УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ МНОГОФАЗНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ОДНОПРОВОДНОЙ ЛИНИИ
MULTIPHASE VOLTAGE TRANSMISSION DEVICE FOR SINGLE LINE

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей передачи многофазной системы напряжений в результате использования однопроводной линии передачи.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства передачи многофазной системы напряжений в результате использования для передачи импульсов напряжения однопроводной линии, повторения этих импульсов в каждой фазе нагрузки при помощи блоков повторения и задержки импульсов с целью повышения энергетических показателей передачи.
Предлагаемая схема передачи n-фазной системы напряжений по однопроводной линии отличается от схемы, предложенной в работе [1], тем, что:
0
0вых
- для передачи используется однопроводная линия вследствие исключения провода С-С и использования вместо него общей шины "земля";
- устройство обладает улучшенными энергетическими показателями по сравнению со схемой, предложенной в работе [1], в результате введения в каждую фазу нагрузки блоков повторения и задержки импульсов.
*
*
В решении, описанном в работе [1], напряжение на каждой фазе нагрузки формируется последовательностью импульсов, разделенных временным интервалом Τ=nΔt, см. фиг. 1а. В этом выражении n - число фаз многофазной системы, Δt - длительность одиночного импульса. Интервал времени между соседними импульсами напряжения на нагрузке каждой фазы многофазной системы T1=(n-1)Δt в такой передаче будет "пустым", не занятым импульсами напряжения.
В предлагаемом решении "пустые" интервалы времени между соседними одиночными импульсами напряжения заполняются повторяющимися импульсами напряжения, которые повторяют одиночный импульс, см. фиг. 1б. Число таких повторяющихся импульсов на интервале времени Τ может находиться в пределах от 1 до (n-1). Полное заполнение пустых интервалов времени будет при числе импульсов равным (n-1). В этом случае форма напряжения на нагрузке будет ступенчатой, не содержащей пустых (не заполненных импульсами напряжения) временных интервалов. Огибающая ступенчатой функции напряжения на нагрузке будет приближаться к синусоидальной форме. Чем меньше будет временной интервал Т, тем точнее огибающая будет приближаться к синусоидальной форме. В результате действующее значение напряжения, активная, реактивная и полная мощности на нагрузке U', Р', Q', S' будет приближаться к значениям U, Р, Q, S, которые характерны для передачи многофазной системы напряжений по многофазной линии передачи. Заполнение пустых интервалов импульсами напряжения в рассматриваемом устройстве осуществляется при помощи блоков повторения и задержки импульсов.
Недостатком устройства, предложенного в [1], является:
- использование для передачи импульсов напряжения второго провода;
- низкие энергетические показатели передачи вследствие наличия в форме напряжения на нагрузках фаз "пустых", не заполненных импульсами, интервалов времени.
Задача изобретения - создать устройство, исключающее использование второго провода для передачи импульсов напряжения и обеспечивающее на нагрузке форму напряжения, в которой отсутствуют не заполненные импульсами напряжения интервалы времени. За счет этого повышаются энергетические показатели передачи n-фазного напряжения по однопроводной линии.
