RU2201645C1 - Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника - Google Patents
Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2201645C1 RU2201645C1 RU2001120571/09A RU2001120571A RU2201645C1 RU 2201645 C1 RU2201645 C1 RU 2201645C1 RU 2001120571/09 A RU2001120571/09 A RU 2001120571/09A RU 2001120571 A RU2001120571 A RU 2001120571A RU 2201645 C1 RU2201645 C1 RU 2201645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- power
- current
- common source
- converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Использование: для распределения электроэнергии от шин общего источника напряжения постоянного тока на объектах, на которых потребителями электроэнергии являются высокоточные системы автоматического управления. Технический результат заключается в устранении помех по цепям питания, уменьшении сечения проводов каждой линии электропередачи, обеспечении напряжения на потребителях электроэнергии необходимой величины, отличной от напряжения на общем источнике без специального вторичного преобразователя. В системе распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника коммутаторы, установленные на шинах общего источника, выполнены в виде статического преобразователя напряжение - ток, а коммутаторы, установленные на конце линий электропередачи, выполнены в виде статического преобразователя ток - напряжение, представляющего собой параллельный транзисторный ключ, к которому подключен широтно-импульсный модулятор с конденсаторным фильтром на выходе, при этом между транзисторным ключом и конденсаторным фильтром подсоединен диод в прямом направлении для исключения обратной реакции по напряжению в линию питания от потребителя электроэнергии. 3 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для распределения мощности между одновременно работающими потребителями электроэнергии, например, на космических аппаратах.
В системах электроснабжения постоянного тока распределение электроэнергии от шин общего источника электроэнергии производится с помощью дистанционных переключателей (ДП), контакторов (К), магнитных пускателей (МП), реле (Р), автоматов защиты сети с ручным приводом или дистанционным управлением (АЗС) [1, 2, 3].
Недостатками известных устройств распределения электроэнергии от общего источника по потребителям являются:
1) возникновение электрических помех на выходных клеммах или распределительных шинах общего источника электроэнергии вследствие пусковых токов;
2) возникновение пульсаций напряжения на распределительных шинах источника вследствие отключения потребителей с большой индуктивностью (обмоток реле, двигателей, приводов);
3) возникновение высокочастотных пульсаций напряжения вследствие переходных процессов в линиях, поскольку линии с распределенными параметрами являются динамическим звеном чистого запаздывания, склонным к резонансам на различных частотах;
4) возникновение электромагнитных помех вокруг кабелей, доставляющих электроэнергию к потребителям, вследствие изменения в этих кабелях величины потребляемого тока и передача этих помех через электромагнитные поля и третьи цепи в другие электрические цепи, например измерительные;
5) возникновение помех на клеммах общего источника вследствие потери динамической устойчивости системы источник - потребитель при случайном стечении неблагоприятных условий в системе электроснабжения;
6) возникновение помех на общих распределительных шинах при возникновении коротких замыканий у отдельных потребителей или просто при подключениях потребителей, имеющих на входе конденсаторные фильтры.
1) возникновение электрических помех на выходных клеммах или распределительных шинах общего источника электроэнергии вследствие пусковых токов;
2) возникновение пульсаций напряжения на распределительных шинах источника вследствие отключения потребителей с большой индуктивностью (обмоток реле, двигателей, приводов);
3) возникновение высокочастотных пульсаций напряжения вследствие переходных процессов в линиях, поскольку линии с распределенными параметрами являются динамическим звеном чистого запаздывания, склонным к резонансам на различных частотах;
4) возникновение электромагнитных помех вокруг кабелей, доставляющих электроэнергию к потребителям, вследствие изменения в этих кабелях величины потребляемого тока и передача этих помех через электромагнитные поля и третьи цепи в другие электрические цепи, например измерительные;
5) возникновение помех на клеммах общего источника вследствие потери динамической устойчивости системы источник - потребитель при случайном стечении неблагоприятных условий в системе электроснабжения;
6) возникновение помех на общих распределительных шинах при возникновении коротких замыканий у отдельных потребителей или просто при подключениях потребителей, имеющих на входе конденсаторные фильтры.
Вероятность возникновения помех многократно увеличивается при высоких напряжениях (особенно выше 60 В), когда всякая коммутация электрической цепи и короткие замыкания сопровождаются возникновением электрической дуги, в которой, как известно, имеется широкий спектр высокочастотных колебаний тока.
