ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИСТОЧНИКА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Индуктивно-емкостный преобразователь источника переменного напряжения в источник переменного тока относится к области электротехники и может быть использован в системах питания и распределения электрической энергии для стабилизации тока нагрузки.
Известен индуктивно-емкостный преобразователь, выполненный по Г-образной схеме Бушеро (Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. М., «Советское радио», 1972, стр.245, рис.4.7.а). Преобразователь состоит из настроенного в резонанс последовательного колебательного LC-контура, подключенного к источнику электроэнергии переменного тока, при этом нагрузка подключена параллельно конденсатору. Значение напряжения на конденсаторе пропорционально величине сопротивления нагрузки, а ток нагрузки (выходной ток индуктивно-емкостного преобразователя) остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах.
Индуктивно-емкостный преобразователь, выполненный по Г-образной схеме Бушеро, обеспечивает стабилизацию нагрузочного тока, однако параметры колебательного LC-контура в данном устройстве являются не регулируемыми, это не позволяет изменять значение стабилизируемого выходного тока в зависимости от индивидуальных требований подключаемых нагрузок. Также, существует нежелательная зависимость значения выходного тока от изменений частоты и действующего значения напряжения источника электроэнергии. Это приводит к сужению возможных пределов изменения сопротивления нагрузки и к ухудшению качества стабилизации тока. Кроме этого преобразователь не корректирует входной коэффициент мощности, низкие значения которого приводят к низкой энергоэффективности рассматриваемого индуктивно-емкостного преобразователя.
Известен индуктивно-емкостный преобразователь (см. патент РФ №77517 U1, М. кл. Н02М 5/06 (2006.01), опубл. 20.10.2008). Устройство содержит конденсатор и трансформатор. Вход индуктивно-емкостного преобразователя подключен к выходу источника электроэнергии, к которому подключен конденсатор, последовательно соединенный с первичной обмоткой трансформатора, при этом вторичная обмотка трансформатора подключена к выходу индуктивно-емкостного преобразователя, к которому подключена нагрузка.
Согласно принципу действия индуктивно-емкостный преобразователь работает следующим образом.
В колебательном LC-контуре, образованном емкостью конденсатора и индуктивностью первичной обмотки трансформатора и настроенном на частоту питающей сети, возникает резонанс напряжений. При этом напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора пропорциональны величине сопротивления нагрузки, а ток нагрузки остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах.
Данный индуктивно-емкостный преобразователь обеспечивает стабилизацию тока нагрузки, однако, также как и в предыдущем аналогичном устройстве, параметры колебательного LC-контура являются не регулируемыми. Отсутствие возможности регулирования параметров колебательного контура не позволяет изменять значение выходного тока в зависимости от индивидуальных требований подключаемых нагрузок. Кроме этого существует нежелательная зависимость значения выходного тока устройства от изменений частоты и действующего значения напряжения источника электроэнергии. Это приводит к сужению возможного диапазона изменения сопротивления нагрузки и к ухудшению качества стабилизации тока. Также, устройство не корректирует входной коэффициент мощности, низкие значения которого приводят к низкой энергоэффективности стабилизации. Следует отметить, что в режиме холостого хода нагрузки, при резонансе в последовательном колебательном контуре, образованном емкостью конденсатора и индуктивностью первичной обмотки трансформатора, значение напряжения на реактивных элементах блоков в добротность раз больше, значения напряжения источника электроэнергии. Высокие напряжения на конденсаторе, а также на первичной и вторичной обмотках трансформатора могут привести к выходу из строя, подключенной нагрузки, а также к повреждению элементов схемы, индуктивно-емкостного преобразователя.
