EA007309B1 - Система стабилизации напряжения линий электроснабжения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системе стабилизации напряжения для линий электроснабжения, содержащей катушку переменной индуктивности, автотрансформатор и систему регулирования катушки переменной индуктивности для автоматической компенсации колебаний напряжения в линиях электроснабжения. Система может содержать систему управления, включающую процессорный блок, задающий блок, блок обратной связи и цепь выпрямителя.

Description

Настоящее изобретение относится, в основном, к стабилизации напряжения. Более конкретно, изобретение относится к способам и системам, в которых используется переменная индуктивность для компенсации колебаний напряжения, возникающих в линиях электроснабжения.

Предшествующий уровень техники

Линии недостаточных размеров для передачи электроэнергии, называемые также «слабыми линиями», имеют слишком малое поперечное сечение проводников относительно требований по нагрузке и достаточно высокое сопротивление. В результате наблюдается излишнее падение напряжения от потерь, вызываемых проводниками слишком малого сечения. Излишнее падение напряжения приводит к неадекватным уровням напряжения для потребителей электроэнергии, подсоединенных к линиям.

Трансформатор представляет собой статичный блок, который подает стабилизированное напряжение, определяемое числом витков на первичной и вторичной обмотках, то есть коэффициентом трансформации. Фиксированный коэффициент трансформации может приводить к тому, что напряжение будет слишком низким (то есть пониженное напряжение) для высокой нагрузки и слишком высоким (то есть повышенное напряжение) для низкой нагрузки. Поскольку нагрузка в любой момент времени зависит от в высшей степени переменных потребностей потребителей электроэнергии, трансформаторы с фиксированным коэффициентом трансформации часто не пригодны для обслуживания динамической нагрузки.

Низкий уровень напряжения может быть компенсирован путем ступенчатого повышения напряжения на трансформаторе, который питает линию. В одном из подходов в известных решениях уровень напряжения регулируется посредством регулятора нагрузки на трансформаторе, который соединен с отдельной фазой в том месте, где напряжение достигает недопустимо низкого уровня.

В настоящее время проблема слабых линий часто решается путем замены существующих линий на новые линии, имеющие большее поперечное сечение и, соответственно, меньшие потери на сопротивление. Используются несколько способов модернизации линий. Если на существующем столбе электропередачи есть место, новая линия может быть смонтирована на другой стороне столба параллельно слабой линии. После монтажа новой линии старую отсоединяют и выводят из эксплуатации. Такой подход позволяет модернизировать систему передачи электроэнергии без заметных перерывов в эксплуатации. Другой способ заключается в установке арматуры для крепления новых линий к существующим столбам, отсоединении слабых линий и быстром монтаже новых линий. Этот подход вызывает более длительный перерыв в эксплуатации по сравнению с первым. Третий способ, который используется, в основном, при невозможности использования старой линии, заключается в прокладке новой сети. Такое сооружение связано с установкой новых столбов и монтажом новых проводов. При этом существенное значение имеет то, что перед началом строительства новая линия электроснабжения должна быть согласована с местными властями и владельцами собственности.

Другой известный подход к регулированию напряжения заключается в использовании механически регулируемого автотрансформатора (то есть трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации) совместно с трансформатором. Однако, как правило, механически регулируемые автотрансформаторы уже не используются, так как их механические компоненты требуют частого технического обслуживания.

Следующий способ, используемый в настоящее время, состоит в переносе линий электроснабжения ближе к пользователям и подсоединении нового трансформатора к перенесенной линии, где он будет ближе к пользователю. Этот подход также нежелателен из-за большого объема работ, требуемых для переноса линий электроснабжения, и высокой стоимости, связанной с таким проектом.

В патенте США № 3409822, \Уап1а55. описан регулятор напряжения, который содержит устройство с обмоткой переменного тока или обмоткой нагрузки и обмоткой постоянного тока или обмоткой управления, намотанными на ферромагнитный сердечник. В части сердечника компонент магнитного потока, генерируемый постоянным током, и компонент магнитного потока, генерируемый переменным током, проходят по одному и тому же пути, но всегда в противоположных направлениях. В результате в этих частях компоненты магнитных потоков вычитаются, и сердечник имеет магнитную проницаемость, которая в определенных пределах соответствует суммарному магнитному потоку. В других частях, но не во всем сердечнике, магнитные потоки перпендикулярны друг другу. В качестве примера в данном патентном документе показан регулятор, базирующийся на регулировании магнитного потока в стержнях сердечника путем сложения или вычитания магнитных потоков, проходящих по одному и тому же пути (совпадающие магнитные потоки с противоположными знаками). Однако энергетическая способность устройства ограничена, поскольку описанный в данном документе регулятор предназначен для работы в ненасыщенной области сердечника, и диапазон проницаемости ограничивается линейной частью сердечника.

