ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ
ALTERNATING VOLTAGE SOURCE WITH ENERGY REGENERATION

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, потребители которых предъявляют повышенные требования к форме кривой выходного напряжения.
Известен источник с рекуперацией энергии, содержащий источник постоянного тока, трехфазный инвертор и трехфазный фильтр [1]. Данное устройство нашло широкое применение в системах электроснабжения, однако, ввиду простейшей схемы трехфазного фильтра, синусоидальная форма кривой выходного напряжения сохраняется только при медленно изменяющейся нагрузке.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является источник с рекуперацией энергии, содержащий аккумуляторную батарею, инвертор и Г-образный полосовой фильтр, подключенный к выходу инвертора [2]. Данный источник отличается высоким качеством выходного напряжения, так как его фильтр содержит два резонансных контура: последовательный и параллельный, каждый из которых настроен на основную гармонику. Последовательный контур с резонансом напряжений на основной частоте имеет малое сопротивление для токов этой частоты, а параллельный контур с резонансом токов, наоборот, имеет большое сопротивление, что обеспечивает достаточно высокий коэффициент передачи по основной гармонике, однако рассматриваемому устройству присущи и недостатки, среди которых основным является безвозвратная потеря мощностей нежелательных высших гармоник.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возврата преобразованной энергии в цепь первичного источника.
Требуемый технический результат достигается тем, что в источнике переменного напряжения с рекуперацией энергии, содержащем последовательно соединенные аккумуляторную батарею, шины постоянного тока, инвертор, трехфазный фильтр, содержащий LC-контуры и клеммы для подключения нагрузки, трехфазный фильтр, составлен из фильтров первой, второй и третьей фаз, причем фильтр каждой из фаз содержит согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена между соответствующим выходом инвертора и клеммой для подключения нагрузки, а вторичная обмотка образует последовательный замкнутый контур с контурами пятой и седьмой гармоник, при этом каждый из контуров пятой и седьмой гармоник содержит двухобмоточный дроссель, включенный по трансформаторной схеме, первичная обмотка которого соединена параллельно с соответствующим конденсатором, причем точка соединения конденсаторов контуров пятой и седьмой гармоник соединена с точкой соединения первичных обмоток дросселей контуров пятой и седьмой гармоник, а вторичная обмотка каждого из дросселей указанных контуров подключена ко входу соответствующего выпрямителя контуров, выход которого подключен к шинам постоянного тока.
На чертеже показана схема включения фильтров фаз источника.
Источник переменного напряжения с рекуперацией энергии содержит аккумуляторную батарею 1, шины постоянного тока 2, инвертор 3, трехфазный фильтр 4 и клеммы для подключения нагрузки 8, 9 и 10, причем указанный фильтр 4 содержит фильтр первой фазы 5 с LC-контурами, фильтр второй фазы 6 с LC-контурами и фильтр третьей фазы 7 с LC-контурами, при этом каждый из фильтров фаз выполнен по идентичной схеме и содержит согласующий трансформатор 5-1 (6-1 и 7-1), LC-контурами пятой гармоники 5-2 (6-2 и 7-2), LC-контурами седьмой гармоники 5-3 (6-3 и 7-3), причем контур пятой гармоники 5-2 (6-2 и 7-2) содержит дроссель 5-4 (6-4 и 7-4), включенный по трансформаторной схеме, и конденсатор 5-6 (6-6 и 7-6), контур седьмой гармоники 5-3 (6-3 и 7-3) содержит дроссель 5-5 (6-5 и 7-5), включенный по трансформаторной схеме, и конденсатор 5-7 (6-7 и 7-7), выпрямители пятой гармоники 5-8 (6-8 и 7-8) и выпрямители седьмой гармоники 5-9 (6-9 и 7-9), при этом аккумуляторная батарея 1 является основным источником электроэнергии и к ней подключены шины постоянного тока 2, от которых получает электроэнергию инвертор 3, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный ток, в каждой фазе которого последовательно включена первичная обмотка (не обозначена) согласующего трансформатора 5-1 (6-1 и 7-1) фильтров фаз 5, 6 и 7 соответственно, т.е. первичные обмотки указанных фаз включены в рассечку фаз между соответствующим выводом инвертора (не обозначен) и клеммой для подключения нагрузки 8, 9 и 10. Вторичные обмотки названных трансформаторов 5-1 (6-1 и 7-1) включены последовательно с параллельными LC-контурами (не обозначены) пятой и седьмой гармоник, при этом первичные обмотки дросселей 5-4 (6-4 и 7-4), 5-5 (6-5 и 7-5) соединены последовательно, а общая точка их включения (не обозначена) соединена с общей точкой включения соответствующих конденсаторов 5-6 (6-6 и 7-6), 5-7 (6-7 и 7-7) перемычкой (не обозначена), причем вторичные обмотки (не обозначены) дросселей 5-4, 5-5, 6-4, 6-5, 7-4 и 7-5 включены параллельно входам соответствующих выпрямителей 5-8, 5-9, 6-8, 6-9, 7-8 и 7-9, соединенными с шинами постоянного тока 2.
Источник работает следующим образом. В статическом режиме аккумуляторная батарея 1 обеспечивает напряжение на шинах постоянного тока 2 и инвертор 3 преобразует указанное напряжение в трехфазное переменное напряжение заданной частоты. Ввиду того, что выходное напряжение инвертора 3 имеет форму в виде неполного прямоугольника, в котором наиболее нежелательными высшими гармониками является пятая и седьмая, то LC-контуры фильтров фаз 5, 6 и 7 трехфазного фильтра 4 рассчитаны на пяти- и семикратную частоты основной гармоники, поэтому в контурах 5-2 (6-2 и 7-2) и 5-3 (6-3 и 7-3) образуются электрические колебания с помощью вторичных обмоток согласующих трансформаторов 5-1 (6-1 и 7-1). Напряжение гармоник снимается с вторичных обмоток дросселей 5-4 (6-4 и 7-4) и 5-5 (6-5 и 7-5) и поступает на выпрямители 5-8 (6-8 и 7-8) и 5-9 (6-9 и 7-9), где выпрямляется. Постоянное напряжение указанных выпрямителей поступает на шины постоянного тока 2 для подзаряда аккумуляторной батареи 1, так как оно по величине выше напряжения указанной батареи, что достигается с помощью коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов фильтров фаз 5-1 (6-1 и 7-1) и дросселей 5-4 (6-4 и 7-4) и 5-5 (6-5 и 7-5).
Таким образом, возврат энергии с выхода источника на вход позволяет увеличить время разряда аккумуляторной батареи.
Источники информации
1. Источники вторичного электропитания. Под ред. Ю.И.Конева. М.: Радио и связь, 1990, стр.207, рис.7.2,б.
2. Электротехнический справочник. Т.2 Под ред. В.Г.Герасимова. М.: МЭИ, 2003, стр.475, рис.37.69,а