CC BY
44
ЛИТЕРАТУРА
1 Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. профессоров МЭИ: И. Н. Орлова и др.). - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.
2. Мазалёва II.H. Усовершенствование устройств распределения реактивных нагрузок судовых синхронных генераторов: Дис. канд. техн. наук. - Владивосток: ДВГТУ, 2006 г. - 275 с.
3 Патент РФ № 2239224. МКИ 7 G 05 F 1/20. Устройство токовой стабилизации источника напряжения. / Кувшинов Г. Е., Мазалева Н. Н. (Россия), Бюл. 2004, № 30. - 5 с.
4 Патент РФ № 2281543,. МПК 7 G 05 F 1/20, H02J 3/46. Устройство для равномерного распределения реактивной мощности / Кувшинов Г. Е., Мазалева Н. Н. (Россия) Бюл. 2006, № 22. — 6 с
5 Патент РФ № 2359310 С1,. МПК 7 G 05 F 1/20, H02J 3/46. Устройство для равномерного распределения реактивной мощности / Кувшинов Г. Е., Мазалева Н. Н., Горбенко Ю.М. (Россия). Бюл. 2009, № 17.-7 с.
6. Константинов В.Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок. - Л.: Судостроение, 1988. - 312 с.
* £ + £ * $ $ Копылов В.В. , Кувшинов Г.Е. , Филоженко АЛО , Чуев Г И. , Шеин А.Н.
*-ИПМТ ДВО РАН " - ДВГТУ (ДВПИ им. В В. Куйбышева) - МГУ им. адм. Г.И. Невельского
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
Автономные инверторы напряжения применяются для питания потребителей переменного тока от сети постоянного тока. К входным зажимам инвертора напряжения обязательно подключён конденсатор. О необходимом значении ёмкости этого конденсатора можно судить по следующему примеру. При номинальном выходном линейном напряжении инвертора 400 В и номинальной мощности его нагрузки 80 кВт (номинальное среднее значение входного тока инвертора составляет 100 А) ёмкость входного конденсатора инвертора напряжения составляет 0,6 Ф. При такой ёмкости этого конденсатора инвертор способен в автономном режиме в течение одной секунды выдавать номинальную мощность, а напряжение этого конденсатора снизится с 800 В до 600 В. При таких больших значениях ёмкости непосредственное подключение конденсатора к источнику может привести к повреждению проводников линии, соединяющей вход инвертора напряжения с источником, а также аппараты защиты этой линии и инвертора.
Принципиальная схема разработанного авторами устройства для подключения автономного инвертора напряжения показана на рис. 1, а [1]. Устройство 1 для подключения инвертора 2 к источнику 3 постоянного тока содержит следующие основные элементы: реактор 4, входной конденсатор 5 инвертора и блок 6 управления зарядом входного конденсатора инвертора. Выходные зажимы 7 и 8 устройства 1 подключены к входным зажимам 9 и 10 инвертора 2. а также к входным зажимам 11 и 12 устройства 1. Зажимы 11 и 12 соединены с первым 13 и вторым 14 источника 3 с помощью линии 15, в которую может входить не показанный на рис. 1, а аппарат для включения и защиты этой линии.
3 rn^rn 1$
14
f r
! О
J? ___г ;:
"jr 40
41}
4h
41 11
Рис. I. Принципиальная схема устройства для подключения автономного инвертора напряжения
В устройство I входит также демпфирующая цепь 16 для ограничения перенапряжений. Она содержит первый 17 и второй 18 резисторы и демпфирующий конденсатор 19. Параллельно первому резистору 17 включён первый выключатель 20 Конденсатор 5 подключён своим первым зажимом 21 к выходному зажиму 7 устройства 1, а вторым зажимом 22, через измерительный преобразователь 23 тока этого конденсатора, — к первому зажиму 24 реактора 4. Второй зажим 25 реактора 4 подключён через первый диод 26 к выходному зажиму 7 устройства 1, а первый зажим 24 реактора 4 подключён через второй диод 27 к выходному зажиму 8 устройства I. Диоды 26 и 27 включены в направлении, не проводящем по отношению к напряжению источника 3. Второй выключатель 28 подключен параллельно диоду 27.Третий выключатель 29 соединяет второй зажим 25 реактора 4 с одним из выходных зажимов 30 инвертора 2. Этот выключатель совместно с реактором 4. измерительным преобразователем 23 тока, конденсатором 5 и электронным ключом 31 инвертора 5, вместе с включённым параллельно ключу 31 обратным диодом 32, образуют цепь заряда конденсатора 5. Блок 6 управления зарядом входного конденсатора инвертора содержит командный элемент 33, измерительные преобразователи 34 и 35 напряжения источника постоянного тока и напряжения входного конденсатора инвертора, запоминающий блок 36. компаратор 37. блок 38 управления электронным ключом и четвёртый выключатель 39. Этот выключатель соединяет выход блока 38 управления электронным ключом с выходом 40 блока 6 управления зарядом конденсатора 5 Выход
40 соединён с управляющим входом электронного ключа 31.