- 1 007309

Сущность изобретения

Изобретение направлено на решение проблем, обусловленных слабыми линиями электроснабжения, которые не решаются с помощью известных средств. В отличие от известных способов, регулирование магнитной проницаемости осуществляется путем использования перпендикулярных магнитных полей, а не параллельных полей с их сложением или вычитанием.

В одном аспекте предметом изобретения является система стабилизации напряжения в линии электроснабжения, содержащая автотрансформатор с последовательной обмоткой и параллельной обмоткой, катушку переменной индуктивности, подключенную к автотрансформатору, и систему управления. Катушка переменной индуктивности содержит магнитный сердечник, основную обмотку, намотанную вокруг первой оси, и обмотку управления, намотанную вокруг второй оси, перпендикулярной первой оси. При пропускании тока через основную обмотку и обмотку управления катушки переменной индуктивности в магнитном сердечнике создаются взаимно перпендикулярные магнитные потоки. Система стабилизации напряжения автоматически компенсирует колебания напряжения в линии электроснабжения, к которой она подключена. В одном примере выполнения взаимно перпендикулярные магнитные потоки создаются, по существу, во всем магнитном сердечнике. В другом примере выполнения магнитный сердечник изготовлен из анизотропного магнитного материала.

В одном примере осуществления описанной выше системы стабилизации напряжения система управления содержит процессорный блок, который регулирует ток управления, подаваемый в обмотку управления, задающий блок, электрически связанный с процессорным блоком, и выключатель. Выключатель включает и отключает регулирование и электрически связан с процессорным блоком. Система содержит также цепь обратной связи по входу, воспринимающую выходное напряжение. Эта цепь электрически связана с процессорным блоком и линией электроснабжения. Система содержит также цепь выпрямителя, электрически связанную с процессорным блоком и обмоткой управления.

В одном варианте данного примера осуществления последовательная обмотка автотрансформатора соединена последовательно с первой линией электроснабжения, а параллельная обмотка соединена последовательно с основной обмоткой и второй линией электроснабжения.

В другом варианте данного примера осуществления последовательная обмотка и основная обмотка соединены последовательно с первой линией электроснабжения, причем основная обмотка расположена со стороны последовательной обмотки, которая подключена к линии, а параллельная обмотка соединена непосредственно со второй линией электроснабжения.

В следующем варианте данного примера осуществления последовательная обмотка и основная обмотка соединены последовательно с первой линией электроснабжения, причем основная обмотка расположена со стороны последовательной обмотки, которая подключена к нагрузке, а параллельная обмотка соединена непосредственно со второй линией электроснабжения.

В другом аспекте предметом изобретения является способ стабилизации напряжения. Входное напряжение подают на автотрансформатор, а катушку переменной индуктивности соединяют последовательно по меньшей мере с одной обмоткой автотрансформатора. Воспринимают выходное напряжение. Создают перпендикулярные магнитные поля в магнитном сердечнике катушки переменной индуктивности. По меньшей мере одно из перпендикулярных магнитных полей регулируют для изменения магнитной проницаемости магнитного сердечника с целью регулирования напряжения в ответ на воспринимаемое выходное напряжение.

В системах в соответствии с примером осуществления изобретения практически отсутствует трансформация между основной обмоткой и обмоткой управления, поскольку два магнитных поля взаимно перпендикулярны, по существу, во всех частях сердечника. Таким образом, действие устройства может быть распространено вглубь насыщаемой области сердечника. Это расширенное действие повышает допустимую мощность катушки переменной индуктивности на порядок величины, так как эта мощность обратно пропорциональна магнитной проницаемости материала: когда проницаемость снижается вдвое, допустимая мощность увеличивается вдвое. Таким образом, изобретение может использоваться в системах высокой мощности.

Далее, динамический усилитель напряжения или система стабилизации напряжения, в которой используется регулирование перпендикулярного магнитного потока для повышения напряжения в линии электроснабжения, когда необходимо устранить недостаточность напряжения или отрегулировать напряжение в линии с целью выдерживания его заданной величины, является очень эффективным альтернативным средством улучшения слабых линий. Такой блок может быть подсоединен к слабой линии для динамической компенсации падения напряжения в зависимости от нагрузки.

Система по изобретению содержит катушку индуктивности с перпендикулярным магнитным потоком, управляемую электронными средствами. Совместно с трансформатором эта катушка индуктивности создает изменяющееся выходное напряжение, компенсирующее падение напряжения.