Известен индуктивно-емкостный преобразователь (см. патент РФ №93597 U1, М. кл. Н02М 5/06 (2006.01), опубл. 27.04.2010). Устройство содержит первый и второй датчики напряжения, конденсаторный блок, первый и второй датчики тока, трансформаторный блок, решающее устройство, блок управления и контроля, при этом вход индуктивно-емкостного преобразователя подключен к выходу источника электроэнергии к которому подключен также первый вход первого датчика напряжения и первый вход конденсаторного блока, первый выход которого соединен со вторым входом первого датчика напряжения и со входом первого датчика тока, первый выход которого связан со входом второго датчика напряжения и с первым входом трансформаторного блока, второй вход/выход которого является первым выходом/входом решающего устройства, второй выход/вход которого является вторым входом/выходом конденсаторного блока, выходы первого и второго датчиков напряжения, а также второй выход первого датчика тока связаны соответственно с третьим, четвертым и пятым входами решающего устройства, шестой вход/выход которого соединен с выходом/входом блока управления и контроля, седьмой вход решающего устройства соединен с первым выходом второго датчика тока, вход которого связан с третьим выходом трансформаторного блока, а второй выход второго датчика тока с первым входом контактора, второй вход которого соединен с восьмым выходом решающего устройства, а выход контактора со выходом индуктивно-емкостного преобразователя к которому подключена нагрузка.
Индуктивно-емкостный преобразователь работает следующим образом.
В начальный момент времени решающее устройство выдает команды управления в конденсаторный блок для поочередного включения содержащихся в конденсаторном блоке конденсаторов. Контактор при этом разомкнут и ток в нагрузку не поступает. Команды управления, которые поступают в конденсаторный блок, изменяют емкость конденсаторного блока от минимальной емкости до максимальной емкости с определенным шагом. Происходит ступенчатое регулирование реактивного сопротивления конденсаторного блока во всем диапазоне его изменения. Изменяя реактивное сопротивление конденсаторного блока, решающее устройство одновременно с этим направляет сигналы управления в трансформаторный блок для регулирования индуктивности трансформатора, содержащегося в трансформаторном блоке. При этом реактивное сопротивление трансформаторного блока изменяется, и настраивается в резонанс с реактивным сопротивлением конденсаторного блока. В это время в решающем устройстве, по сигналам, поступающим с первого и второго датчиков напряжения, а также с первого датчика тока, происходит вычисление текущих значений реактивных сопротивлений конденсаторного и трансформаторного блоков, и сравнение этих значений на каждой ступени регулирования реактивного сопротивления конденсаторного блока. После достижения равенства текущих значений реактивных сопротивлений конденсаторного и трансформаторного блоков решающее устройство записывает в память сигналы управления трансформаторным блоком и соотносит их с соответствующими командами управления, поступающими в конденсаторный блок. Таким образом, происходит первоначальная настройка индуктивно-емкостного преобразователя для дальнейшей работы. После этого блок управления и контроля задает значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя и решающее устройство подает сигнал на замыкание контактора для подключения нагрузки. Регулирование выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя в процессе работы происходит следующим образом. Блок управления и контроля задает значение выходного тока. Сигнал с заданным значением поступает в решающее устройство, которое вычисляет необходимое значение реактивного сопротивления конденсаторного блока и формирует команды управления конденсаторным блоком для подключения необходимого количества конденсаторов. Одновременно с этим решающее устройство соотносит команды управления конденсаторным блоком с записанными ранее в память соответствующими сигналами управления трансформаторным блоком. Сигналы управления трансформаторным блоком извлекаются из памяти решающего устройства и подаются в трансформаторный блок для установки необходимого реактивного сопротивления блока и настройки в резонанс с реактивным сопротивлением конденсаторного блока. Для контроля и обратной связи по току, в процессе работы решающее устройство на основании сигнала, поступающего со второго датчика тока, всегда сравнивает значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя, с заданным в блоке управления и контроля значением выходного тока. Если значение выходного тока отличается от заданного в блоке управления и контроля, решающее устройство направляет сигналы в конденсаторный блок и соответственно в трансформаторный блок для коррекции реактивных сопротивлений с одновременной настройкой блоков в резонанс. Коррекция реактивных сопротивлений производится до тех пор, пока не выполнится равенство текущего и заданного значений выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя. Напряжение на входе и выходе трансформаторного блока пропорционально величине сопротивления нагрузки, а ток нагрузки (выходной ток индуктивно-емкостного преобразователя) остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. В режиме холостого хода нагрузки значительно возрастает напряжение на конденсаторном и трансформаторном блоках. Это может привести к выходу из строя индуктивно-емкостного преобразователя и к повреждению подключенной нагрузки. В случае превышения допустимого уровня напряжения на конденсаторном или трансформаторном блоках, решающее устройство, получив соответствующую информацию с первого или второго датчиков напряжения, выдает команду управления в конденсаторный блок для отключения конденсаторов, после чего подается сигнал для размыкания контактора. Происходит отключение нагрузки, и индуктивно-емкостный преобразователь переходит в первоначальное состояние.