При этом у потребителей электроэнергии, содержащих вычислительные устройства, высокоточные системы автоматического управления, при помехах по цепи питания возникают сбои в работе, приводящие к нарушению работоспособности, к выходу из строя дорогостоящей материальной части, а при использовании таких систем на космических объектах или на воздушном транспорте - к появлению опасности для здоровья и жизни экипажа и пассажиров.
В конце 1990-х годов во многих фирмах США, Европы, России и Японии наблюдается широкое применение для коммутации потребителей электроэнергии полупроводниковых ключей, сущность которых состоит в использовании вместо электромеханических контактов, подающих напряжение к потребителям, полевых транзисторов. Эти ключи кроме простой подачи питающего напряжения выполняют ряд дополнительных функций:
- ограничивают по величине пусковые токи и токи коротких замыканий, защищая провода фидеров от перегорания, а потребителей от всплесков и провалов напряжения;
- обеспечивают измерение пульсаций напряжения и тока в фидерах и при опасных значениях этих пульсаций для потребителей производят автоматическое отключение фидеров;
- практически не ограничивают число включений и отключений фидеров;
- обеспечивают измерение значений токов и напряжений в фидерах;
- имеют очень маленькое внутреннее сопротивление.
- ограничивают по величине пусковые токи и токи коротких замыканий, защищая провода фидеров от перегорания, а потребителей от всплесков и провалов напряжения;
- обеспечивают измерение пульсаций напряжения и тока в фидерах и при опасных значениях этих пульсаций для потребителей производят автоматическое отключение фидеров;
- практически не ограничивают число включений и отключений фидеров;
- обеспечивают измерение значений токов и напряжений в фидерах;
- имеют очень маленькое внутреннее сопротивление.
Одной из таких схем, взятой за прототип, является система распределения электроэнергии на постоянном токе, содержащая коммутаторы на транзисторных ключах фирмы Сименс [4].
Тем не менее такая система распределения электроэнергии на постоянном токе не способна решить все проблемы, связанные с распределением электроэнергии по потребителям от общего источника. Линии электропередачи остаются источниками и приемниками различного рода помех (от динамических переходных процессов системы источник - потребитель, от переходных процессов в линиях, связанных с падающими и отраженными волнами, от несогласованности волновых сопротивлений линий и потребителей, от наводок и т.д.).
Возникновение помех в линиях связано в основном с:
1) изменениями величины потребляемого тока приемниками электроэнергии;
2) наличием падений напряжения в каждой линии, являющимся причиной возникновения пульсаций напряжения при пульсирующем характере потребляемого тока;
3) наличием распределенных по длине линии электропередачи электрической емкости и индуктивности;
4) взаимовлияниями через внутренний импеданс общего источника электроэнергии;
5) наводками от соседних линий с пульсирующим характером потребляемого тока.
1) изменениями величины потребляемого тока приемниками электроэнергии;
2) наличием падений напряжения в каждой линии, являющимся причиной возникновения пульсаций напряжения при пульсирующем характере потребляемого тока;
3) наличием распределенных по длине линии электропередачи электрической емкости и индуктивности;
4) взаимовлияниями через внутренний импеданс общего источника электроэнергии;
5) наводками от соседних линий с пульсирующим характером потребляемого тока.
Актуальность борьбы с помехами в сетях постоянного тока возникла в связи с широким применением среди потребителей электроэнергии компьютеров, различного рода адаптеров (тоже по существу вычислителей), программников и точной измерительной аппаратуры, использующих современную микроминиатюрную элементную базу и микропроцессоры.
На рубеже XXI века проблема борьбы с помехами чрезвычайно обострилась вследствие распространения автоматизации на все отрасли человеческой деятельности. Без кардинального решения проблемы помехозащищенности электрических сетей становится затруднительным дальнейшее совершенствование средств автоматизации, особенно на автономных космических аппаратах, самолетах и других автономных объектах.
Задачами, решаемыми изобретением, являются:
1) существенное уменьшение помех в линиях, возникающих как от электрической нагрузки конкретной линии, так и от нагрузок в соседних линиях;
2) увеличение (по сравнению с электромеханическими коммутаторами) числа допустимых коммутаций электрической нагрузки;
3) уменьшение сечения проводов каждой линии электропередачи, отходящей от шин общего источника, за счет вновь появившейся возможности по увеличению напряжения в линиях и возможности по увеличению допустимого падения напряжения;
4) упрощение требований к динамическим свойствам линии;
5) обеспечение такой величины питающего напряжения для каждого потребителя, которая для него является желаемой, при одном и том же напряжении на общем источнике.
