Устройство компенсации провалов напряжения

Настоящая полезная модель относится к области электротехники и может быть реализована в виде устройства, устанавливаемого на питающем вводе оборудования для компенсации провалов питающего напряжения.
Известен трансформаторно-тиристорный компенсатор отклонений напряжения и реактивной мощности (Патент на ИЗ РФ №/2158953 от 10.11.2000 H02J 3/00).
Компенсатор содержит датчик реактивной мощности сети и датчик отклонения напряжения нагрузки, первый и второй трехфазные инверторы напряжения с индивидуальными для них системами управления, первый и второй трехфазные вольтодобавочные трансформаторы, первичные обмотки которых соединены последовательно и включены в цепь нагрузки, а их вторичные обмотки соответственно подключены к выходам первого и второго трехфазных инверторов напряжения, при этом входы первого и второго трехфазного инверторов напряжения объединены и через трехфазный рекуперативный выпрямитель подключены к нагрузке, в состав трехфазного рекуперативного выпрямителя входит вентильный блок с системой управления, трехфазный автомат и выходной индуктивно-емкостный фильтр, а управляющий вход системы управления первым трехфазным инвертором напряжения подключен к выходу датчика реактивной мощности сети.
Недостатком устройства является невозможность поддержания напряжения в нагрузке при пропадании напряжения в сети, ограниченный диапазон компенсации реактивной мощности, низкое быстродействие, высокие гармонические искажения, вследствие работы тиристоров, наличие более двух электронных силовых блоков соизмеримой мощности, наличие двух вольтодобавочных трансформаторов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является динамический компенсатор напряжений по патенту на изобретение РФ №2656372 от 05.06.2018 г., H02J 3/00.
Вольтодобавочный трансформатор динамического компенсатора напряжений выполнен с возможностью работы по меньшей мере в двух рабочих режимах. В одном из которых по меньшей мере одна обмотка высокого напряжения подключена к управляемому инвертору, а другая обмотка или группа обмоток включена последовательно в сеть между источником тока и потребителем. При этом во втором из возможных режимов работы низковольтные обмотки вольтодобавочного трансформатора, перекоммутируемые посредством, по меньшей мере одного управляемого коммутационного устройства, соединены в электрическую схему с возможностью обеспечения работы вольтодобавочного трансформатора без подключения к питающей сети, при этом инвертор соединен со звеном накопления и передачи энергии с возможностью питания вольтодобавочного трансформатора.
К недостаткам данного технического решения следует отнести завышение мощности вольтодобавочного трансформатора, так как в режиме полного пропадания питающей сети, вся мощность от накопителя энергии будет передаваться через вольтодобавочный трансформатор, а также, отсутствие цепи питания накопительного блока при глубоких провалах напряжения (до 20% номинального напряжения)
Технической проблемой является создание устройства компенсации провалов напряжения, которое обеспечивает возможность работы, как минимум в трех режимах, а именно компенсация неглубоких провалов напряжения, компенсацию провалов напряжения средней глубины и компенсация глубоких провалов напряжения.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение работы устройства в дополнительном режиме компенсации средних провалов напряжения с одновременным подзарядом накопителя энергии.
Техническая проблема решается и технический результат достигается тем, что устройство компенсации провалов напряжения включает вольтодобавочный трансформатор, одна из обмоток высокого напряжения которого подключена к управляемому выходному инвертору, а другая обмотка низкого напряжения подключена в сеть между питающей сетью и потребителем. К питающей сети подключена обмотка низкого напряжения вольтодобавочного трансформатора через статический ключ ТК5.
Устройство компенсации включает трансформатор, обмотка высокого напряжения которого подключена к входному управляемому инвертору, а обмотка низкого напряжения через статический ключ ТК3 подключена к питающей сети. Входной управляемый инвертор через статический ключ ТК4 также подключен к питающей сети.
Между управляемым входным и выходным инверторами, в звено постоянного тока подключен накопитель энергии, обеспечивающий компенсацию провалов напряжения питающей сети. Выходной инвертор подключен через статический ключ ТК2, а также через цепь компенсации ТК1 - вольтодобавочный трансформатор к потребителю.
Устройство связано с системой управления, с возможностью на воздействия на управляемые статические ключи. На основании информации о значениях напряжения в точках подключения устройства компенсации провалов напряжения к питающей сети и к потребителю, посредством воздействия на управляемые статические ключи, осуществляет переключения между режимами.
На фиг. представлена структурная схема устройства компенсации провалов напряжения, где
вольтодобавочный трансформатор ВДТ - 1;
трансформатор Т - 2;
накопитель энергии - 3;
выходной управляемый инвертор - 4;
входной управляемый инвертор - 5;
статические ключи - ТК 1, 2, 3, 4, 5;
выключатели QF1, QF2, QF3 - 6, 7, 8
система управления - 9.
Статические ключи выполнены с возможностью приема команд управления от системы управления для обеспечения переключений между режимами работы устройства компенсации провалов напряжения.
Устройство компенсации провалов напряжения содержит статические ключи - ТК 1, 2, 3, 4, 5, которые предназначены для переключений между режимами работы.
ТК1 подключен в цепи между выходным управляемым инвертором (4) и обмоткой высокого напряжения ВДТ (1);
ТК2 подключен в цепи между выходным управляемым инвертором (4) и потребителем;
ТК3 подключен между питающей сетью и обмоткой низкого напряжения трансформатора Т (2);
ТК4 подключен между питающей сетью и входным управляемым инвертором (5);
ТК5 подключен между питающей сетью и обмоткой низкого напряжения ВДТ(1);
трансформатор Т (2) - обмотка высокого напряжения подключена к входному управляемому инвертору (5), обмотка низкого напряжения подключена к питающей сети через статический ключ ТК3; ВДТ (1), одна обмотка подключена через статический ключ ТК5 между питающей сетью и потребителем, а другая обмотка подключена к выходному управляемому инвертору (4) через статический ключ ТК1.
Устройство компенсации провалов напряжения работает следующим образом.
В нормальном режиме или режиме ожидания включен ТК5, ТК 1, 2, 3, 4 - отключены.
При неглубоких провалах напряжения при включенном ТК5, происходит включение ТК1 и ТК4, посредством чего, через цепь входной инвертор (5) - выходной инвертор (4) - ТК1 - ВДТ (1) в сеть к потребителю происходит добавка напряжения для поддержания напряжения на номинальном уровне, а через ТК4 происходит питание этой цепи.
При средних по глубине провалах напряжения происходит отключение ТК5 и включение ТК3 и ТК2, посредством чего, через цепь выходной инвертор (4) - ТК2 осуществляет питание потребителя на номинальном напряжении, а через ТК3 и трансформатор Т (2) происходит заряд накопителя энергии (3); При глубоких провалах напряжения происходит отключение ТК5 и включение ТК2, посредством чего, через цепь накопитель энергии (3) -выходной инвертор (4) - ТК2 осуществляется питание потребителя на номинальном напряжении.
Таким образом, разработанное устройство компенсации провалов напряжения имеет возможность работы, как минимум в трех режимах:
компенсация неглубоких провалов напряжения через цепь статический ключ ТК1 - ВДТ (1);
компенсация провалов напряжения средней глубины через цепь статического ключа ТК2 с одновременным зарядом накопителя энергии (3) по цепи с ТК3;
компенсация глубоких провалов напряжения через цепь статического ключа ТК2 без подключения цепи заряда накопителя энергии (3).