В отличие от предыдущих аналогов данный индуктивно-емкостный преобразователь позволяет регулировать выходной ток в зависимости от индивидуальных требований подключаемых нагрузок. При этом действующее значение выходного тока в меньшей степени зависит от отклонений частоты и действующего значения напряжения источника электроэнергии за счет реализации алгоритма управления резонансным колебательным контуром и введения обратной связи по току. Кроме этого в режимах холостого хода нагрузки производится ограничение резонансных токов колебательного контура, что позволяет повысить надежность.
Однако, рассматриваемый индуктивно-емкостный преобразователь имеет ряд существенных недостатков.
Для обеспечения процесса стабилизации тока необходима первоначальная подготовка элементов схемы преобразователя для дальнейшей работы, связанная с предварительным регулированием параметров колебательного контура. При этом происходит переключение конденсаторов, содержащихся в конденсаторном блоке и регулирование индуктивности трансформаторного блока, в результате чего сопротивления конденсаторного и трансформаторного блоков настраиваются в резонанс. Время данной операции во много раз превышает период колебаний первой гармоники напряжения источника электроэнергии, при этом снижается производительность и сужается диапазон функциональных возможностей индуктивно-емкостного преобразователя. Зависимость значения выходного тока от частоты напряжения источника электроэнергии практически исключается только при небольших отклонениях частоты, так как в устройстве нет средств измерения частоты напряжения источника электроэнергии. Дальнейшее увеличение отклонений частоты, снова приводит к возникновению частотной зависимости, в результате чего снижается точность регулирования выходного тока и сужается диапазон функциональных возможностей преобразователя. Кроме этого регулирование значения выходного тока осуществляется путем дискретного переключения конденсаторов, при этом также снижается точность регулирования и стабилизации выходного тока. Следует отметить, что рассматриваемый индуктивно-емкостный преобразователь не корректирует входной коэффициент мощности, низкие значения которого приводят к низкой энергоэффективности стабилизации и сужению диапазона регулирования выходного тока.
Данный индуктивно-емкостный преобразователь выбран в качестве прототипа.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности и энергоэффективности стабилизации тока, расширение диапазона регулирования выходного тока, а также повышение производительности и расширение диапазона функциональных возможностей индуктивно-емкостного преобразователя.
Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом индуктивно-емкостном преобразователе источника переменного напряжения в источник переменного тока, содержащем первый и второй датчики тока (ДТ), первый и второй датчики напряжения (ДН), решающее устройство (РУ), блок контроля и управления (КУ), контактор, отличающемся тем, что введены первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки преобразования Фурье (ПФ), частотный детектор (ЧД), первый и второй управляемые последовательные колебательные контуры (УПКК), каждый из которых состоит из последовательно соединенных нерегулируемой емкости и регулируемой индуктивности, реакторный блок (РБ), содержащий регулируемую индуктивность, блок нелинейной электрической проводимости (НЭП), третий ДН, третий ДТ, при этом вход индуктивно-емкостного преобразователя подключен к выходу источника электроэнергии, к которому подключен также вход первого ДТ, первый выход которого соединен с первым входом первого блока ПФ, выход которого связан с первым входом РУ, первый выход которого соединен со вторым входом первого блока ПФ, а выходная/входная шина РУ соединена с входной/выходной шиной блока КУ, второй выход первого ДТ соединен со входом первого ДН, выход которого связан со входом ЧД, выход которого подключен ко второму входу РУ, третий вход которого связан с выходом второго блока ПФ, первый вход которого соединен с выходом второго ДН, а второй вход второго блока ПФ связан со вторым выходом РУ, третий выход которого подключен к первому входу первого УПКК, второй вход которого подключен ко второму выходу первого ДТ, к первому входу РБ и к первому входу второго ДН, выход которого связан с первым входом третьего блока ПФ, второй вход которого подключен к четвертому выходу РУ, а выход третьего блока ПФ соединен с четвертым входом РУ, пятый выход которого связан со вторым входом РБ, выход которого подключен ко второму входу второго ДН и ко входу третьего ДТ, первый выход которого соединен с первым входом четвертого блока ПФ, второй вход которого подключен к шестому выходу РУ, а выход четвертого блока ПФ связан с пятым входом РУ, седьмой выход которого подключен к первому входу второго УПКК, второй вход которого соединен со вторым выходом второго ДТ, со входом блока НЭП и со входом второго ДН, выход которого подключен к первому входу пятого блока ПФ, второй вход которого связан с восьмым выходом РУ, а выход пятого блока ПФ соединен с шестым входом РУ, выход второго ДТ связан также со входом третьего ДТ, первый выход которого подключен к первому входу шестого блока ПФ, второй вход которого связан с девятым выходом РУ, а выход шестого блока ПФ подключен к седьмому входу РУ, десятый выход которого соединен с первым входом контактора, второй вход которого связан со вторым выходом второго ДТ, а выход контактора соединен с выходом индуктивно-емкостного преобразователя, к которому подключена нагрузка.