1) существенное уменьшение помех в линиях, возникающих как от электрической нагрузки конкретной линии, так и от нагрузок в соседних линиях;
2) увеличение (по сравнению с электромеханическими коммутаторами) числа допустимых коммутаций электрической нагрузки;
3) уменьшение сечения проводов каждой линии электропередачи, отходящей от шин общего источника, за счет вновь появившейся возможности по увеличению напряжения в линиях и возможности по увеличению допустимого падения напряжения;
4) упрощение требований к динамическим свойствам линии;
5) обеспечение такой величины питающего напряжения для каждого потребителя, которая для него является желаемой, при одном и том же напряжении на общем источнике.
Эта задача решается следующим образом: в системе распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника, содержащей коммутаторы и линию электропередачи, состоящую из прямого и обратного проводов, коммутаторы, установленные на шинах общего источника, выполнены в виде статического преобразователя напряжение - ток, а коммутаторы, установленные на концах линий электропередачи, выполнены в виде статического преобразователя ток - напряжение, представляющего собой параллельный транзисторный ключ, к которому подключен широтно-импульсный модулятор с конденсаторным фильтром на выходе, при этом между транзисторным ключом и конденсаторным фильтром подсоединен диод в прямом направлении для исключения обратной реакции по напряжению в линию питания от потребителя электроэнергии.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой системы.
На фиг. 2 изображена вольт-амперная характеристика статического преобразователя ток - напряжение (стабилизатора напряжения).
На фиг. 3 изображена вольт-амперная характеристика статического преобразователя напряжение - ток (стабилизатора тока).
На распределительных шинах общего источника постоянного тока 1 к конкретному потребителю электроэнергии 9 установлен коммутатор 2 в виде статического преобразователя напряжение - ток, представляющий собой стабилизатор тока, воспринимающий команды на включение и отключение (ВКЛ, ОТКЛ). От коммутатора 2 отходит линия электропередачи 3, содержащая два провода (прямой и обратный). На конце линии электропередачи 3 в непосредственной близости от потребителя электроэнергии 9 подсоединен другой коммутатор 4 в виде статического преобразователя ток - напряжение, представляющий собой стабилизатор напряжения, с дискретным регулированием и широтно-импульсным модулятором 7, параллельный транзисторный ключ 5 которого подсоединен между прямым и обратным проводами. На выходе коммутатора 4 подключен конденсаторный фильтр 6, а между ним и исполнительным элементом 5 широтно-импульсного модулятора 7 подсоединен диод 8 в прямом направлении. С выхода коммутатора 4 электроэнергия поступает к конкретному потребителю электроэнергии 9. Номинальное значение выходного напряжения коммутатора 4 определяется скважностью импульсов управляемого тока параллельного транзисторного ключа 5 широтно-импульсного модулятора 7.
Система работает следующим образом.
Ток от коммутатора 2, выполненного в виде статического преобразователя напряжение - ток (стабилизатора тока), поступает на вход коммутатора 4, выполненного в виде статического преобразователя ток - напряжение, преобразуясь в стабилизированное напряжение питания потребителя электроэнергии 9.
За счет параллельного включения транзисторного ключа 5 по отношению к коммутатору 2, выполненному в виде статического преобразователя напряжение - ток (стабилизатора тока), ток в линии электропередачи 3 подается постоянным независимо от изменения режимов работы потребителя электроэнергии 9, стабилизация напряжения которого обеспечивается за счет изменения скважности управляющих импульсов на входе параллельного транзисторного ключа 5, являющихся функцией сравнения напряжения к потребителю 9 и напряжения на выходе параллельного транзисторного ключа 5. Эта функция сравнения осуществляется широтно-импульсным модулятором 7. Конденсаторный фильтр 6 обеспечивает сглаживание выходного напряжения. Диод 8 в прямом направлении служит для исключения обратной реакции по напряжению в линию питания от потребителя электроэнергии 9.