В одном из примеров осуществления система стабилизации напряжения линии электроснабжения содержит систему управления для регулирования тока, подаваемого в обмотку управления, как функции требуемых и действующих в данный момент рабочих параметров линии. В одном варианте рабочим параметром является напряжение в линии. Система управления подает энергию в обмотку управления ка- 2 007309 тушки переменной индуктивности на основе измеренной и требуемой величин напряжения линии (заданных установок), в результате чего выходное напряжение выдерживается в соответствии с требуемой величиной.

Различные примеры осуществления позволяют адаптировать существующие слабые линии для поддерживания адекватного напряжения простым и недорогим образом в случаях повышения потребления энергии. В одном примере выполнения адекватное напряжение поддерживается посредством включения системы стабилизации напряжения в линию между распределительным трансформатором и пользователями. В варианте примера выполнения автотрансформатор добавляет напряжение последовательно с напряжением подачи, тем самым создавая возможность стабилизации напряжения линии электроснабжения. Катушка переменной индуктивности регулирует напряжение на катушке индуктивности (путем изменения магнитной проницаемости сердечника посредством взаимно перпендикулярных полей) или интеграл напряжения по времени прохода через катушку для регулирования напряжения на последовательной обмотке в автотрансформаторе.

Эта стабилизация напряжения должна производиться быстро, чтобы избежать повреждения аппаратуры на стороне пользователя, так как повреждение такого типа может произойти, если быстрое изменение нагрузки приводит к избыточному перенапряжению. В системе в соответствии с примером осуществления изобретения изменения напряжения регулируются посредством тока в обмотке управления. Низкая инерция и быстрота реагирования системы позволяют поглощать пики и провалы напряжения.

Перечень фигур чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения, его другие задачи, особенности и преимущества. На чертежах фиг. 1 изображает автотрансформатор, фиг. 2 изображает систему стабилизации напряжения линий электроснабжения в первом примере осуществления изобретения, фиг. 3 изображает систему во втором примере осуществления изобретения, фиг. 4 изображает систему в третьем примере осуществления изобретения, фиг. 5 изображает обобщенную блок-схему системы в примере осуществления изобретения, фиг. 6 изображает более подробно выполнение системы по фиг. 2, фиг. 7 изображает систему управления для системы по фиг. 6 и 8, фиг. 8 изображает более подробно выполнение системы по фиг. 4, фиг. 9 изображает более подробно выполнение системы по фиг. 3, фиг. 10 изображает систему управления для системы по фиг. 9, фиг. 11 изображает трехфазную систему стабилизации напряжения линий электроснабжения в соответствии с примером осуществления изобретения, фиг. 12 изображает систему управления для системы по фиг. 11, фиг. 13 изображает трехфазную систему в соответствии со вторым примером осуществления изобретения, фиг. 14 изображает систему управления для системы по фиг. 13, фиг. 15 изображает трехфазную систему в соответствии с третьим примером осуществления изобретения, фиг. 16-18 изображают системы управления для системы по фиг. 15, фиг. 19 и 20 изображают катушку с регулируемой индуктивностью в примере выполнения изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Автотрансформатор представляет собой трансформатор с последовательной обмоткой 8 и параллельной обмоткой Р. На фиг. 1 показан автотрансформатор Т1, в котором параллельная обмотка Р и последовательная обмотка 8 соединены последовательно. Последовательная обмотка 8 имеет относительно небольшое число витков, а параллельная обмотка Р имеет относительно большое число витков. В одном из примеров выполнения последовательная обмотка имеет около 20 витков, а параллельная обмотка около 230 витков. Прилагаемое напряжение V! разделяется пропорционально числу витков в последовательной обмотке 8 и параллельной обмотке Р. Если общее число витков в последовательной обмотке 8 и параллельной обмотке Р равно N1, а число витков в параллельной обмотке Р равно N2, то к параллельной обмотке Р приложено напряжение ν2=ν1(Ν2/Ν1). Устройство является обратимым, то есть, если напряжение ν2 подается на параллельную обмотку Р, устанавливается магнитный поток, связывающий параллельную обмотку Р и последовательную обмотку 8. В результате на витках N1 появляется разность потенциалов ν1=ν2(Ν1/Ν2).

В первом примере осуществления изобретения по фиг. 2 последовательная обмотка 8 последовательно соединена с первой линией электроснабжения (то есть с первой фазой) от входа Ы линии к выходу ЬИ линии. В этом примере параллельная обмотка Р соединена со второй линией Ь электроснабжения (то есть со второй фазой) посредством катушки ПК. переменной индуктивности с перпендикулярным магнитным полем. Здесь напряжение на последовательной обмотке 8 может быть изменено путем изменения напряжения на параллельной обмотке Р посредством катушки ЬК. переменной индуктивности.

