RU2345376C1 - Нагрузочно-питающее устройство - Google Patents
Нагрузочно-питающее устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345376C1 RU2345376C1 RU2007130645/28A RU2007130645A RU2345376C1 RU 2345376 C1 RU2345376 C1 RU 2345376C1 RU 2007130645/28 A RU2007130645/28 A RU 2007130645/28A RU 2007130645 A RU2007130645 A RU 2007130645A RU 2345376 C1 RU2345376 C1 RU 2345376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- load
- reversible
- filter
- current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания электротехнических устройств: электрических машин и трансформаторов, автономных инверторов, источников вторичного электропитания, аккумуляторных батарей, солнечных элементов или других источников электрической энергии. Технический результат: возможность одновременного плавного регулирования тока нагрузки по заданному закону (на постоянном и переменном токе) во всех фазах нагружаемого устройства и изменения направления потока мощности. Сущность: в состав нагрузочно-питающего устройства входят m-фазный фильтр, подключенный к зажимам m-фазного объекта испытания, два m-фазных обратимых преобразователя напряжения. Сторона переменного напряжения второго преобразователя подключена через второй фильтр к сети. На управляющий вход первого обратимого преобразователя напряжения подается сигнал от системы управления, сигналом задания для которой является выходной сигнал первого фильтра. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Устройство относится к области преобразовательной техники и может использоваться для испытания электротехнических устройств, электрических машин и трансформаторов, автономных инверторов, источников вторичного электропитания, аккумуляторных батарей, солнечных батарей или других источников электрической энергии.
Из уровня техники известны регулируемые или нерегулируемые активные, активно-индуктивные или активно-емкостные нагрузки (Котеленец Н.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: учебник для вузов / Н.Ф.Котеленец, Н.А.Акимова, М.В.Антонов. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 384 с.), содержащие реостат, индуктивность или емкость. К достоинствам такого устройства относятся относительно низкая стоимость и высокая надежность, возможность поддержания или регулирования тока в широких пределах за счет изменения сопротивления нагрузки. К недостаткам - трудность одновременной плавной регулировки нагрузки во всех фазах m-фазной нагружаемой системы, трудность регулирования угла сдвига φ между напряжением и током, невозможность изменять направление потока мощности, а главное, вся энергия, вырабатываемая источником вторичного напряжения, поглощается в нагрузочных реостатах, переходит в тепло, и рассеивается в окружающую среду. Вследствие этого усложняется проведение испытаний и повышаются затраты.
Известно нагрузочное устройство, содержащее тиристорные преобразователи, которые позволяют осуществлять рекуперацию энергии в сеть, изменять направление потока мощности (Зорохович А.Е. Устройства для заряда и разряда аккумуляторных батарей / А.Е.Зорохович, В.П.Вольский, Ф.И.Эйгель. - М.: Энергия, 1975. - 208 с.). Однако их использование возможно только на постоянном токе, также такие устройства характеризуются низким коэффициентом мощности и оказывают вредное влияние на сеть, генерируя высшие гармоники.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является электронная нерассеивающая нагрузка (Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М.: Техносфера, 2005. - 632 с.), содержащая источник электропитания, фильтры радиопомех на входе и выходе нагрузки, два преобразователя тока и ведомый сетью инвертор, между преобразователями устанавливают емкостной накопитель энергии.
Фильтры защищают сеть и источник электропитания от помех, генерируемых в узлах электронной нерассеивающей нагрузки. Первый преобразователь тока служит для формирования заданного выходного тока источника питания - входного тока нагрузки. Задача второго преобразователя - сформировать синусоидальный ток. Инвертор передает синусоидальный ток в сеть, обеспечивая совпадение фаз тока и напряжения в сети. Емкостной накопитель энергии компенсирует мгновенную разницу между постоянной во времени входной мощностью электронной нагрузки и мгновенной мощностью, передаваемой в сеть и изменяющейся с удвоенной частотой сети.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность изменения в нем направления потока мощности, сложное трехступенчатое преобразование энергии, а также возможность работы только на постоянном токе.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в возможности одновременного плавного регулирования полного сопротивления и угла сдвига φ между напряжением и током во всех фазах нагружаемого устройства и получение высоких энергетических показателей (cosφ=1) при передаче энергии в сеть, а также в возможности передачи энергии от испытываемого объекта в сеть переменного тока и обратно, то есть, изменение направления потока мощности.
Предлагаемое нагрузочно-питающее устройство содержит последовательно включенные первый m-фазный фильтр, подключенный к зажимам m-фазного объекта испытания, m-фазную нагрузку, второй m-фазный фильтр, подключенный к сети переменного тока, согласно изобретению m-фазная нагрузка выполнена на основе двух m-фазных обратимых преобразователей напряжения, соединенных на стороне постоянного тока, сторона переменного тока первого обратимого преобразователя напряжения присоединена к m-фазному фильтру, подключенному к объекту испытания, а сторона переменного тока второго обратимого преобразователя напряжения присоединена к m-фазному фильтру, подключенному к сети.