Цепь 16 для ограничения перенапряжений может быть выполнена простейшим образом, как показано на рис. 1, б Она в этом случае состоит из одного элемента — униполярного кремниевого ограничителя
41 напряжения. (Название «униполярный кремниевый ограничитель напряжения» имеет также синонимы: «защитный диод» или «супрессор», а за рубежом используется термин «transient voltage surge suppressor» или сокращенно TVSS.) Цепь 16 для ограничения перенапряжений может быть выполнена также и в виде нескольких последовательно включённых в одном направлении униполярных кремниевых ограничителей 41 напряжения, как показано на рис. 1, е
До подключения к источнику 3 напряжения конденсаторов 5 и 19 равны нулю, а все четыре выключателя 20. 28, 29 и 39 и электронные ключи инвертора разомкнуты. При подключении линии 15 к источнику 3, напряжение которого равно U, начинается процесс заряда демпфирующего конденсатора 19. Ёмкость Cd этого конденсатора в сотни и тысячи раз меньше ёмкости С входного конденсатора 5 инвертора. Зарядный ток конденсатора 19 ограничен сопротивлениями резисторов 17 и 18. После окончания процесса заряда конденсатора 19 его напряжение равно напряжению U
источника 3. Это напряжение, измеренное измерительным преобразователем 34, сохраняется в памяти запоминающего блока 36.
Выключатели 20, 29 и 39 переводят в замкнутое состояние. Процесс заряда конденсатора 5 начинается с воздействия на командный элемент 33, который через блок 38 управления электронным ключом 31 и выключатель 39 подаёт сигнал на включение ключа 31. Скорость нарастания зарядного тока ограничена индуктивностью реактора 4. Электронный ключ 31 переходит в выключенное состояние в момент, когда зарядный ток на первой стадии заряда конденсатора 5 станет равным предельному максимальному значению /С1 , заданному в блоке 37. Начинается вторая стадия процесса заряда конденсатора 5, на которой происходит отдача энергии, запасённой в магнитном поле реактора 4. Ток /с (?) реактора 4 замыкается через конденсатор 5 и диод 26, что приводит к
увеличению напряжения конденсатора 5. Одновременно с переходом ключа 31 в выключенное состояние ток линии, соединяющей устройство 1 с источником 3, начинает проходить не по реактору 4, а по демпфирующей цепи 16. Под действием этого тока напряжение на входных зажимах 11 и 12 устройства 1 увеличится скачком и станет больше напряжения источника 3. Выбором сопротивления второго резистора можно достаточно точно обеспечить желаемое значение перенапряжения. Далее станет проходить быстро затухающий колебательный процесс, после завершения которого ток линии станет равным нулю, а напряжение на входе устройства 1 - равным напряжению источника 3. Когда ток /с (?) снизится до минимального значения 1С2 , блок 37 подаёт сигнал на включение электронного ключа 31. Начинается второй цикл, в котором на первой стадии ключ 31 замкнут и ток 1С (?) возрастает до значения /п , а на второй стадии этот ключ размыкается и ток ¡с (?) падает до
1С2. Эти циклы повторяются до тех пор, когда па первой или второй стадии напряжение ис (/) вырастет до значения, которое хранится в памяти блока 36. Процесс заряда конденсатора 5 закончен. Потери энергии в реакторе 4 тем меньше, чем меньше его активное сопротивление, чем меньше 1(, и чем ближе значение 1(2 к /а . Но при этом возрастает число циклов заряда. Практическая реализация рекомендаций по уменьшению индуктивности реактора и приближении /(2 к имеет два ограничения. Первое из них - это допустимая максимальная частота включения электронного ключа. Второе — это минимальное время, которое необходимо для выполнения ряда операций: измерения текущего значения тока /г (?), сравнения его с заданными пределами 1С1 и /(2, подачи
сигнала на изменение состояния электронного ключа и исполнение им этой команды. Демпфирующую цепь 16 можно заменить униполярным кремниевым ограничителем 41 напряжения, как показано на рис. 1, б, или несколькими последовательно включёнными этими ограничителями (рис. 1, в). Выключатель 20 в таком варианте устройства 1 отсутствует. Разряд индуктивности линии 15 на ограничитель 41 при выключении ключа 31 происходит монотонно и быстрее, чем при наличии демпфирующей цепи. Это свидетельствует о преимуществе использования униполярного кремниевого ограничителя 41 напряжения, по сравнению с демпфирующей цепью 16. Другое преимущество состоит в том, что размеры и масса такого ограничителя меньше, чем сумма аналогичных показателей элементов демпфирующей цепи и выключателя 20. Недостаток применения ограничителя 41 напряжения заключается в довольно большом начальном (при выключении ключа 31) напряжении на зажимах 11 и 12 устройства 1. Оно в 1,5 раза и более превосходит напряжение и источника 3.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент Н02М 7/219. Устройство для подключения автономного инвертора напряжения / Копылов В.В., Кувшинов Г.Е., Филоженко А.Ю., Чуев Г.И., Шеин А.Н. - Положительное решение Роспатента о выдаче патента от 07.07.09. - 16 с.
