке, она подключается через цепочку из последовательно соединенных вентилей к тому линейному напряжению сети, полярность которого в данный момент совпадает с направлением протекающего в нагрузке тока. Нагрузка потребляет энергию из сети. Для уменьшения тока в нагрузке она подключается с помощью другой цепочки из последовательно соединенных вентилей к другому линейному напряжению сети, полярность которого противоположна направлению тока в нагрузке. Нагрузка рекуперирует энергию в сеть. Поочередным включением и выключением вентилей первой и второй цепочек обеспечивается такой процесс формирования тока в нагрузке, при котором ток то возрастает больше заданного, то уменьшается меньше заданного, но всегда остается близким к заданному (Микитченко А.Я. Автореферат на соискание ученой степени доктора наук. Специальность 05.09.03, МЭИ, Москва, 1999).

Устройство для осуществления данного способа включает несколько параллельно установленных между сетью и нагрузкой диодно-танзисторных цепей, датчик тока, размещенный последовательно с нагрузкой, и систему управления, которая выполняет функции релейного регулятора, а также следит за полярностью напряжения в фазах сети.

Недостатком данного способа и устройства является то, что ток потребляется из одной фазы, а инвертируется в другую. Следовательно, появляется реактивная мощность несимметрии по фазам. Также необходимо постоянно следить за полярностью напряжения: в какой фазе полярность совпадает с направлением тока в нагрузке, а в какой противоположна току. Это усложняет систему управления устройством для реализации данного способа.

Технический результат изобретения - улучшение энергетических показателей устройства, упрощение системы управления устройством, повышение надежности устройства.

Достигается это тем, что способ релейного формирования тока заключается в циклическом (с частотой срабатывания релейного регулятора) подключении нагрузки через цепочку, состоящую из последовательно соединенных диодов и транзисторов выпрямителя и коммутатора канала потребления, к линейному напряжению сети, положительному по отношению к направлению тока в нагрузке (режим потребления), при этом ток в нагрузке возрастает быстрее темпа изменения сигнала задания на ток на входе релейного регулятора, отключении транзисторов коммутатора канала потребления, при этом замыкание вытесненного из отключаемых транзисторов тока происходит через другие диоды и транзисторы выпрямителя и инвертора канала рекуперации на линейное напряжение сети, отрицательное по отношению к направлению тока в нагрузке (режим рекуперации) и убывании тока в нагрузке быстрее изменения сигнала задания. В режиме рекуперации энергии нагрузку подключают к тому же линейному напряжению сети, что и в режиме потребления, в полярности, противоположной режиму потребления. При этом транзисторы цепи рекуперации открываются в крайнем инверторном режиме без регулирования.

Предлагаемое устройство состоит из нескольких диодно-транзисторных цепей, включенных между сетью и нагрузкой 1, датчика тока 2, включенного последовательно с нагрузкой. Устройство содержит две параллельные цепи - потребления и рекуперации. Цепь потребления состоит из последовательно включенных неуправляемого выпрямителя 3 и коммутатора 4 с релейным регулятором 5. Цепь рекуперации состоит из неуправляемого выпрямителя 6 и инвертора 7, ведомого сетью с системой 8 управления. Обе цепи включены встречно-параллельно и с одной стороны подключены к нагрузке, с другой - к сети. При этом цепи не имеют общих накопителей энергии и общих точек, кроме точек подключения к сети и нагрузке.

Количество фаз выпрямителя 3 и инвертора 7, подключенных к сети, совпадает с количеством фаз сети. Количество фаз коммутатора 4 и выпрямителя 6, подключенных к нагрузке, совпадает с количеством фаз нагрузки.

На фиг.1 представлена структурно-принципиальная схема устройства для реализации исходного способа релейного формирования тока с однофазной нагрузкой; на фиг.2 - структурно-принципиальная схема устройства для управления однофазной нагрузкой; на фиг.3 - структурно-принципиальная схема устройства для управления трехфазной нагрузкой; на фиг.4: а - временные диаграммы напряжений в фазах сети; б - временные диаграммы линейных напряжений сети и напряжения на нагрузке при работе устройства, изображенного на фиг.3; в - временные диаграммы напряжения задания на релейный регулятор и тока нагрузки при работе устройства, изображенного на фиг.2; на фиг.5 и 6 - структурно-принципиальные схемы, поясняющие работу устройства на фиг.2; на фиг.7 - структурно-принципиальная схема второго варианта устройства для реализации предлагаемого способа формирования тока и предназначенного для управления однофазной нагрузкой; на фиг.8 - структурно-принципиальная схема второго варианта устройства для управления трехфазной нагрузкой.

