ИНТЕГРАТОР ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, преимущественно к устройствам, повышающих эффективность потребления электроэнергии, в частности, к устройствам компенсации реактивной мощности и компенсации пассивных составляющими напряжения и силы тока в индуктивных нагрузках
Наиболее распространенными устройствами компенсации являются батареи конденсаторов, подключаемые параллельно нагрузке и обеспечивающие требуемые нагрузкой пассивные составляющие мгновенной мощности на месте потребления, без загрузки сети соответствующей составляющей тока. (см. патент РФ на ПМ №36580 по кл. H02I 3/18 за 2003 г.)
Недостатки таких устройств связаны с требованиями регулирования величины емкости конденсаторной батареи в зависимости от мощности активного сопротивления..
Другой разновидностью компенсаторов являются устройства, выполняемые на основе мостовых схем инверторов напряжения на двухоперационных ключах с обратными диодами и накопительной емкостью в диагонали моста постоянного тока. Такое устройство было предложено в виде последовательного соединения с нагрузкой для формирования в ней синусоидального тока. Такое соединение имеет весьма ограниченную область применения, так как нарушает режим естественного для данной нагрузки способа потребления электроэнергии. Подключение же такого устройства параллельно нагрузке, а следовательно, и параллельно источнику питания делает его достаточно универсальным, так как он не нарушает режим естественного потребления тока нагрузки, а может разгрузить источник питания от реактивных токов, а также токов высших гармоник, что и требуется для повышения эффективности потребления электроэнергии, то есть повышения коэффициента мощности источника питания. (см. патент РФ №92578 по кл. H02I 3/18 за 2008 г.)
Недостатком существующей схемы компенсатора на основе инвертора напряжения является склонность его к постепенному снижению среднего значения напряжения накопительного конденсатора, что, в конечном счете, приводит к срыву процесса разряда-заряда его и нарушению условий генерирования тока компенсации i к(t) требуемых формы и величины. Это объясняется тем, что для обеспечения устойчивости процессов разряда-заряда конденсатора колебательный контур из дросселя и конденсатора с вносимыми в него активными сопротивлениями полупроводниковых приборов, дросселя и проводов должен иметь высокую добротность, что для силовых устройств, к которым относится рассматриваемый компенсатор, добиться довольно сложно.
Наиболее близким аналогом и прототипом предлагаемого интегратора является конденсаторное устройство с токоограничивающей функцией, содержащее такие электротехнические элементы, как активное (R), индуктивное (L) и емкостное (С) сопротивления, соединенные последовательно в RLC-цепи (см. евразийский патент №008525, МПК 8 H01G 4/40, дата публикации и выдачи патента 2007.06.29).
Недостатками известного конденсаторного устройства является то, что демпфируя ток зарядки, устройство в то же время не обеспечивает необходимую мощность при разрядке, а при наличии гармоник токов определенной повышенной частоты изменяет свое сопротивление из емкостного на индуктивное.
Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение заданной величины разрядной мощности при мгновенном провале синусоиды (появление не правильной формы синусоиды в сети, при резких изменениях нагрузки индуктивных электроприемников и сочетание функций сглаживания, интегрирования и демпфирования импульсов тока зарядки и разрядки емкостей при падении напряжения сети с нелинейными изменениями токов нагрузки электроприемников индуктивного характера, то есть гармониками тока нагрузки различной частоты, источниками которых является сами индуктивные электроприемники.
Указанный технический результат достигается тем, что в интеграторе токов и напряжений, содержащем корпус, внутри которого расположены электрические конденсаторы соединенные между собой в единый контур с дросселями и выходящие из него клеммы для соединения с подводящей сетью и потребителем, отличающийся тем, что клеммы соединение с подводящей сетью и потребителем непосредственно, сами клеммы соединены с контуром электрических конденсаторов в разных его местах, а контур дополнительно снабжен индуктивными катушками, один конец которых соединена с клеммами, а другой соединен со средней точкой между конденсаторами с противоположной клеммам стороны, контур интегратора выполнен в виде треугольник-звезда, между каждой клеммой интегратора и другим концом каждой электромагнитной катушки в контуре установлен не менее чем один конденсатор.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого компенсатора.
Как показано на фиг. 1 предлагаемый интегратор содержит три линии входящей сети 1 с клеммами 2, 3. 4., с которыми соединена линия потребителя 5. К этим же клеммам соединен контур 6 интегратора 7. В контуре 6 содержится несколько электрических конденсаторов 8, расположенные в контуре 6 по разным сторонам клемм. Одновременно в контур 6 дополнительно установлены электромагнитные катушки 9, один контакт 10 которых соединен с клеммами 2, 3. 4, а другой контакт 11 соединен в контуре 6 между конденсаторами 8 в средней точке 12 контура 6.
Работа предлагаемого интегратора осуществляется следующим образом. К клеммам входящей сети 1 подсоединяется интегратор 7 своими клеммами 2, 3, 4 и к ним же присоединяется линия потребителя 5 идущая от его системы управления (активное сопротивление) и устройство готово к работе. При включении электроэнергии электрический ток будет одновременно поступать через клеммы 2. 3 и 4 потребителю 5 и на контур 6 интегратора 7. Изменение тока и напряжения на клеммах 2.3.4 сети 1 приводят к зарядке или разрядке конденсаторов 8 и возникновения индукционного тока в катушках 9 работающие в данный момент как фильтр сглаживания. Образующийся ток в катушках 9 позволяет выравнивать напряжение и силу тока на всех клеммах интегратора фильтруя различные гармоники в сети.
В результате предложенных усовершенствований конденсаторы с интегрирующими функциями параметры достижения максимального зарядного и соответственно разрядного токов, индуктивность каждой последующей параллельной LC-цепи заменена на общий интегральный дроссель при генерации электроприемниками высших гармоник тока, интегральный дроссель их подавляет и не дает выходить в сеть.
Каждый блок может состоять по крайней мере из одной секции. В каждой секции параллельно собраны RC-цепи с различными параметрами. Индуктивность каждой секции имеют общий L, что исключает изменение характера общего сопротивления с емкостного на индуктивное при различных частотах всего спектра гармоник тока. Равное изменение индуктивности и емкости в каждой LC-цепи обеспечивает минимально достижимое сопротивление импульсу разрядного тока (демпфирование падения напряжения сети) без ухудшения функции демпфирования тока зарядки.
Использование предлагаемого интегратора позволит локально компенсировать все видов искажений электроэнергии, преобразовывать вредные паразитные токи напряжения, реактивную энергию в дополнительную активную мощность, за счет модульности конструкции позволяет быстро изменять параметры под необходимую нагрузку при изготовлении, монтаже, ремонте и профилактике высокая надежность устройства обеспечивает большие сроки службы всех элементов сети и самого устройства в различных условиях эксплуатации и для широкого применения в любых отраслях народного хозяйств.