При этом первый и второй УПКК, каждый может содержать нерегулируемую емкость, состоящую из конденсатора и регулируемую индуктивность, выполненную в виде управляемого подмагничиванием реактора и управляемого выпрямителя, при этом управляемый подмагничиванием реактор содержит сетевую обмотку, последовательно соединенную с конденсатором и обмотку управления, вход которой подключен к выходу управляемого выпрямителя, первый вход которого соединен со вторым входом УПКК, а второй вход управляемого выпрямителя связан с первым входом УПКК.
РБ может быть выполнен в виде управляемого подмагничиванием реактора и управляемого выпрямителя, при этом управляемый подмагничиванием реактор содержит сетевую обмотку, последовательно включаемую в фазу и обмотку управления, вход которой подключен к выходу управляемого выпрямителя, первый вход которого связан с первым входом РБ, а второй вход управляемого выпрямителя соединен со вторым входом РБ.
Блок НЭП может быть выполнен в виде варистора, который имеет нелинейную симметричную вольт-амперную характеристику (ВАХ).
Структурная схема индуктивно-емкостного преобразователя источника переменного напряжения в источник переменного тока приведена на фигуре.
Согласно фигуре выход источника 1 электроэнергии соединен со входом индуктивно-емкостного преобразователя источника переменного напряжения в источник переменного тока 2 к которому подключен также вход первого ДТ 3, первый выход которого соединен с первым входом первого блока 4 ПФ, выход которого связан с первым входом РУ 5, первый выход которого соединен со вторым входом первого блока 4 ПФ, а выходная/входная шина РУ 5 соединена с входной/выходной шиной блока 6 КУ, второй выход первого ДТ 3 соединен со входом первого ДН 7, выход которого связан со входом ЧД 8, выход которого подключен ко второму входу РУ 5, третий вход которого связан с выходом второго блока 9 ПФ, первый вход которого соединен с выходом второго ДН 7, а второй вход второго блока 9 ПФ связан со вторым выходом РУ 5, третий выход которого подключен к первому входу первого УПКК 10, второй вход которого подключен ко второму выходу первого ДТ 3, к первому входу РБ 11 и к первому входу второго ДН 12, выход которого связан с первым входом третьего блока 13 ПФ, второй вход которого подключен к четвертому выходу РУ 5, а выход третьего блока 13 ПФ соединен с четвертым входом РУ 5, пятый выход которого связан со вторым входом РБ 11, выход которого подключен ко второму входу второго ДН 12 и ко входу третьего ДТ 14, первый выход которого соединен с первым входом четвертого блока 15 ПФ, второй вход которого подключен к шестому выходу РУ 5, а выход четвертого блока 15 ПФ связан с пятым входом РУ 5, седьмой выход которого подключен к первому входу второго УПКК 16, второй вход которого соединен со вторым выходом второго ДТ 14, со входом блока 17 НЭП и со входом второго ДН 18, выход которого подключен к первому входу пятого блока 19 ПФ, второй вход которого связан с восьмым выходом РУ 5, а выход пятого блока 19 ПФ соединен с шестым входом РУ 5, выход второго ДТ 14 связан также со входом третьего ДТ 20, первый выход которого подключен к первому входу шестого блока 21 ПФ, второй вход которого связан с девятым выходом РУ 5, а выход шестого блока 21 ПФ подключен к седьмому входу РУ 5, десятый выход которого соединен с первым входом контактора 22, второй вход которого связан со вторым выходом второго ДТ 20, а выход контактора 22 соединен с выходом индуктивно-емкостного преобразователя 2, к которому подключена нагрузка 23.