- 3 007309

Во втором примере осуществления изобретения по фиг. 3 катушка ЬК переменной индуктивности и последовательная обмотка 8 соединены последовательно с первой линией электроснабжения от Ь1 до

ЬИ, причем катушка ЬК переменной индуктивности соединена с последовательной обмоткой 8 со стороны линии Ь1 электроснабжения. Параллельная обмотка Р соединена со второй линией Ь электроснабжения.

В третьем примере осуществления по фиг. 4 катушка ЬК переменной индуктивности и последовательная обмотка 8 соединены последовательно с первой линией электроснабжения от Ь1 до ЬИ, причем катушка ЬК переменной индуктивности соединена с последовательной обмоткой 8 со стороны линии ЬИ электроснабжения. Параллельная обмотка Р соединена непосредственно со второй линией Ь электроснабжения. В вариантах описанных примеров осуществления второй фазой является нулевой провод.

Во втором и третьем примерах напряжение в первой линии Ы-ЬИ будет изменяться, поскольку катушка ЬК переменной индуктивности поглощает интеграл напряжения по времени, который остается последовательным напряжению от последовательной обмотки 8 автотрансформатора.

Поскольку напряжение, поглощаемое катушкой ЬК переменной индуктивности, является реактивным напряжением, напряжение отводит ток под углом 90°. В результате напряжение, которое должно быть вычтено или сложено с напряжением нагрузки, не совпадает по фазе на 90° с током сопротивления, отбираемым нагрузкой. В автотрансформаторе имеется баланс ампер-витков между последовательной обмоткой 8 и параллельной обмоткой Р. Поэтому ток, отбираемый нагрузкой, отражается в параллельной обмотке Р и вызывает падение напряжения в катушке переменной индуктивности. Величина падения напряжения зависит от величины переменной индуктивности и силы тока.

В одном примере выполнения катушка постоянной индуктивности подсоединена параллельно параллельной обмотке автотрансформатора. Это снижает гармоники, создаваемые системой, и стабилизирует регулирование системы. В альтернативном варианте может использоваться катушка переменной индуктивности.

Во втором примере выполнения ток, проходящий через катушку переменной индуктивности, является суммой тока нагрузки, проходящего через последовательную обмотку, и тока, проходящего через параллельную обмотку, а в третьем примере выполнения ток, проходящий через катушку переменной индуктивности, является током в параллельной обмотке. Поскольку эти токи имеют разные величины, пример осуществления может быть выбран применительно к конкретному случаю использования.

Фиг. 5 изображает блок-схему, иллюстрирующую стабилизатор напряжения и связанную с ним систему управления (систему регулирования). Первая линия Ы электроснабжения проходит через стабилизатор напряжения, который управляется системой управления. Выключатели К1, К2 и КЗ позволяют соединять стабилизатор напряжения с сетью и отсоединять его. В схеме на фиг. 5 К1 показан в замкнутом положении, а К2 и К3 разомкнуты. Это положение соответствует состоянию, в котором стабилизатор напряжения не используется. Когда стабилизатор напряжения используется, К1 и К2 разомкнуты, а К3 замкнут.

Фиг. 6 и 7 более подробно изображают однофазный стабилизатор напряжения. Автотрансформатор Т1 с последовательными обмотками 8 расположен между контактами 1-2 и 3, а параллельная обмотка расположена между контактами 1-2 и 4. Эта схема соответствует первому примеру осуществления изобретения на фиг. 2.

На фиг. 6 позицией Т4 обозначена катушка ЬК переменной индуктивности с рабочей или основной обмоткой, расположенной между контактами 1 и 2, и обмоткой 8Т управления, расположенной между контактами 3 и 4. Катушка ЬК переменной индуктивности подсоединена к параллельной обмотке Р трансформатора Т1, при этом контакт 2 катушки Т4 соединен с контактом 4 трансформатора Т1. От контактов 1Ь1 и 1Ь2 напряжение подается на цепь И9 выпрямителя, показанную на фиг. 7.

Фиг. 7 изображает систему управления для регулирования тока в катушке Т4 переменной индуктивности. Система управления содержит задающий блок, выключатель 83 для включения или отключения регулирования, цепь обратной связи для восприятия выходного напряжения автотрансформатора Т1, процессорный блок И8 и цепь И9 выпрямителя для подсоединения к обмотке управления катушки индуктивности. В одном примере выполнения задающий блок выполнен в виде потенциометра К.8, а цепь обратной связи содержит трансформатор Т7. В другом примере выполнения процессорный блок И8 содержит микропроцессор. В следующем примере выполнения система дополнительно содержит блок И10 защиты от перенапряжения.