Напряжение постоянного тока с шин общего источника 1 поступает на коммутатор 2, выполненный в виде статического преобразователя напряжение - ток (стабилизатор тока). Наличие упомянутого коммутатора 2 позволяет исключить ступенчатое изменение тока на шинах общего источника постоянного тока 1, что позволяет сделать более плавным изменение напряжения на входе в период переходного процесса, что в свою очередь уменьшает экстремальное воздействие токовых перегрузок в линии.
Исполнение коммутатора 2 в виде статического преобразователя напряжение - ток, другими словами стабилизатора тока, позволяет уменьшить требование к динамическим параметрам линии, следствием чего является уменьшение электромагнитных помех, а также возникает возможность упростить линию.
Коммутатор 2 в виде статического преобразователя напряжение - ток воспринимает и реализует две внешне команды на включение (ВКЛ) и отключение (ОТКЛ) потребителя и не ограничивает число коммутаций, поскольку эта функция реализуется на полупроводниковых элементах. При выполнении этой функции можно заменить ступенчатое воздействие на потребитель на более "мягкое" экспоненциальное, что способствует уменьшению величины пускового тока, и за счет этого происходит уменьшение возмущающего воздействия на источник электроэнергии и, как следствие, уменьшение пульсации напряжения на шинах.
Следующее положительное качество новой системы распределения электроэнергии возникает в связи с передачей по линии электропередачи 3 тока стабильной величины. К линии при этом не предъявляется ни каких динамических требований. Для стабильного тока линия является статическим звеном. Поэтому в ней допустимы более высокие падения напряжения, допустима более высокая индуктивность и емкость. Поэтому допустимо выполнение этой линии из проводов меньшего сечения, меньшей стоимости и меньшего веса. Изменение величины потребляемой мощности конкретным потребителем ведет только к изменению величины напряжения в этой линии, которое не приводит к появлению помех ни для нагрузки на конце линии, ни для соседних линий, поскольку ток в линии всегда стабилен. Если оба провода линии расположены рядом, суммарное магнитное и электрическое поле всегда будет равно нулю.
Коммутатор 4, выполненный в виде статического преобразователя ток - напряжение, стабилизируя напряжение, во-первых, обеспечивает конкретному потребителю 9 напряжение желаемой величины и желаемого качества при неизменном напряжении на общем источнике. Получение напряжения высокого качества обеспечивается местной короткой обратной связью. Во-вторых, все помехи, возникающие в связи с особенностью работы конкретного потребителя 9, локализуются непосредственно в цепях этого потребителя в районе от коммутатора 4 до потребителя. Коммутатор 4 в виде статического преобразователя ток - напряжение является как бы "фильтром-пробкой", защищающим линии и общий источник от помех, имеющихся на клеммах потребителя.
Таким образом:
1) не возникает помех в линиях от изменения потребляемой мощности приемниками электроэнергии;
2) допустимо уменьшение сечения проводов каждой линии, отходящей от шин общего источника, за счет вновь появившейся возможности по увеличению напряжения и возможности по увеличению допустимого падения напряжения в этих проводах;
3) имеется возможность обеспечить на потребителях электроэнергии напряжение необходимой для конкретного потребителя величины, отличающейся от напряжения на общем источнике без специального вторичного преобразователя;
4) обеспечивается большое количество включений и отключений потребителей электроэнергии за счет замены электромеханических коммутаторов статическим преобразователем, включающимся и выключающимся с помощью подачи команд.
1) не возникает помех в линиях от изменения потребляемой мощности приемниками электроэнергии;
2) допустимо уменьшение сечения проводов каждой линии, отходящей от шин общего источника, за счет вновь появившейся возможности по увеличению напряжения и возможности по увеличению допустимого падения напряжения в этих проводах;
3) имеется возможность обеспечить на потребителях электроэнергии напряжение необходимой для конкретного потребителя величины, отличающейся от напряжения на общем источнике без специального вторичного преобразователя;
4) обеспечивается большое количество включений и отключений потребителей электроэнергии за счет замены электромеханических коммутаторов статическим преобразователем, включающимся и выключающимся с помощью подачи команд.
На предприятии опробован предлагаемый способ подключения потребителей электроэнергии к общепромышленной системе электроснабжения, испытания подтвердили осуществимость предлагаемой системы и его практическую ценность.
Литература
1. Справочник инженера по авиационному и электронному оборудованию самолетов и вертолетов, М., Транспорт, 1979 г.
1. Справочник инженера по авиационному и электронному оборудованию самолетов и вертолетов, М., Транспорт, 1979 г.
