RU2642433C1

RU2642433C1 - Proportional redistribution of actual electric voltage for end consumers

Info

Publication number: RU2642433C1
Application number: RU2016130598A
Authority: RU
Inventors: Владислав Валерьевич Резепкин
Original assignee: Владислав Валерьевич Резепкин
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-01-25

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method of proportional redistribution of actual electric voltage to a group of consumers is to reallocate the switching on and off of each consumer to the operating voltage in series, one after another through individual or group power keys of proportionally set power and selected time range, in order to utilise the full-time period range of the actual electric voltage.

EFFECT: increasing the efficiency of the use of electric power.

16 dwg

Description

Наша электрическая сеть переменного напряжения - частота 50 Гц, действующее напряжение 220 В (Рис. 1.1).Our AC mains is a frequency of 50 Hz, an effective voltage of 220 V (Fig. 1.1).

Очень часто приходится применять электрические устройства, регулируя их потребляемую мощность. Это связано с нашими запросами и потребностями (например: регулирование яркости освещения, скорости вращения двигателя). Делается это примерно так. Осуществляется контроль перехода напряжения через точку нулевого значения (Рис. 1.2). Затем, происходит временная задержка включения нагрузки от 0 до 10 мс (до следующего перехода напряжения через нулевое значение). Значение задержки включения нагрузки определяет регулирование мощности потребителя: значение задержки 0 мс - мощность максимальная, значение задержки 10 мс - мощность потребления стремится к нулю (для частоты сетевого напряжения 50 Гц). Когда режим включения сформирован пятимиллисекундной задержкой, на нагрузку подается половина от максимального действующего значения напряжения (Рис. 2.1, участок 1). Включение происходит с помощью электронного ключа. Чаще всего это полупроводниковый элемент четырехслойной или более сложной структуры, такой как тиристор или симметричный тиристор (Рис. 2.2). По команде на управляющем электроде элемент открывается, и проводит электрический ток до потребителя. Закрывается он в результате прекращения протекания электрического тока, то есть при переходе подаваемого переменного напряжения через нулевое значение (Рис. 1.2). Эта система регулирования потребления электрической энергии очень давно и широко используется в мире. Это самый распространенный способ регулирования.Very often it is necessary to use electrical devices, adjusting their power consumption. This is due to our needs and requirements (for example: adjusting the brightness of lighting, engine speed). This is done approximately like this. The voltage transition through the zero point is monitored (Fig. 1.2). Then, there is a time delay of turning on the load from 0 to 10 ms (until the next voltage transition through a zero value). The load on hold delay value is determined by the consumer power control: delay value 0 ms - maximum power, delay value 10 ms - power consumption tends to zero (for a mains frequency of 50 Hz). When the switching mode is formed by a five-millisecond delay, half of the maximum effective voltage value is applied to the load (Fig. 2.1, section 1). Switching on is done using an electronic key. Most often it is a semiconductor element of a four-layer or more complex structure, such as a thyristor or a symmetric thyristor (Fig. 2.2). At the command of the control electrode, the element opens and conducts electric current to the consumer. It closes as a result of the termination of the flow of electric current, that is, when the supplied alternating voltage passes through a zero value (Fig. 1.2). This system of regulating the consumption of electric energy has long been and is widely used in the world. This is the most common way to regulate.