Индуктивно-емкостный преобразователь источника переменного напряжения в источник переменного тока 2 работает следующим образом.
В начальный момент времени напряжение с выхода источника 1 электроэнергии подается на вход индуктивно-емкостного преобразователя 2. Контактор 22 при этом разомкнут и ток в нагрузку не поступает. Первый ДН 7 выделяет сигнал, характеризующий мгновенное значение входного напряжения и направляет его в ЧД 8, в котором вычисляется текущее значение круговой частоты первой гармоники входного напряжения. Значение круговой частоты поступает в РУ 5. Получив соответствующую информацию, РУ 5 синтезирует сигналы управления, поступающие в первый 4, второй 9, третий 13 четвертый 15, пятый 19 и шестой 21 блоки ПФ, для настройки и согласования эталонных характеристик указанных блоков преобразователя 2 по частоте. Такая настройка и согласование эталонных характеристик блоков по частоте, которые происходят всегда в процессе работы, обеспечивают, в отличие от прототипа, стабилизацию выходного тока при изменении частоты напряжения источника 1 электроэнергии в более широких пределах. Это повышает точность регулирования и стабилизации выходного тока и расширяет диапазон функциональных возможностей индуктивно-емкостного преобразователя 2. При этом эталонные частотные характеристики первого блока 4 ПФ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии, для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров сигнала, поступающего с первого ДТ 3. Эталонные частотные характеристики второго блока 9 ПФ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии, для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров сигнала, поступающего с первого ДН 7. Эталонные частотные характеристики третьего блока 13 ПФ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии, для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров сигнала, поступающего со второго ДН 12. Эталонные частотные характеристики четвертого блока 4 ПФ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии, для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров сигнала, поступающего со второго ДТ 14. Эталонные частотные характеристики пятого блока 19 ПФ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии, для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров сигнала, поступающего с третьего ДН 18. Эталонные частотные характеристики шестого блока 21 ПФ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии, для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров сигнала, поступающего с третьего ДТ 20.
После настройки и согласования блоков 4, 9, 13, 15, 19 и 21, блок 6 КУ задает эталонное значение амплитуды первой гармоники выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя 2 и направляет сигнал со значением амплитуды в РУ 5. РУ 5 выдает команду управления на замыкание контактора 22 для плавного подключения нагрузки 23 и начинает производить регулировку реактивных сопротивлений РБ 11 и второго УПКК 16 для стабилизации выходного тока, а также регулировку реактивного сопротивления первого УПКК 10 для коррекции входного коэффициента мощности.
Регулировка реактивных сопротивлений РБ 11 и второго УПКК 16 осуществляется следующим образом.