Более подробно, в одном примере выполнения задающий блок по фиг. 7 содержит первый, второй и третий контакты, соединенные, соответственно, с контактами 7, 11 и 10 процессорного блока И8. Выключатель 83 содержит первый и второй контакты, соединенные, соответственно, с контактами 4 и 6 процессорного блока И8. Первичные контакты 1, 2 трансформатора Т7 соединены с 81 и К1 для восприятия выходного напряжения в ЬИ. В этом варианте выполнения первичная обмотка трансформатора Т7 защищена плавкими предохранителями. Первый и второй контакты вторичной обмотки трансформатора Т7 соединены, соответственно, с контактами 5 и 9 процессорного блока И8.

В одном примере выполнения контакты 1Ь1 и 1Ь2, которые соответствуют К1 и 81, соединены с линейными вводами процессорного блока И8. В этом варианте используется развязывающий трансформатор для снижения напряжения на контактах 1Ь1 и 1Ь2 до его передачи на процессорный блок И8. Блок

- 4 007309 и10 защиты от перенапряжения содержит первый, второй и третий контакты, соединенные, соответственно, с 1Ь1, выходным положительным контактом выпрямителя и 1Ь2. В этом варианте цепь защиты от перенапряжения содержит первый потенциометр К1, включенный между первым и вторым контактами, и второй потенциометр К2, включенный между вторым и третьим контактами. Цепь защиты от перенапряжения содержит также резисторы К3 и К4.

В одном примере выполнения контакты 1Ь1 и 1Ь2 по фиг. 6 соединены также с первым и вторым контактами цепи И9 выпрямителя. Выход цепи И9 выпрямителя содержит положительный и отрицательный контакты, которые соединены с обмоткой 8Т управления, соответственно, в контактах 3Т4 и 4Т4. В этом варианте система резисторов, содержащая один или несколько резисторов (например, К5, К6 и К.7), включена последовательно между отрицательным контактом и обмоткой 8Т управления.

В одном примере выполнения цепь И9 выпрямителя выполнена в виде двухполупериодного моста, содержащего четыре диода У1, У2, У3 и У4. В этом варианте диоды У1 и У2 являются управляемыми выпрямительными диодами, например тиристорами. Цепь И9 выпрямителя соединена с процессорным блоком И8 через контакт управления диода У1 и контакт управления диода У2. В другом варианте диод У5 встроен между положительным и отрицательными контактами цепи И9 выпрямителя.

В целом, система регулирования по фиг. 7 автоматически регулирует падение напряжения на основной обмотке Н катушки Т4 переменной индуктивности посредством регулирования энергии, подаваемой на обмотку 8Т управления, в ответ на изменения выходного напряжения автотрансформатора Т1. Настройка заданной величины, представляющей желаемое выходное напряжение, устанавливается с помощью задающего блока К8. Цепь обратной связи обеспечивает процессорный блок И8 указанием выходного напряжения автотрансформатора Т1. Процессорный блок И8 сравнивает заданную величину с напряжением обратной связи и регулирует энергию, подаваемую на выходные контакты выпрямителя, посредством управления действием цепи И9 выпрямителя. В одном из примеров выполнения на выходе цепи И9 имеет место постоянный ток.

Описанный первый пример выполнения по фиг. 6, где катушка БК переменной индуктивности последовательно соединена с параллельной обмоткой Р автотрансформатора Т1, реализуется при напряжении на параллельной обмотке Р в Т1. Это напряжение регулируется катушкой Т4 переменной индуктивности, которая подключена последовательно линии Ь1-Ьи электроснабжения между входным контактом Х1 и выходным контактом Х1:7. В результате напряжение, подаваемое на нагрузку от К и 8 на Х1:7 и Х1:10, может быть увеличено. Если разница между сигналом обратной связи и заданной величиной велика, регулятор повысит ток управления, подаваемый в катушку Т4 переменной индуктивности, и тем самым увеличит дополнительное напряжение, которое компенсирует падение напряжения. Наоборот, если дополнительное напряжение слишком велико, энергия будет снижена посредством снижения напряжения, добавляемого к напряжению линии электроснабжения. Таким образом, выходное напряжение, подаваемое на нагрузку, выдерживается на уровне, примерно равном заданной величине напряжения.

Фиг. 8 изображает более подробно систему в третьем примере выполнения, обобщенно описанную со ссылкой на фиг. 4. Система содержит автотрансформатор Т1 с последовательной обмоткой 8, расположенной между контактами 1-2 и 3, и параллельной обмоткой Р, расположенной между контактами 1-2 и 4. Система управления для данной системы показана на фиг. 7.