Недостатком данного технического решения является частичное использование подаваемого напряжения. Например, группа однотипных потребителей включается на половинную мощность (Рис. 2.1). Таким образом, потребление электрической энергии происходит на второй половине полуволны подаваемого напряжения. Рис. 3.1 демонстрирует протекание электрического тока в этой группе устройств. Линия 1 отражает протекание электрического тока одной нагрузки, включенной на половинную мощность. Линия 2 - две нагрузки. Линия 3 - три нагрузки, включенные на половинную мощность. И так далее. Первая половина полуволны остается неиспользуемой, и электрический ток не протекает. Зато вторая половина включается по полной схеме, и подключение большого числа потребителей приводит к искажению формы сетевого напряжения, вызванному неравномерным потреблением (Рис. 3.2). То есть при уменьшении энергопотребление в два раза эффективность использования электроэнергии понижается в два раза. Если энергопотребление уменьшить в три раза, то эффективность упадет в три раза (Рис. 4.1, Рис. 4.2).The disadvantage of this technical solution is the partial use of the supplied voltage. For example, a group of the same type of consumers is switched on at half capacity (Fig. 2.1). Thus, the consumption of electrical energy occurs in the second half of the half-wave of the supplied voltage. Fig. 3.1 shows the flow of electric current in this group of devices. Line 1 reflects the flow of electric current of one load, included at half power. Line 2 - two loads. Line 3 - three loads included at half power. And so on. The first half of the half-wave remains unused, and no electric current flows. But the second half is turned on according to the full scheme, and connecting a large number of consumers leads to a distortion in the shape of the mains voltage caused by uneven consumption (Fig. 3.2). That is, with a decrease in energy consumption by half, the energy efficiency decreases by half. If energy consumption is reduced by a factor of three, then efficiency will drop by a factor of three (Fig. 4.1, Fig. 4.2).

Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является использование всего диапазона напряжения, то есть добиться максимальной эффективности использования электрической энергии за счет перераспределения действия электрического напряжения в группе потребителей, индивидуально для каждого элемента или на заранее определенную группу. Делается это примерно так. При снижении потребляемой мощности на 50% делаем перераспределение включения потребителей (Рис 5.1). Одну часть устройств включаем в диапазоне задержки от 0 до 5 мс, участок 1, другую часть - от 5 до 10 мс, участок 2. Протекание электрического тока в этой цепи выглядит примерно как на Рис. 5.2. Также половинная мощность потребления может выглядеть как на Рис. 6.1.The task to which the claimed method is directed is to use the entire voltage range, that is, to achieve maximum efficiency in the use of electric energy by redistributing the effects of electric voltage in a group of consumers, individually for each element or to a predetermined group. This is done approximately like this. With a 50% reduction in power consumption, we redistribute the inclusion of consumers (Figure 5.1). We turn on one part of the devices in the delay range from 0 to 5 ms, section 1, the other part - from 5 to 10 ms, section 2. The flow of electric current in this circuit looks approximately like in Fig. 5.2. Also, half the power consumption may look like in Fig. 6.1.

Если есть необходимость снижения энергопотребления более чем в два раза, это делается путем пересчета, необходимая мощность - временной диапазон. И самое главное использовать весь временной диапазон действующего напряжения, не перегружая отдельные его участки. Например, нагрузка потребляет 30% мощности. Выглядит это как на Рис. 6.2If there is a need to reduce energy consumption by more than two times, this is done by recounting, the required power is the time range. And most importantly, use the entire time range of the current voltage without overloading its individual sections. For example, the load consumes 30% of the power. It looks like in Fig. 6.2

Данная задача решается за счет того, что заявленное пропорциональное перераспределение действующего электрического напряжения для конечных потребителей осуществляется с помощью индивидуального или группового контроллера, запрограммированного на определенный режим работы и имеющего возможность дистанционного управления, который управляет индивидуальным силовым ключом (Рис. 7.1). В качестве силового элемента можно использовать транзисторы любой структуры, например, биполярные, полевые, комбинированные (IGBT). Это дает возможность перераспределить действие электрической энергии на потребителей таким образом, чтобы избежать сильных бросков электрического тока в линии и эффективным образом расходовать электрическую энергию в режимах снижения энергопотребления.This problem is solved due to the fact that the claimed proportional redistribution of the effective electric voltage for end consumers is carried out using an individual or group controller programmed for a specific mode of operation and having the ability to remotely control which controls an individual power switch (Fig. 7.1). As a power element, you can use transistors of any structure, for example, bipolar, field, combined (IGBT). This makes it possible to redistribute the effect of electric energy on consumers in such a way as to avoid strong inrush currents in the line and to efficiently expend electric energy in power-saving modes.