Используя заданное в блоке 6 КУ эталонное значение первой гармоники выходного тока преобразователя 2, значения частоты и амплитуды первой гармоники входного напряжения, вычисляемых соответственно в ЧД 8 и во втором блоке 9 ПФ, РУ 5 определяет необходимые значения реактивных сопротивлений РБ 11 и второго УПКК 16, которые настраиваются в резонанс. При этом сопротивление РБ 11 имеет индуктивный характер и обеспечивается равным реактивному сопротивлению эквивалентной емкости второго УПКК 16. Эквивалентная емкость второго УПКК 16 образуется в результате последовательного соединения регулируемой индуктивности и нерегулируемой емкости, содержащейся во втором УПКК 16. Контролируя текущие реактивные сопротивления РБ 11 и второго УПКК, на основании выходных сигналов третьего 13, четвертого 15, пятого 19 и шестого 21 блоков ПФ, а также на основании выходного сигнала ЧД 8, РУ 5 выдает сигналы управления в РБ 11 и во второй УПКК 16 для установки необходимых значений реактивных сопротивлений и настройки РБ 11 и УПКК 16 в резонанс. Длительность определения реактивных сопротивлений РБ 11 и второго УПКК 16 равна периоду колебаний первой гармоники напряжения источника 1 электроэнергии, а использование текущего контроля в процессе регулирования реактивных сопротивлений, не требует, в отличие от прототипа, первоначальной настройки индуктивно-емкостного преобразователя 2, что обеспечивает повышение производительности, и экономит время. Регулирование реактивных сопротивлений РБ 11 и второго УПКК 16 происходит за счет изменения значений индуктивностей управляемых реакторов, содержащихся в РБ 11 и втором УПКК 16. Индуктивности управляемых реакторов в данном случае регулируются за счет изменения подмагничивания реакторов, при помощи выпрямителей, регулирующих токи подмагничивания, протекающие по обмоткам управления реакторов. Это дает возможность реализовать плавное регулирование реактивных сопротивления РБ 11 и второго УПКК 16, что в свою очередь обеспечивает повышение точности регулирования и стабилизации выходного тока. Таким образом, индуктивность РБ 11 и эквивалентная емкость второго УПКК 16, которая образуется в результате последовательного соединения регулируемой индуктивности и нерегулируемой емкости, содержащейся во втором УПКК 16, образуют резонансный колебательный контур на частоте первой гармоники напряжения источника 1 электроэнергии, измеряемой в ЧД 8. При этом напряжение на выходе индуктивно-емкостного преобразователя 2 пропорционально величине сопротивления нагрузки 23, а значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя 2 равно заданному в блоке 6 КУ эталонному значению, и остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах. Кроме этого, значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя 2 остается неизменным при изменении частоты напряжения источника 1 электроэнергии, в более широких пределах, так как в преобразователе 2 содержится ЧД 8, который определяет круговую частоту первой гармоники напряжения источника 1 электроэнергии, а РУ 5 учитывает значение частоты при регулировании и стабилизации выходного тока. Это обеспечивает повышение точности регулирования и стабилизации выходного тока при изменениях частоты напряжения источника 1 электроэнергии, и расширяет диапазон функциональных возможностей индуктивно-емкостного преобразователя 2. Для контроля и обратной связи по току РУ 5, используя выходной сигнал шестого блока 21 ПФ, сравнивает значение выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя 2 с заданным в блоке 6 КУ эталонным значением выходного тока. При условиях неравенства значения выходного тока преобразователя 2 и эталонного значения выходного тока, формируется сигнал рассогласования, который используется для формирования сигнала управления РБ 11 и вторым УПКК 16 с целью коррекции реактивных сопротивлений и одновременной настройкой РБ 11 и УПКК 16 в резонанс. Коррекция реактивных сопротивлений РБ 11 и УПКК 16 в этом случае производится до тех пор, пока не выполнится условие равенства значения выходного тока индуктивно-емкостного преобразователя 2 и эталонного значения выходного тока, заданного в блоке 6 УК.
Для коррекции входного коэффициента мощности производится регулировка реактивного сопротивления первого УПКК 10, который осуществляет компенсацию реактивной мощности следующим образом.
Используя текущие значения амплитуды и начальной фазы первой гармоники тока, протекающего через второй ДТ 14, вычисляемые при помощи четвертого блока 15 ПФ, а также значения амплитуды, начальной фазы и круговой частоты первой гармоники входного напряжения, вычисляемые соответственно при помощи второго блока 9 ПФ и ЧД 8, РУ 5 определяет необходимое для компенсации реактивной мощности значение реактивного сопротивления эквивалентной емкости первого УПКК 10. Эквивалентная емкость первого УПКК 10 образуется в результате последовательного соединения регулируемой индуктивности и нерегулируемой емкости, содержащейся в первом УПКК 10. Определив значение реактивного сопротивления эквивалентной емкости первого 10 УПКК, РУ 5 и выдает сигнал управления в первый УПКК 10 для установки необходимого значения реактивного сопротивления. Регулирование реактивного сопротивления первого УПКК 10 происходит за счет изменения значения индуктивности управляемого реактора, содержащегося в первом УПКК 10. Индуктивность управляемого реактора в данном случае регулируется за счет изменения подмагничивания реактора, при помощи выпрямителя, регулирующего ток подмагничивания, протекающего по обмотке управления реактора.