Катушка Т4 переменной индуктивности имеет основную обмотку Н, расположенную между контактами 1 и 2, и обмотку 8Т управления между контактами 3 и 4. Контакт 1 катушки Т4 индуктивности соединен с выходным контактом последовательной обмотки 8 в контакте Т3. Ток управления подается от положительного и отрицательного контактов управляемой цепи И9 выпрямителя по фиг. 7 к контактам 3 и 4 на обмотке 8Т управления по фиг. 8. Обратная связь выходного напряжения от контактов К и 8 стабилизатора напряжения по фиг. 8 соединена с контактами 2 и 1 трансформатора Т7 по фиг. 7. Это соединение обеспечивает подачу сигнала обратной связи к регулятору И8 выпрямителя по фиг. 7. В одном примере выполнения настройка заданной величины может осуществляться с помощью потенциометра К8. Ввод напряжения к выпрямителю И9 по фиг. 8 обеспечивается от контактов Х1:2 и Х1:4 по фиг. 7.

В этой системе, в которой катушка ЬК. переменной индуктивности соединена последовательно с выходом последовательной обмотки 8 автотрансформатора Т1 со стороны нагрузки, стабилизация осуществляется путем ступенчатого повышающего регулирования выходного напряжения от Т1 (напряжение выходной линии) посредством регулируемого понижения индуктивного напряжения на катушке Т4 индуктивности, подключенной последовательно линии электроснабжения.

Если разница между сигналом обратной связи и заданной величиной велика, то есть имеет место большая недостаточность напряжения, регулятор повышает ток управления, подаваемый на катушку Т4, тем самым уменьшая падение напряжения на катушке индуктивности для увеличения напряжения и компенсации падения напряжения. Наоборот, если дополнительное напряжение слишком велико, то есть имеет место избыточность напряжения, энергия, подаваемая на катушку Т4, уменьшается. В результате падение напряжения на катушке Т4 индуктивности увеличивается, подаваемое к нагрузке напряжение снижается и выходное напряжение выдерживается в соответствии с заданной величиной напряжения.

Фиг. 9 изображает более подробно систему во втором примере выполнения. В автотрансформаторе Т1 последовательная обмотка 8 расположена между контактами 1-2 и 3. Параллельная обмотка Р распо- 5 007309 ложена между контактами 1-2 и 4. Этот пример выполнения соответствует схеме на фиг. 3. Соответствующая система управления показана на фиг. 10.

Катушка Т4 переменной индуктивности имеет основную обмотку Н между контактами 1 и 2 и обмотку 8Т управления между контактами 3 и 4. Контакт Т4:2 катушки переменной индуктивности соединен с последовательной обмоткой 8 в контакте Т1:1-2. Параллельная обмотка Р также соединена с контактом Т1:2. На фиг. 10 показано, каким образом ток управления подается от положительного и отрицательного контактов управляемой цепи И9 выпрямителя к контактам 3 и 4 обмотки 8Т управления по фиг. 9. Обратная связь выходного напряжения от контактов К. и 8 стабилизатора напряжения по фиг. 8 соединена с контактами 2 и 1 трансформатора Т7. Это соединение обеспечивает подачу сигнала обратной связи к регулятору И8 выпрямителя. В одном примере выполнения настройка заданной величины может осуществляться с помощью потенциометра К8. Ввод напряжения к выпрямителю И9 обеспечивается от контактов Х1:2 и Х1:4 по фиг. 9.

Эта схема соединения регулятора напряжения содержит катушку ЬК. индуктивности, соединенную последовательно с последовательной обмоткой 8 со стороны линии. В этом варианте стабилизация осуществляется путем регулирования входного напряжения автотрансформатора посредством настройки падения напряжения на катушке Т4 индуктивности, последовательно соединенной с линией электроснабжения.

Если величина настройки заданной величины намного превышает сигнал обратной связи, то есть имеет место недостаточность напряжения, регулятор повышает ток управления, подаваемый на катушку Т4, тем самым уменьшая падение напряжения на катушке индуктивности для компенсации падения напряжения. Наоборот, в случае избыточности напряжения энергия, подаваемая на обмотку управления, уменьшается для увеличения падения напряжения на катушке индуктивности и выдерживания выходного напряжения, подаваемого на нагрузку, примерно равным заданной величине напряжения.

Описанное решение для однофазной системы электроснабжения может использоваться также в трехфазной системе с применением того же технического способа регулирования напряжения на основе сравнения выходного напряжения и опорной величины, то есть заданной величины напряжения.