i
0
0вых
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
1
1вых
i
i
i
Сущность изобретения состоит в том, что в известное устройство [1] (нумерация элементов соответствует показанной на фиг. 1 работы [1]), содержащее нагрузку 13(i=1…n), нулевой провод С-С, подключенный к нулевой точке многофазной системы ЭДС по схеме «звезда», первую группу ключей 9(i=1…n), n входов 8(i=1…n) фаз многофазной системы ЭДС, каждая из которых подсоединена к первому входу одноименного ключа 9(i=1…n) первой группы, дополнительно включены вторая группа ключей 12(i=1…n), генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, элемент И2, счетчик 3, схема сравнения 4, регистр 5, дешифратор 6, первые формирователи сигналов 7(i=1…n), группа элементов задержки 10(i=1…n), вторые формирователи сигналов 11(i=1…n), выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И2, второй вход которого подсоединен к первому входу 15 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 6 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 14 устройства, выходы дешифратора 6 подсоединены к входам одноименных первых формирователей сигналов 7(i=1…n) и через одноименные элементы задержки 10(i=1…n) к входам одноименных вторых формирователей сигналов 11(i=1…n), выходы первых формирователей сигналов 7(i=1…n) подсоединены к управляющим входам ключей 9(i=1…n) первой группы, выход каждого из которых подсоединен к входной линии передачи C, выход которой подсоединен к выходной линии передач C, выход которой подсоединен к первым входам второй группы ключей 12(i=1…n), управляющий вход каждого из которых подсоединен к выходу одноименных вторых формирователей сигналов 11(i=1…n), а выход - к нагрузке 13(i=1…n),
в предлагаемой схеме:
0
0вых
исключен нулевой провод С-С, а вместо него используется общая шина "земля";
в каждую фазу нагрузки включены блоки повторения и задержки импульсов, которые в каждой фазе для одинаковой полярности импульсов включены между собой по каскадной схеме.
Проведенный поиск в известной научно-технической литературе не выявил наличие подобных технических решений.
0
0вых
Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что новое техническое устройство отличается от прототипа отсутствием нулевого провода С-С и использованием вместо него общей шины "земля", наличием в каждой фазе нагрузки дополнительно введенных блоков повторения и задержки импульсов, что позволяет повысить энергетические показатели передачи.
Изобретательский уровень достигается тем, что ввод соответствующих элементов в известный прототип вместе со связями позволяет решить новую техническую задачу, решение которой в литературе в настоящее время не отражено. Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности передачи n-фазного напряжения с использованием для этого однопроводной линии.
i
i
i
i
i
i
1
1вых
i
i
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
i
*
Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже (фиг. 2) представлена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 представлены генератор тактовых импульсов 1, логический элемент И2; счетчик числа фаз 3, схема сравнения 4, регистр 5, дешифратор 6, формирователи управляющих сигналов 7(i=1…n, n - число фаз в сети), фазы многофазного источника синусоидального ЭДС 8(i=1…n), управляемые ключи (симисторы) 9(i=1…n), элементы задержки 10(i=1…n), формирователи управляющих сигналов 11(i=1…n, n - число фаз в сети), управляемые ключи 12(i=1…n), линию передачи сигналов с полюсом C на входе и С на выходе линии, n первых диодов 15(i=1…n), n вторых диодов 21, 2n(n-1) блоков повторения и задержки импульсов 13 и 14 (i=1…n, j=1…n-1), каждый блок повторения и задержки импульсов отрицательной полярности 13 состоит из третьих диодов 16 (i=1…n, j=1…n-1), делителей напряжения, состоящих из первых резисторов 17 и вторых резисторов 18, первых повторителей импульсов 19, первых элементов задержки (линий задержки) 20, к полюсу 28 повторителя сигнала подключается источник питания - Е, второй полюс источника подключается к полюсу "земля", каждый блок повторения и задержки импульсов положительной полярности 14 состоит из четвертых диодов 22, делителей напряжения, состоящих из третьих резисторов 23 и четвертых резисторов 24, вторых повторителей импульсов 25, вторых элементов задержки (линий задержки) 26, к полюсу 29 повторителя сигнала подключается источник питания +Е, второй полюс источника подключается к полюсу "земля", фазы многофазной нагрузки 27(i=l…n), управляющие входы 30 и 31.
Нулевая точка системы синусоидальных ЭДС, включенных по схеме «звезда», и нулевая точка нагрузки, соединенной по схеме «звезда», подключены к общей шине "земля".
i
i
1
i
1вых
i
Симистор 9(i=1…n) в каждой фазе является управляемым силовым ключом, коммутирующим сигналы произвольной (положительной или отрицательной) полярности. Он включается последовательно в цепь для передачи импульса сигнала фазы положительной или отрицательной полярности длительностью Δt от многофазного источника 8 в линию C - "земля", а симистор 12(i=1…n) коммутирует сигнал, снимаемый с полюсов С - "земля" на выходе линии, для последующей передачи импульсов в нагрузку 27.