Кроме того, в нагрузочно-питающем устройстве напряжения объекта испытания подаются на входы системы управления первого обратимого преобразователя напряжения через делители и фазосдвигающие устройства.
На входы системы управления обратимого преобразователя напряжения подаются сигналы постоянной амплитуды и фазы с частотой, соответствующей частоте объекта испытания.
Выполнение m-фазной нагрузки на основе двух m-фазных обратимых преобразователей напряжения позволяет изменять направление потока мощности.
Управление первым обратимым преобразователем напряжения осуществляется от системы управления, на которую подается сигнал, пропорциональный выходному напряжению испытываемого устройства и сдвинутый относительно него на заданный угол, или сигнал заданной амплитуды и фазы. Это обеспечивает имитацию активно-индуктивной (активно-емкостной) нагрузки или имитацию стабилизации тока нагрузки.
Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенными энергетическими показателями, возможностью одновременного плавного регулирования нагрузки по заданному закону (на постоянном и переменном токе) во всех фазах нагружаемого устройства, а также это рекуперирующий преобразователь электроэнергии позволяющий изменять направление потока мощности.
При исследовании предлагаемого устройства по патентной и научно-технической литературе не выявлены технические решения, содержащие признаки, эквивалентные признакам заявляемого нагрузочно-питающего устройства и, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг.1 - структурная схема предлагаемого устройства;
Фиг.2 - структурная схема однофазных обратимых преобразователей напряжения, собранных по однофазной полумостовой схеме;
Фиг.3 - структурная схема обратимых преобразователей напряжения, собранных по трехфазной мостовой схеме.
В состав нагрузочно-питающего устройства (фиг.1) входят первый m-фазный фильтр 1, подключенный к зажимам m-фазного объекта испытания 2, два обратимых преобразователя напряжения 3 и 4, сторона переменного напряжения второго преобразователя 4 подключена через второй фильтр 5 к сети 6, на управляющий вход первого обратимого преобразователя напряжения 3 подается сигнал от системы управления 7, сигналом задания для которой является выходной сигнал первого фильтра 1.
Каждый m-фазный обратимый преобразователь напряжения 3 и 4 выполнен по схеме автономного инвертора напряжения, работающего как в инверторном, так и в выпрямительном режимах (фиг.2).
Устройство работает следующим образом.
Первый обратимый преобразователь напряжения 3 имитирует заданное линейное комплексное сопротивление нагрузки за счет обеспечения заданного системой управления 7 тока, линейно зависящего от напряжения фазы объекта и угла сдвига φ между напряжением и током.
Второй обратимый преобразователь напряжения 4 возвращает энергию в сеть, с заданным cosφ (близким к 1), обеспечивая стабилизацию напряжения на емкостном накопителе, роль последнего выполняет конденсатор на стороне постоянного напряжения самих обратимых преобразователей напряжения.
Система управления 7 первого обратимого преобразователя напряжения 3 построена на базе микроконтроллера, например, AVR типа ATmega8535, что позволяет на программном уровне реализовывать практически любые законы управления обратимым преобразователем напряжения, в частности формировать сигнал заданной фиксированной амплитуды или пропорциональный выходному напряжению испытываемого устройства и сдвинутый относительно него на заданный угол.
В первом обратимом преобразователе напряжения 3 (фиг.2 для однофазной системы или фиг.3 для трехфазной системы) можно формировать сетевой ток в фазе или противофазе по отношению к напряжению сети путем сравнения его с заданным током. Управление первым обратимым преобразователем напряжения 3 может быть релейное или в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В первом случае транзисторы стойки включаются в моменты, когда ток i1 уменьшается ниже заданного значения iзад, и выключаются, когда превышает. Чем меньше ширина токового коридора Δi, тем точнее формируется синусоида, но тем выше частота коммутации транзисторов.
Если при релейном регулировании заданный ток совпадает с напряжением питания по форме и по фазе, то cosφ=1 и схема обладает высокими энергетическими показателями. Но может быть реализован любой угол φ между напряжением и током, что используется в первом обратимом преобразователе напряжения 3.
При ШИМ-регулировании формируется гладкая составляющая напряжения на зажимах ab (фиг.2) так, чтобы под действием разности этого напряжения и напряжения сети протекал синусоидальный ток, сдвинутый на заданный угол φ между напряжением и током. Во втором обратимом преобразователе напряжения 4 применяется стандартная система управления [www.siemens.ru], обеспечивающая поддержание напряжения на конденсаторе и расчет сетевого тока.
Подробно работа обратимого преобразователя напряжения рассмотрена в статьях М.В.Гельмана и Ю.Г.Быкова (Гельман, М.В. Анализ электромагнитных процессов в однофазном обратимом преобразователе напряжения // Вестник ЮУрГУ, серия «Энергетика». - Челябинск; Изд-во ЮУрГУ, 2002. - Вып.2. - №7. - С.45-48; Быков, Ю.Г. Регулировочные характеристики однофазного обратимого преобразователя напряжения / Ю.Г.Быков, Ю.М.Иньков, М.Д.Симонов // Электричество. - 1996. - №9. - С.63-66).