Фиг. 11 и 12 изображают трехфазную систему электроснабжения с использованием решения однофазной системы по второму примеру осуществления изобретения, показанному на фиг. 3. В системе по фиг. 11 обмотки 8Т управления катушек Т4, Т5 и Т6 индуктивности соединены последовательно и поэтому регулируются одинаково цепью управления по фиг. 12. На фиг. 12 показана система регулирования, соответствующая описанным выше. Она содержит резистор К8 настройки заданной величины, выключатель 83 для подсоединения или отсоединения регулирования, трансформатор Т7 для напряжения обратной связи от фазы К8, процессорный блок И8, например регулятор катушки индуктивности, цепь И9 диодного выпрямителя и цепь И10 защиты от перенапряжения. От выхода системы регулирования (точки 3Т4 и 4Т4) сигнал тока подается на катушку Т4 переменной индуктивности. В этом варианте выполнения возможно также отдельное регулирование для каждой фазы.

Фиг. 13 и 14 изображают трехфазную систему электроснабжения с использованием решения однофазной системы по фиг. 8. Обмотки управления катушек Т4, Т5 и Т6 индуктивности (фиг. 13) соединены последовательно и поэтому регулируются одинаково. Здесь также возможно отдельное регулирование для каждой фазы. На фиг. 14 показана соответствующая цепь управления для регулирования напряжения, подаваемого к нагрузке.

Фиг. 15-18 изображают трехфазную систему электроснабжения с использованием решения однофазной системы по фиг. 6. На фиг. 15 показаны катушки Т4, Т5 и Т6 индуктивности. Каждая из этих катушек Т4, Т5 и Т6 индуктивности регулируется отдельными цепями регулирования. В этом примере выполнения трехфазной системы электроснабжения последовательность фаз важна, поскольку напряжения в последовательных обмотках суммируются по вектору с фазным напряжением от питающих трансформаторов в линии (не показано). Последовательная обмотка расположена между точками 1 и 3, а параллельная обмотка расположена между точками 2 и 4. Автотрансформаторы для каждой фазы Т1, Т2 и Т3 также показаны на фиг. 15. Катушка Т4 переменной индуктивности регулирует напряжение, подаваемое на Т1, в ответ на сигнал обратной фазы от фазы К-8 (Х1:7 и Х1:10). Катушка Т5 переменной индуктивности регулирует напряжение, подаваемое на Т2, в ответ на сигнал обратной фазы от фазы 8-Т (Х1:12 и Х1:14). Катушка Т6 переменной индуктивности регулирует напряжение, подаваемое на Т3, в ответ на сигнал обратной фазы от фазы Т-К (Х1:14 и Х1:10). Таким образом, напряжение линии электроснабжения может регулироваться независимо для каждой фазы.

Фиг. 16 иллюстрирует регулирование напряжения в Т1 с помощью Т4 в зависимости от желаемого напряжения, представленного заданной величиной, которая устанавливается задающим блоком К8. Выходной сигнал (см. справа снизу на фиг. 16) подается к точками 3 и 4 на Т4. Соответствующее регулирование Т2 посредством Т5 в соответствии с заданной величиной на устройстве К10 иллюстрируется на фиг 17. Регулирование напряжения в Т3 посредством Т6 иллюстрируется на фиг. 18.

В описанной выше трехфазной системе электроснабжения показано соединение параллельной обмотки треугольником. Однако могут использоваться другие виды соединения. Так, например, параллель- 6 007309 ные обмотки могут быть соединены звездой, что является хорошо известной конфигурацией для трехфазных систем.

Фиг. 19 изображает катушку Т4 переменной индуктивности в одном примере выполнения. Катушка Т4 содержит первый трубчатый элемент 101, причем основная обмотка Н намотана вокруг первого трубчатого элемента 101. В одном из примеров выполнения катушка Т4 переменной индуктивности содержит также магнитные концевые соединители 105, 106 В одном из примеров выполнения катушка Т4 переменной индуктивности изготовлена из анизотропного материала. В варианте данного примера выполнения анизотропным материалом является текстурированный анизотропный материал. В этом случае может быть определена ориентация (СО) структуры и поперечное направление (ΤΏ).

Как показано на фиг. 20, катушка Т4 переменной индуктивности содержит также второй трубчатый элемент 102. Обмотка 8Τ управления намотана вокруг второго трубчатого элемента 102 и вокруг второй оси, которая перпендикулярна первой оси намотки основной обмотки Н. В варианте примера выполнения второй трубчатый элемент 102 расположен концентрично внутри первого трубчатого элемента 101. Концевые соединительные элементы 105 и 106 соединяют концы первого трубчатого элемента 101 с концами второго трубчатого элемента 102. В данном примере выполнения магнитный сердечник образован первым трубчатым элементом 101, вторым трубчатым элементом 102 и концевыми соединительными элементами 105, 106.

В примере выполнения по фиг. 20 первая ось М является трубчатой осью по отношению ко второй оси Ь. В данном случае ось Ь является геометрической осью, расположенной в центре второго трубчатого элемента 102.