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
i
i
ij
i
i
ij
*
Частота генератора 1 задается таким образом, чтобы обеспечить временной интервал открытого состояния каждого симистора 9 и 12 длительностью Δt при помощи формирователей импульсов. Длительность Δt управляющего импульса, поступающего на управляющие электроды управляемых ключей 9 и 12, задается формирователями импульсов 7 и 11. Схемы формирователей импульсов управляются сигналами, поступающими с дешифратора 6. Для формирователей импульсов 11 сигнал от дешифратора 6 поступает через элемент задержки 10(i=1…n). Частота генератора должна выбираться так, чтобы время появления очередного сигнала на его выходе превышало время суммарной задержки сигнала элементами И2, счетчика 3, дешифратора 6 и формирователя управляющего сигнала 7. В рассматриваемом устройстве напряжение на нагрузке, начиная с момента открытия управляемого ключа 12, на временном интервале длительностью T=nΔt формируется последовательностью n одинаковых импульсов длительностью Δt. Первый из них поступает с управляемого ключа 12, остальные (n-1) импульсов поступают от схем повторения и задержки импульсов 13 или 14. Каждая схема повторения 19 или 25 повторяет импульс напряжения, пришедший на ее вход, а каждая схема задержки 20 или 26 смещает импульс напряжения на временной интервал, равный Δt. Диоды 16 или 22 не позволяют импульсному сигналу после прохождения схемы задержки снова поступить на вход схемы повторения импульса. Диод 15 пропускает импульсные сигналы отрицательной полярности к нагрузке фазы 27 посредством блоков 13 и не пропускает импульсы положительной полярности. Диод 21 пропускает импульсные сигналы положительной полярности к нагрузке фазы 27 посредством блоков 14 и не пропускает импульсы отрицательной полярности.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии на регистре 5 по входу 31 записан код числа фаз n. На счетчике 3 хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3 на фиг. 2 не показан).
i
i
i
i
i
i
1-
0
i
i
i
i
Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 30 логического элемента И2, после чего импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И2 начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 6, на выходе которого появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-м (i=1…n) выходе дешифратора 6 подается на вход одноименного формирователя сигнала 7, выход которого подсоединен к управляющему электроду симистора 9, который работает в режиме ключа. К входам 8 симисторов 9 подключены соответствующие фазы источников напряжения е(i=1…n). Симистор 9 обеспечивает передачу входного напряжения i-й фазы в линию передачи к полюсам СС на интервале времени Δt. Этот интервал времени задается формирователем импульса 7. Одновременно сигнал с i-го (i=1…n) выхода дешифратора 6 поступает на вход элемента задержки 10, с выхода которого через формирователь импульса 11 сформированный сигнал поступает на управляющий электрод симистора 12.
i
i
i
Элемент задержки 10 обеспечивает задержку сигнала на время срабатывания элементов 7 и 9.
i
1
1вых
i
i
i
i
i
i
ij
ij
i
Сигнал фазы е(i=1…n) длительностью Δt поступает на вход линии передачи с полюсами C - "земля" на входе и С. - "земля" на выходе линии. С выхода линии этот сигнал поступает на вход управляемого ключа 12. Управляющий сигнал с дешифратора 6 через элементы 10 и 11 открывает на интервал времени Δt один из ключей 12. В зависимости от полярности импульса он передается далее посредством диодов 15 или 21 и далее посредством блоков 13 или 14(i=l…n, j=1…n-1) к нагрузке фазы 27 (i=1…n).