2. И.М. Синдеев. Электроснабжение летательных аппаратов, М., Транспорт, 1982 г.
3. Описание изобретения к патенту российской федерации RU 2105988 С1, 27.02.98.
4. Материал из Интернета "SIEMENS. PROFET, Funktional Description & Application Notes" Semiconductor Group, 04.03.97, стр.2-1, рис.2.1.
Claims (1)
- Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника, содержащая коммутаторы и линию электропередачи, состоящую из прямого и обратного провода, отличающаяся тем, что коммутаторы, установленные на шинах общего источника, выполнены в виде статического преобразователя напряжение - ток, а коммутаторы, установленные на конце линий электропередачи, выполнены в виде статического преобразователя ток - напряжение, представляющего собой параллельный транзисторный ключ, к которому подключен широтно-импульсный модулятор с конденсаторным фильтром на выходе, при этом между транзисторным ключом и конденсаторным фильтром подсоединен диод в прямом направлении для исключения обратной реакции по напряжению в линию питания от потребителя электроэнергии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120571/09A RU2201645C1 (ru) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120571/09A RU2201645C1 (ru) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2201645C1 true RU2201645C1 (ru) | 2003-03-27 |
Family
ID=20251986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001120571/09A RU2201645C1 (ru) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2201645C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464689C2 (ru) * | 2006-10-27 | 2012-10-20 | Эрбюс Операсьон (Сас) | Система генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту самолета |
RU2677251C2 (ru) * | 2014-01-14 | 2019-01-16 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Режим ожидания при малой мощности для питаемого устройства в системе распределения мощности |
-
2001
- 2001-07-23 RU RU2001120571/09A patent/RU2201645C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"SIEMENS. PROFET, Funktional Description & Application Notes" Semiconductor Group, 04.03.1997, c.2-1, рис.2.1. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464689C2 (ru) * | 2006-10-27 | 2012-10-20 | Эрбюс Операсьон (Сас) | Система генерирования, преобразования, распределения электроэнергии и запуска на борту самолета |
RU2677251C2 (ru) * | 2014-01-14 | 2019-01-16 | Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. | Режим ожидания при малой мощности для питаемого устройства в системе распределения мощности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU756680B2 (en) | Uninterruptible power supply systems, voltage regulators and operating methods employing controlled ferroresonant transformer circuits | |
US5073848A (en) | Power distribution system | |
CN101960550B (zh) | 绝缘子集成的电源 | |
EP0593258B1 (en) | Power supply | |
US9908489B2 (en) | Power distribution in aircraft | |
US6856047B2 (en) | Power source apparatus | |
Karimov et al. | Analysis of voltage stabilizers and non-contact relays in power supply systems | |
CN111697847B (zh) | Weissach整流器组件 | |
DE3373756D1 (en) | Circuit arrangement for supplying electricity consumers with a dc voltage | |
CN103636110A (zh) | 用于降低电源电路中的功率损耗的系统和方法 | |
KR102088749B1 (ko) | 전원 다중화 기능을 갖는 장수명 전원공급장치 | |
WO2010033759A1 (en) | Binary voltage regulator | |
RU2201645C1 (ru) | Система распределения электроэнергии на постоянном токе от шин общего источника | |
JPS61242155A (ja) | 電信電話装置における加入者接続−端末装置への遠隔伝送のための回路設備 | |
US8018211B2 (en) | Output voltage detecting circuit and switching power supply having such output voltage detecting circuit | |
US6874224B2 (en) | Method for manufacturing a multi-site spare three-phase transformer | |
Bhardwaj et al. | Installation of Automatically Controlled Compensation Banks | |
TW366620B (en) | In-line buck/boost voltage-regulation systems and apparatus | |
US3614599A (en) | Three-phase delta-connected voltage-regulating system and method therefor | |
CN101895122B (zh) | 三相电力稳压器输出电路 | |
RU1831746C (ru) | Электрическа подстанци | |
WO2001057984A1 (de) | Inhärent kurzschlussfestes stromverteilungssystem | |
RU2357344C1 (ru) | Устройство защиты потребителей электроэнергии от кратковременных нарушений электроснабжения | |
SU1226567A1 (ru) | Устройство дл компенсации реактивной мощности | |
CN112615413A (zh) | 一种直流充电单元以及矩阵式充电系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170724 |