При работе в катушке Т4 переменной индуктивности по фиг. 19 и 20 генерируются два взаимно перпендикулярных магнитных потока. Первое магнитное поле Н£ и первый магнитный поток В£ создаются при пропускании тока через основную обмотку Н. Второе магнитное поле Н и второй магнитный поток В§ создаются при пропускании тока через обмотку 8Τ управления. В данном варианте магнитные поля Н£, Н§ перпендикулярны друг другу, по существу, во всем магнитном сердечнике и магнитные потоки В£, В§ также перпендикулярны друг другу, по существу, во всем магнитном сердечнике.

Для специалиста в данной области понятно, что при осуществлении изобретения возможны различные изменения и модификации, не выходящие за пределы сущности и рамок заявленного изобретения. Соответственно, рамки изобретения определяются не предшествующим описанием, а прилагаемой формулой.

Claims (14)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система стабилизации напряжения в линии (Ы, ЬИ) электроснабжения, содержащая автотрансформатор (Т1) с последовательной обмоткой (8) и параллельной обмоткой (Р) и катушку (ЪК.) переменной индуктивности, подключенную к автотрансформатору (Т1), отличающаяся тем, что катушка переменной индуктивности содержит магнитный сердечник; основную обмотку (Н), намотанную вокруг первой оси, и обмотку (8Τ) управления, намотанную вокруг второй оси; а также систему управления для регулирования проницаемости магнитного сердечника, при этом изменения напряжения в линии электроснабжения компенсируются автоматически, первая ось и вторая ось являются взаимно перпендикулярными осями, а при пропускании тока через основную обмотку (Н) и обмотку (8Τ) управления в магнитном сердечнике (101, 102) создаются взаимно перпендикулярные магнитные потоки.
2. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит процессорный блок (И8), задающий блок (К8), электрически связанный с процессорным блоком (И8), выключатель (83), электрически связанный с процессорным блоком (И8), цепь обратной связи по входу, электрически связанную с процессорным блоком и линией (Ы, ЬИ) электроснабжения, и цепь (И9) выпрямителя, электрически связанную с процессорным блоком (И8) и обмоткой (8Τ) управления, при этом выключатель приводится в действие для включения и отключения регулирования, цепь обратной связи по входу воспринимает выходное напряжение, а процессорный блок (И8) регулирует ток управления, подаваемый в обмотку управления.
3. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что последовательная обмотка автотрансформатора соединена последовательно с первой линией электроснабжения, а параллельная обмотка (Р) соединена последовательно с основной обмоткой и второй линией электроснабжения.
4. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что последовательная обмотка и основная обмотка соединены последовательно с первой линией электроснабжения, причем основная обмотка расположена со стороны последовательной обмотки, которая подключена к линии, а параллельная обмотка соединена непосредственно со второй линией электроснабжения.
5. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что последовательная обмотка и основная обмотка соединены последовательно с первой линией электроснабжения, причем основная обмотка расположена со стороны последовательной обмотки, которая подключена к нагрузке, а параллельная обмотка соединена непосредственно со второй линией электроснабжения.

   - 7 007309
6. 6. Трехфазная система стабилизации напряжения, содержащая систему, заявленную в любом из пп.2-4, для стабилизации напряжения каждой фазы (Ь1, Ь2, ЬЗ).
7. 7. Трехфазная система по п.6, отличающаяся тем, что обмотки управления для трех фаз соединены последовательно и регулируются совместно.
8. 8. Трехфазная система по п.6, отличающаяся тем, что обмотки управления для трех фаз регулируются независимо друг от друга.
9. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что магнитный сердечник содержит анизотропный материал.
10. 10. Система по п.1, отличающаяся тем, что взаимно перпендикулярные магнитные потоки создаются, по существу, во всем магнитном сердечнике.
11. 11. Способ стабилизации напряжения в линии электроснабжения, в котором входное напряжение подают на автотрансформатор (Т1), катушку (Т4, Т5, Тб) переменной индуктивности подключают последовательно по меньшей мере с одной обмоткой автотрансформатора (Т1), воспринимают выходное напряжение, создают перпендикулярные магнитные поля в магнитном сердечнике катушки переменной индуктивности и регулируют по меньшей мере одно из перпендикулярных магнитных полей для изменения проницаемости магнитного сердечника с целью регулирования напряжения в линии в ответ на воспринимаемое выходное напряжение.
12. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что катушку переменной индуктивности подключают последовательно с последовательной обмоткой в первой фазе цепи.
13. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что катушку переменной индуктивности подключают на стороне последовательной обмотки, подключенной к нагрузке.
14. 14. Способ по п.11, отличающийся тем, что при изменении проницаемости регулируют ток управления, подаваемый в обмотку управления катушки переменной индуктивности.