Практическое применение.
Опытный образец рассмотренного устройства был опробован в автоматизированном лабораторном комплексе по преобразовательной технике на кафедре «Электропривод и автоматизация» Южно-Уральского государственного университета. Как оказалось, его внедрение позволит одновременно плавно регулировать нагрузку во всех фазах, получать высокие энергетические показатели (cosφ=1), обеспечить передачу мощности в обоих направлениях.
Claims (3)
1. Нагрузочно-питающее устройство, содержащее последовательно включенные m-фазный фильтр, подключенный к зажимам m-фазного объекта испытания, m-фазную нагрузку, второй m-фазный фильтр, подключенный к сети переменного тока, и отличающееся тем, что m-фазная нагрузка выполнена на основе двух m-фазных обратимых преобразователей напряжения, соединенных на стороне постоянного тока, сторона переменного тока первого обратимого преобразователя напряжения присоединена к m-фазному фильтру, подключенному к объекту испытания, а сторона переменного тока второго обратимого преобразователя напряжения присоединена к m-фазному фильтру, подключенному к сети.
2. Нагрузочно-питающее устройство по п.1, отличающееся тем, что напряжения объекта испытания подаются на входы системы управления первого обратимого преобразователя напряжения через делители и фазосдвигающие устройства.
3. Нагрузочно-питающее устройство по п.1, отличающееся тем, что на входы системы управления обратимого преобразователя напряжения подаются сигналы постоянной амплитуды и фазы с частотой, соответствующей частоте объекта испытания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007130645/28A RU2345376C1 (ru) | 2007-08-10 | 2007-08-10 | Нагрузочно-питающее устройство |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007130645/28A RU2345376C1 (ru) | 2007-08-10 | 2007-08-10 | Нагрузочно-питающее устройство |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2345376C1 true RU2345376C1 (ru) | 2009-01-27 |
Family
ID=40544362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007130645/28A RU2345376C1 (ru) | 2007-08-10 | 2007-08-10 | Нагрузочно-питающее устройство |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2345376C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112865554A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-05-28 | 江苏金智科技股份有限公司 | 一种单相或三相交流电源复用型的电力电子负载装置 |
-
2007
- 2007-08-10 RU RU2007130645/28A patent/RU2345376C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112865554A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-05-28 | 江苏金智科技股份有限公司 | 一种单相或三相交流电源复用型的电力电子负载装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vázquez et al. | A new common-mode transformerless photovoltaic inverter | |
Sirisukprasert | Optimized harmonic stepped-waveform for multilevel inverter | |
Babaei et al. | Cascaded multilevel inverter using sub-multilevel cells | |
US9812949B2 (en) | Poly-phase inverter with independent phase control | |
US7046531B2 (en) | Transformerless static voltage inverter for battery systems | |
US20190157986A1 (en) | Inverter device, energy storage system and method of controlling an inverter device | |
US20160126862A1 (en) | Method and system for operating a multilevel inverter | |
Shobini et al. | Analysis and simulation of flying capacitor multilevel inverter using PDPWM strategy | |
Kumar et al. | Comparative analysis of dual active bridge isolated DC to DC converter with single phase shift and extended phase shift control techniques | |
Vijayaraja et al. | A new topology of multilevel inverter with reduced part count | |
EP2368316B1 (en) | Current source element | |
Uddin et al. | Implementation of cascaded multilevel inverter with reduced number of components | |
US10205407B2 (en) | Inverter device, energy storage system and method of controlling an inverter device | |
Tirupathi et al. | A three‐phase inverter circuit using half‐bridge cells and T‐NPC for medium‐voltage applications | |
Arnaudov et al. | Modeling of multiphase converter for charging of energy storage elements | |
Kaviani et al. | A switching pattern for single-phase single-stage current source boost inverter | |
RU2345376C1 (ru) | Нагрузочно-питающее устройство | |
Gopalakrishnan et al. | Space vector based modulation scheme for reducing capacitor RMS current in three-level diode-clamped inverter | |
Karugaba et al. | Carrier based PWM scheme for a three-level diode-clamped five-phase voltage source inverter ensuring capacitor voltage balancing | |
Sharmeela et al. | Multi-level distribution STATCOM for voltage sag and swell reduction | |
RU2406097C1 (ru) | Нагрузочно-питающее устройство | |
Rahman et al. | A zero crossing PWM controller of a full bridge single phase synchronous inverter for microgrid systems | |
Zhonglai et al. | The DC capacitors' voltage balancing strategy for cascaded H-bridge converter based STATCOM | |
Arvindan et al. | Performance analysis of three-phase PWM AC chopper feeding a delta connected load | |
Vijayaraja et al. | An investigation and design of symmetric and asymmetric inverter for various applications |