Таким образом, регулирование реактивного сопротивления первого УПКК 10 обеспечивает коррекцию входного коэффициента мощности путем компенсации реактивной мощности во всем диапазоне ее изменения. При этом за счет снижения потребления преобразователем 2 полной мощности от источника 1 электроэнергии, удается повысить энергоэффективность стабилизации и расширить диапазон регулирования выходного тока.
В режиме холостого хода нагрузки, вследствие резонансных явлений, происходящих в преобразователе 2, значительно возрастают напряжения на РБ 11 и втором УПКК 16. Это может привести к повреждению элементов преобразователя 2 и к выходу из строя подключенной нагрузки 23. В связи с этим, для ограничения роста напряжений, введен блок 17 НЭП, обеспечивающий шунтирование нагрузки 23 при превышении определенного уровня напряжения на втором УПКК 16. Уровень напряжения, при котором происходит шунтирование нагрузки, определяется ВАХ блока 17 НЭП и задается при проектировании индуктивно-емкостного преобразователя 2. В том случае если режим холостого хода длится более одного периода колебаний напряжения основной частоты источника 1 электроэнергии, РУ 5 на основании сигнала, поступающего с шестого блока 21 ПФ (амплитуда выходного тока равна нулю), выдает команду на размыкание контактора, после чего индуктивно-емкостный преобразователь возвращается в первоначальное состояние.
Кроме этого преобразователь 2 при помощи блока 6 КУ позволяет осуществлять визуальный контроль сигналов в процессе работы. Сигналы для визуального контроля амплитудных и фазовых спектров напряжений и токов, частоты входного напряжения, уровней потребления активной, реактивной и полной мощностей, значения коэффициента мощности и т.д., формируются в РУ 5, после чего поступают в блок 6 КУ, где отображаются в удобной для зрительного восприятия форме.
Как видим, предлагаемый индуктивно-емкостный преобразователь 2, по сравнению с прототипом, имеет повышенные точность и энергоэффективность стабилизации тока, кроме этого преобразователь имеет расширенный диапазон регулирования выходного тока, а также более высокую производительность и более широкий диапазон функциональных возможностей.
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет получить необходимый технический результат.
Рассмотрим пример выполнения блоков индуктивно-емкостного преобразователя 2 источника переменного напряжения в источник переменного тока.
В качестве датчиков 3, 14, 20 тока и датчиков 7, 12, 18 напряжения могут быть использованы датчики тока серий CSDA, CSDB, CSDD с цифровым выходом и датчики напряжения серии LV с цифровым выходом фирмы «Honeywell».
РУ 5, ЧД 8, блоки 4, 9, 13, 15, 19, 21 ПФ могут быть выполнены на ПЛИС (FPGA) EP2C20…50 фирмы «Альтера».
Блок 6 КУ может быть выполнен на базе мобильного промышленного компьютера, например Bit-RPC-1522D-MIL фирмы «Фарпоинт».
Контактор 22 может быть выполнен в виде управляемого контактора или коммутирующего устройства серий КМИ или КТИ фирмы «Iek». Кроме этого контактор 22 может быть выполнен на базе софт-стартера серии ДМС компании «Веспер».
Первый 10 и второй 16 УПКК, каждый может содержать нерегулируемую емкость, состоящую из конденсаторов на основе полипропиленовых пленок со свойствами самовосстановления после пробоя, серий Е5х или Е6x фирмы «Electronicon Kondensatoren» и регулируемую индуктивность, выполненную в виде реакторного блока, состоящего из управляемого подмагничиванием реактора типа РУОМ, РТУ или РУОДЦ ОАО «Запорожтрансформатор» и управляемого выпрямителя с цифровым управлением серии Gamatronic 1U DC + компании «MAS Elektronik AG».
РБ 11 может содержать управляемый подмагничиванием реактор типа РУОМ, РТУ или РУОДЦ ОАО «Запорожтрансформатор» и управляемый выпрямитель с цифровым управлением серии Gamatronic 1U DC + компании «MAS Elektronik AG».
Блок 17 НЭП, в может быть выполнен, на базе металлооксидных блочных варисторов серий SIOV или PowerDisk фирмы «EPCOS».