УСТРОЙСТВО ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ - Новейшие экологические и энергетические технологии

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является вентильное устройство компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки, содержащее силовые управляемые вентили и силовые конденсаторы – прототип (Супронович Г.А. «Улучшение коэффициэнта мощности преобразовательных установок», М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 66).

При всех достоинствах прототипа, существующее устройство экономии электроэнергии весьма дорогое и громоздкое и не обеспечивает достаточно полной компенсации реактивной мощности, особенно в динамических режимах изменения коэффициента мощности нагрузки.

Технический результат, данной полезной модели состоит в усовершенствовании устройства экономии элетроэнергии, взятого за прототип и приводящей к устранению контура обмена реактивной мощностью нагрузки и входной сети, а значит и к значительной экономии электроэнергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее вентильное устройство компенсации реактивной мощности индуктивной нагрузки, включающее силовые управляемые вентили и силовые конденсаторы, за счёт введения оригинального, полностью управляемого регулятора напряжения, который посредством устранения контура обмена реактивной энергии индуктивной нагрузки и электрической сети переменного тока достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах вообще без силовых компенсирующих конденсаторов.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство экономии электроэнергии в однофазном исполнении, на фиг. 2 – тоже в трёхфазном исполнении. Электрическая сеть 1 присоединена через регулятор напряжения 2 к электрической индуктивной нагрузке 3. На фиг. 1 индуктивная нагрузка показана, например, в виде однофазного трансформатора напряжения с первичной обмоткой 4, присоединённой к силовой части 5 регулятора напряжения 2 и вторичной обмоткой 6, присоединённой к полезной электрической нагрузке 7. Силовая часть 5 регулятора напряжения 2 выполнена с полностью управляемыми полупроводниковыми ключами двухсторонней проводимости и присоединена по цепи управления 8 к системе управления 9, содержащей датчик 10 угла фазового сдвига, напряжения и тока нагрузки, и формирователи 11 импульсов управления регулятором 2. Датчик напряжения 12 и датчик тока 13 присоединены через соответствующие формирователи 14, 15 на входы логической схемы 16 типа «И – НЕ» соответствующий интервалам знакопостоянства напряжения и тока, выход которой присоединён к системе формирования управляющих импульсов 11, содержащей регулятор скважности 17, например, одновибратор, и формирователь импульсов 18, например, типа генератора Ройера, на входы управления силовых вентилей 19 регулятора напряжения 2 зашунтированных встречно включёнными стабилитронами 20. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, показаны на фиг.3

Регулятор напряжения работает следующим образом. С подачей силового напряжения из сети 1 переменного тока на силовые вентили 5 на его на электрической индуктивной нагрузке 3, появляется переменное напряжение с частотой сети и величиной, определяемой регулятором скважности 17 и формирователем импульсов 18. Включение датчика 10 угла фазового сдвига напряжения и тока нагрузки 3 изменяет работу регулятора напряжения, а именно ширина управляющих импульсов с выхода регулятора скважности 17 становится изменяемой в функции величины фазового угла сдвига с датчика 10, а точнее становится равной длительности и знакопостоянного интервала входных тока и напряжения, формируемого логической схемой 16 типа «И-НЕ», Это отличие приводит к появлению нового свойства регулятора напряжения 2, приводящего к полному устранении контура обмена реактивной мощности между сетью 1 и нагрузкой 3. Действительно, по команде датчика 10 происходит коммутация полностью управляемого вентиля 5 в данный момент окончания интервала протекания активной составляющей полного входного тока нагрузки 3, что устраняет контур протекания реактивного тока через сеть 1 и нагрузку 3.

В результате запасённая в индуктивности первого контура 4 нагрузки 3 энергия трансформируется во вторичный контур 6, присоединённый электрически к полезной нагрузке 7. Эта запасённая энергия расходуется, например, в однофазной индукционной печи для дополнительного нагрева металла, или создаёт в случае трёхфазной индуктивной нагрузки в виде, например, трёхфазного асинхронного электродвигателя дополнительную полезную мощность в роторе асинхронного двигателя, т.е. полезно используется, а не тратится на тепловые потери, как ранее. После окончания знакопеременного интервала датчик 10 вновь даёт команду на включение силового полностью управляемого вентиля 5, и процесс повторяется. Регулирование напряжения и активной мощности нагрузки 3 осуществляется регулятором скважности 17 в интервале знакопостоянства входного тока и напряжения. Таким образом, функции регулирования и стабилизации выходного напряжения и потребляемой мощности у регулятора напряжения 2 сохраняются. Стабилитроны 20 снимают кратковременные перенапряжения в силовых вентилях 5 при их коммутации. Благодаря устранению контура обмена реактивной мощности между индуктивной нагрузкой 3 и сетью 1 достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах, что приводит к значительной экономии электроэнергии. В случае .индуктивных нагрузок (ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ , ТРАНСФОРМАТОРЫ , ДЛИТЕЛЬНО РАБОТАЮЩИЕ НА ХОЛОСТОМ ХОДУ И МАЛЫХ НАГРУЗКАХ)эта экономия может достигать 30-50%

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство экономии электроэнергии в электрических нагрузках реактивного характера, содержащее полупроводниковый регулятор напряжения, отличающийся тем, что регулятор напряжения выполнен на полностью управляемых ключах, например, на силовых транзисторах, и снабжён системой контроля и управления параметров нагрузки, обеспечивающей полностью регулирование ключей регулятора напряжения полное устранение интервалов протекания реактивных токов между электрической сетью и нагрузкой в широком диапазоне изменения коэффициента мощности нагрузки
Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полностью управляемые вентили регулятора напряжения двухсторонней проводимости включены последовательно в фазы индуктивной нагрузки, а схема управления ими содержит электронный блок, включающий устройство измерения фазового сдвига между фазным напряжением и током нагрузки, и формирователь управляющих импульсов вентилей регулятора напряжения, с длительностью равной времени протекания активной мощности из сети в нагрузку.
Устройство по п. 1, 2 отличающееся тем, что устройство измерения фазового сдвига содержит датчики фазного напряжения и тока электрической нагрузки индуктивного характера, формирователи выходных сигналов этих датчиков, сравнивающее устройство на вход которого присоединены выходы указанных формирователей сигналов с датчиков, логическое устройство для фиксирования интервала совпадения сигналов с формирователей.
Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемые вентили регулятора зашунтированы устройствами компенсации напряжения.