Предлагается еще одно возможное применение этого метода. До этого момента говорилось о применении переменного напряжения, но сегодня приходящее переменное напряжение к потребителю в большей части выпрямляется и преобразовывается. Преобразователи применяются разных мощностей. Очень широкое применение получили преобразователи малой мощности за миниатюрные габариты и низкий вес. Так вот данное предложение касается именно преобразователей малой мощности. И в этом предложении основной мыслью является не экономия электроэнергии, а нормальное, безаварийное функционирование преобразователя.Another possible application of this method is proposed. Up to this point, the use of alternating voltage was discussed, but today the incoming alternating voltage to the consumer is mostly rectified and converted. Converters are used in different capacities. Low power converters have been widely used for their miniature dimensions and low weight. So this proposal applies specifically to low power converters. And in this proposal, the main idea is not energy saving, but the normal, trouble-free operation of the converter.

К сожалению, наши электрические сети не могут называться идеальными. Электрическое напряжение на линии может изменяться по ряду причин. Например, погодные условия, количество и мощность потребителей, качество или распределения самой сети. Так вот преобразователи маленькой мощности стараются сделать как можно меньше, чаще всего за счет уменьшения предельных характеристик используемых электронных компонентов, отдавая предпочтение минимизации. И эксплуатация таких преобразователей при идеальном напряжении может быть долгой, или даже бесконечной, но при снижении или при увеличении напряжения меняются режимы работы преобразователей. И если с понижением напряжения можно справиться достаточно простыми способами, то с повышением напряжения удается справиться не всегда. А особенно при большом увеличении, когда напряжение возрастает до 380 В вследствие специфики доставки электрической энергии к потребителю и нарушения подводящих электрических сетей.Unfortunately, our electrical networks cannot be called ideal. Line voltage can vary for a number of reasons. For example, weather conditions, quantity and capacity of consumers, quality or distribution of the network itself. So, small power converters try to make as little as possible, most often by reducing the limiting characteristics of the electronic components used, preferring minimization. And the operation of such converters at ideal voltage can be long, or even endless, but when the voltage decreases or increases, the operating modes of the converters change. And if a decrease in voltage can be dealt with in fairly simple ways, then it is not always possible to cope with an increase in voltage. And especially with a large increase, when the voltage rises to 380 V due to the specifics of the delivery of electrical energy to the consumer and the violation of the supply electrical networks.

Таким образом, предлагается способ программного включения выпрямительного моста для преобразователя (Рис. 7.2). Устройство анализирует входное напряжение и дает команду на включение или выключение подачи сетевого напряжения на преобразовательное устройство. В случае отсутствия нормального напряжения на входе преобразователя, а в нашем случае - это напряжение, превышающее предельно допустимое, устройство дает сигнал на включение в тот момент, когда напряжение на входе удовлетворяет нашим граничным условиям и выключает подачу электричества, когда граничные условия превышаются, то есть перераспределяя входное напряжение, исключая опасные участки. Используются участки 1 (Рис. 8.1).Thus, a method for programmatically turning on the rectifier bridge for the converter is proposed (Fig. 7.2). The device analyzes the input voltage and gives a command to enable or disable the supply of mains voltage to the converter device. In the absence of a normal voltage at the input of the converter, and in our case this voltage exceeds the maximum allowable, the device gives a signal to turn on at the moment when the voltage at the input satisfies our boundary conditions and turns off the electricity supply when the boundary conditions are exceeded, i.e. redistributing the input voltage, excluding hazardous areas. Plots 1 are used (Fig. 8.1).

Получая необходимое количество электричества, устройство продолжает нормально работать. В этом случае, когда указанное устройство работает при повышенном напряжении на входе, можно сделать индикацию или сигнализацию превышения сетевого напряжения.Receiving the necessary amount of electricity, the device continues to work normally. In this case, when the specified device operates at an increased input voltage, it is possible to make an indication or signaling of an excess of the mains voltage.

Claims

The method of proportional redistribution of the effective electric voltage for a group of consumers, which consists in redistributing the switching on and off of each consumer to the operating voltage in series with each other using individual or group power keys in proportion to the set power and the selected time range, in order to uniformly use the entire time range of the period of the current electrical voltage.