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
ij
i
i
i
i
ij
ij
Каждым блоком 13 и 14(i=1…n, j=1…n-1) реализуется повторение импульса напряжения и его задержка на интервал времени Δt. При помощи блоков 13 осуществляется повторение и задержка сигналов отрицательной полярности, при помощи блоков 14 осуществляется повторение и задержка сигналов положительной полярности. В каждой фазе нагрузки блоки 13, j=1…n-1 включаются между собой по каскадной схеме, так же как и блоки 14, j=1…n-1 включаются между собой по каскадной схеме. Схема с каскадным соединением блоков 13 и схема с каскадным соединением блоков 14 образуют две параллельные ветви, включенные между нагрузкой i-й фазы 27 и управляемым ключом 12, i=1…n. Перед первым блоком каждой ветви включены диоды 15 и 21. При помощи этих диодов осуществляется выбор ветви, по которой пойдет сигнал. Сигнал отрицательной полярности направляется по ветви с каскадным соединением блоков 13, сигнал положительной полярности направляется по ветви с каскадным соединением блоков 14.
i
i1
i2
in-1j
i
В случае положительного сигнала он поступает через диод 21 в блок 14, а далее через очередные блоки 14 - 14(i=1…n, j=1…n-1) в нагрузку 27(i=1…n).
i1
i1
i1
i1
i1
i1
i2
in-1
i
i2
i1
in-1
i
*
В первом блоке каскадной схемы 14 сигнал поступает на резисторы 23 и 24(i=1…n), включенные последовательно по схеме делителя напряжения. Сигнал, снимаемый с резистора 24, поступает на вход повторителя импульса 25. Сигнал на выходе повторителя импульсов по форме и амплитуде повторяет сигнал на входе блока 14. Этот сигнал поступает на вход элемента задержки (линии задержки), задерживается этим блоком на интервал времени Δt. Задержанный импульс напряжения через открытые диоды 22-22 поступает в нагрузку 27 и одновременно поступает на вход следующего блока 14 и так далее. Диод 22 не позволяет сигналу распространяться на вход блока и образовывать цепь обратной связи. С выхода последнего блока 14(i=1…n) задержанный на время T1=Δt(n-1) сигнал передается на i-ю фазу нагрузки 27(i=1…n).
i
i1
i2
in-1
i
i1
i1
i1
i1
i1
i1
i2
in-1
i
В случае отрицательного сигнала он поступает от управляемого симистора через диод 15 в блок 13. Далее на очередные 13-13(i=1…n, j=1…n-1) в нагрузку 27(i=1…n). В блоке 13 сигнал поступает на схему повторения импульса 19 с делителя напряжения на резисторах 17 и 18 (i=1…n). С повторителя импульсов 19 импульсный сигнал поступает на линию задержки 20. С выхода схемы задержки задержанный на время Δt импульс поступает в очередной блок 13(i=1…n) и так далее. С выхода последнего блока 13(i=1…n) импульсный сигнал передается на i-ю фазу нагрузки 27(i=1…n).
i
k
k
i
k
i
*
Группа одинаковых импульсных сигналов, по величине равная e(t), где t - момент времени, с которого начинается первый импульс, по числу равная n, поступает на i-ю фазу нагрузки в течение интервала времени T=Δtn. После окончания этого интервала времени на эту же фазу нагрузки поступает очередная группа одинаковых импульсов, соответствующих новому значению ЭДС фазы источника e(t+T). Напряжение на фазе нагрузки 27 принимает ступенчатую форму без "пустых" временных интервалов. Огибающая этой ступенчатой функции будет приближаться к синусоидальной форме.
1
При достижении счетчиком 3 числа n на выходе схемы сравнения 4 появляется единичный сигнал, который сбрасывает счетчик 3 в нулевое состояние. После этого цикл передачи импульсов сигналов фаз в линию передачи C - "земля" повторяется.
Использованные источники
1. Патент №2543500, кл. Н02М 5/27, 2015.