Работа устройства и пример выполнения способа для управления однофазной нагрузкой. На участке t1-t4 (фиг.4) в выпрямителе 3 открыты диоды VD1 и VD4, в инверторе 7 импульсы управления подаются на транзисторы VT5 и VT8 согласно алгоритму работы инвертора, ведомого сетью. Пусть в этот момент релейный регулятор 5 подал команду на увеличение тока в нагрузке. В коммутаторе 4 подаются импульсы управления на транзисторы VT1 и VT4, они открываются через диоды VD17 и VD20, нагрузка 1 оказывается подключенной к линейному напряжению Uab через цепочку последовательно включенных вентилей: VD1-VT1-VD17-нагрузка-VD20-VT4-VD4. Получившаяся схема включения нагрузки изображена на фиг.5. На ней не изображены те вентили, которые не участвуют в формировании тока нагрузки. Ток в нагрузке возрастает. Нагрузка потребляет энергию из сети. Соответствующая диаграмма тока нагрузки изображена на фиг.4,в на участке t1-t2. Диаграмма напряжения на нагрузке изображена на фиг.4,б на участке t1-t2. Как только ток достигает максимального значения, релейный регулятор 5 дает команду на уменьшение тока. При этом импульсы управления с транзисторов VT1 и VT4 снимаются. Транзисторы VT1 и VT4 закрываются. Т.к. нагрузка имеет индуктивный характер, то после закрытия транзисторов VT1 и VT4 на нагрузке начинает расти напряжение. Как только оно превысит сумму ЭДС инвертора 7 и падение напряжения на диодах VD8 и VD9 выпрямителя 6, эти диоды открываются. Схема преобразуется к виду, изображенному на фиг.6. Нагрузка оказывается подключенной к тому же линейному напряжению Uab, но в противоположной полярности через цепочку вентилей VD14-VT8-VD8-нагрузка-VD9-VT5-VD11. Ток в нагрузке уменьшается. Нагрузка рекуперирует энергию в сеть. Соответствующая диаграмма тока нагрузки изображена на фиг.4,в на участке t2-t3. Соответствующая диаграмма напряжения нагрузки представлена на фиг.4,б на участке t2-t3.

Поочередным включением первого и второго режимов достигается поддержание тока нагрузки. При этом при переходе на другие линейные напряжения в работу включаются другие вентили выпрямителя 3 и инвертора 7. При задании на релейный регулятор 5 противоположной полярности в работу вступают транзисторы VT2 и VT3, диоды VD18 и VD19 коммутатора 4 и диоды VD7 и VD10 выпрямителя 6. Инвертор 7 работает в крайнем инверторном режиме и в процессе формирования тока не регулируется.

Устройство для управления трехфазной нагрузкой работает аналогично. Только для увеличения положительного тока в фазе нагрузки открывается вентиль соответствующего плеча коммутатора 4, подключенный к катодной группе выпрямителя 3. Для увеличения отрицательного тока в фазе открывается вентиль коммутатора 4, подключенный к анодной группе выпрямителя 3.

Например, для увеличения положительного тока в фазе А нагрузки открывается транзистор VT1, для увеличения отрицательного тока открывается транзистор VT2.

Вариант устройства для реализации предлагаемого способа формирования тока отличается тем, что выходные однополярные точки выпрямителя 3 канала потребления и выпрямителя 6 канала рекуперации объединены, и входные однополярные точки инвертора 7 канала рекуперации и коммутатора 4 канала потребления объединены. Цепи потребления и рекуперации также не содержат накопителей энергии.

При таком построении схемы отпадает необходимость в диодах, включенных последовательно с силовыми транзисторами. Количество элементов в схеме уменьшается.

Работа устройства аналогична работе устройства с раздельными каналами потребления и рекуперации.

Преимущества предлагаемого способа формирования тока заключаются в том, что и потребление, и инвертирование энергии в процессе формирования тока происходит в одну и ту же фазу сети, что исключает появление реактивных токов рассогласования между фазами сети (мощности несимметрии) и снижает нагрузку на сеть. Система управления устройством для осуществления данного способа упрощается за счет разделения на две полностью независимые части: систему управления коммутатором 5 и систему управления инвертором 8. Алгоритм работы коммутатора 4 зависит только от тока нагрузки и не связан с полярностью напряжений в фазах сети. Алгоритм работы инвертора 7 зависит только от полярности напряжений в фазах сети и не связан с током нагрузки. Инвертор работает в крайнем инверторном режиме и не требует регулирования. За счет этого надежность устройства повышается.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ релейного формирования тока, включающий циклическое (с частотой срабатывания релейного регулятора) подключение нагрузки через цепочку, состоящую из последовательно соединенных диодов и транзисторов выпрямителя и коммутатора канала потребления, к линейному напряжению сети, положительному по отношению к направлению тока в нагрузке (режим потребления), при этом ток в нагрузке возрастает быстрее темпа изменения сигнала задания на ток на входе релейного регулятора, отключение транзисторов коммутатора канала потребления, при этом замыкание вытесненного из отключаемых транзисторов тока происходит через другие диоды и транзисторы выпрямителя и инвертора канала рекуперации на линейное напряжение сети, отрицательное по отношению к направлению тока в нагрузке (режим рекуперации) и убывании тока в нагрузке быстрее изменения сигнала задания, отличающийся тем, что в режиме рекуперации энергии нагрузку подключают к тому же линейному напряжению сети, что и в режиме потребления, в полярности, противоположной режиму потребления, при этом транзисторы цепи рекуперации открываются в крайнем инверторном режиме без регулирования.

2. Устройство релейного формирования тока, включающее в качестве инвертора-выпрямителя несколько параллельно установленных между сетью и нагрузкой диодно-транзисторых цепей, датчика тока, размещенный последовательно с нагрузкой и релейный регулятор, отличающееся тем, что устройство содержит две параллельные цепи - потребления и рекуперации, цепь потребления состоит из последовательно соединенных неуправляемого выпрямителя и коммутатора с релейным регулятором, а цепь рекуперации - из последовательно соединенных неуправляемого выпрямителя и инвертора с системой управления, обе цепи включены встречно-параллельно с одной стороны к сети, а с другой - к нагрузке, при этом цепи не имеют общих накопителей энергии и общих точек, кроме точек подключения к сети и нагрузке, или имеют общие точки - выходные однополярные точки выпрямителя канала потребления и выпрямителя канала рекуперации объединены, и входные однополярные точки инвертора канала рекуперации и коммутатора канала потребления также объединены.








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