Пристрій та спосіб перенесення заряду

1. Спосіб перенесення електричного заряду між засобом накопичення заряду і першим силовим терміналом, що містить першу множину клем, який полягає у тому, що переносять заряд між засобом накопичення заряду і першою клемою першої множини клем через індуктивний блок, який відрізняється тим, що при перенесенні заданої величини заряду між засобом накопичення заряду і першою клемою першої множини клем, генерують сигнал керування, який забезпечує електричне перемикання з першої клеми на другу клему з першої множини клем, переносять заряд між засобом накопичення заряду і другою клемою першої множини клем через індуктивний блок. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують другий силовий термінал, який містить другу множину клем, переносять заряд між засобом накопичення заряду і першою клемою другої множини клем через індуктивний блок, при перенесенні заданої величини заряду між засобом накопичення заряду і першою клемою з другої множини клем, замінюють першу клему на другу клему з другої множини клем, переносять заряд між засобом накопичення заряду і другою клемою другої множини клем через індуктивний блок. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що додатково вибирають конфігурацію першого силового терміналу як силового терміналу змінного стру 2 (19) 1 3 83615 4 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що качів по перенесенню третьої заданої кількості використовують індуктивний блок, який містить заряду між першою клемою другої множини клем один дросель. та засобом накопичення заряду і по перенесенню 14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що четвертої заданої кількості заряду між другою використовують індуктивний блок, який містить клемою другої множини клем та засобом накопиобмотки однофазного трансформатора. чення заряду, причому відношення третьої заданої 15. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількості заряду, перенесеної між засобом накопивідношення заряду, перенесеного між засобом чення заряду і першою клемою другої множини накопичення заряду і першою клемою першої клем, і четвертої заданої кількості заряду, перенемножини клем, і заряду, перенесеного між засобом сеної між засобом накопичення заряду і другою накопичення заряду і другою клемою першої мноклемою другої множини клем, дорівнює відношенжини клем, дорівнює відношенню струмів, що відню струмів, що видаються на першу клему та на бираються з першої клеми першої множини клем і другу клему др угої множини клем. з другої клеми першої множини клем. 20. Пристрій перенесення заряду за п. 19, в якому 16. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що перенесення заряду з першого силового термінала відношення заданої величини заряду, перенесенона засіб накопичення заряду чергують з перенего між засобом накопичення заряду і першою клесенням заряду із засобу накопичення заряду на мою другої множини клем, і заряду, перенесеного другий силовий термінал. між засобом накопичення заряду і другою клемою 21. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який другої множини клем, дорівнює відношенню струвідрізняє ться тим, що конфігурація першого симів, що подаються на першу клему др угої множини лового термінала забезпечує прийом багатофазклем і на другу клему другої множини клем. ного змінного струму, а конфігурація другого сило17. Пристрій перенесення заряду, який містить вого термінала забезпечує вивід багатофазного індуктивний блок, засіб накопичення заряду, підзмінного струму. ключений до індуктивного блока для утворення, 22. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який спільно з індуктивним блоком, резонансного конвідрізняє ться тим, що блок керування виконаний туру, перший силовий термінал, який містить перз можливістю керування другими перемикачами шу множину клем, який відрізняється тим, що для відновлення форми хвилі змінного струму на додатково містить множину перших перемикачів другому силовому терміналі. для підключення першого силового термінала до 23. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який резонансного контуру, відрізняє ться тим, що конфігурація першого сиблок керування для керування роботою множини лового термінала забезпечує прийом багатофазперших перемикачів для перенесення заряду між ного змінного струму, а конфігурація другого силопершою клемою першої множини клем і засобом вого термінала забезпечує вивід постійного накопичення заряду через індуктивний блок, і коли струму. задана кількість заряду передана між засобом 24. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який накопичення заряду і першою клемою першої відрізняє ться тим, що конфігурація першого симножини клем, для заміщення першою клемою лового термінала забезпечує прийом постійного першої множини клем на другу клему першої мноструму, а конфігурація другого силового термінала жини клем, і потім передачі між засобом накопизабезпечує вивід багатофазного змінного струму. чення заряду і другою клемою першої множини 25. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який клем через індуктивний блок. відрізняє ться тим, що конфігурація першого си18. Пристрій перенесення заряду за п. 17, який лового термінала забезпечує прийом постійного відрізняє ться тим, що блок керування виконаний струму, а конфігурація другого силового термінала також з можливістю керування роботою множини забезпечує вивід постійного струму. перемикачів для перенесення першої заданої кіль26. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який кості заряду між першою клемою першої множини відрізняє ться тим, що конфігурація першого сиклем та засобом накопичення заряду, а також для лового термінала забезпечує прийом багатофазперенесення другої заданої кількості заряду між ного змінного струму, і блок керування виконаний з другою клемою першої множини клем і засобом можливістю керування множиною других переминакопичення заряду, причому відношення першої качів для одержання усередненого струму, що заданої кількості заряду, переданої між засобом виражається рядом Фур'є. накопичення заряду і першою клемою першої 27. Пристрій перенесення заряду за п. 26, який множини клем, і другої заданої кількості заряду, відрізняє ться тим, що Фур'є-компоненти такі, що переданої між засобом накопичення заряду і друусереднений струм є синфазним напрузі багатогою клемою першої множини клем, дорівнює відфазного джерела живлення. ношенню струмів, переданих від першої клеми 28. Пристрій перенесення заряду за п. 26, який першої множини клем і другої клеми першої мновідрізняє ться тим, що Фур'є-компоненти такі, що жини клем. усереднений струм зсунутий за фазою на 90 елек19. Пристрій перенесення заряду за п. 18, який тричних градусів відносно напруги багатофазного відрізняє ться тим, що містить другий силовий джерела живлення. термінал, який містить другу множину клем, мно29. Пристрій перенесення заряду за п. 26, який жину других перемикачів, що підключають другий відрізняє ться тим, що Фур'є-компоненти є гармосиловий термінал до резонансного контуру, при нікою основної частоти багатофазного джерела цьому блок керування виконаний також з можливіживлення, в результаті чого усереднений струм стю керування роботою множини других перемиявляє собою гармонічну складову стр уму. 5 83615 6 30. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який 31. Пристрій перенесення заряду за п. 19, який відрізняє ться тим, що перший силовий термінал відрізняє ться тим, що додатково містить шунтуоднаковий з другим силовим терміналом і підклювальний перемикач, підключений паралельно зачений до мережі змінного струму, і блок керування собу накопичення заряду, в якому блок керування призначений для керування множиною перших призначений для керування залишковою напругою перемикачів і множиною други х перемикачів для засобу накопичення заряду. керування реактивним струмом у мережі змінного струму. Даний винахід відноситься, до області силового перетворення електричного струму і, більш точно - до пристрою перенесення заряду та способу для силового перетворення змінного струму, випрямлення змінного струму, інвертування постійного струму у змінний струм, перетворення постійного струму та регулювання реактивної потужності. Хоча винахід має широку область застосування, його корисно використовувати у системах розподілу та передачі потужності на електростанціях загального користування, у промислових, комерційних та морських силових установках. Стандартний випрямний пристрій, в якому використовуються нелінійні пристрої, наприклад діодні або тиристорні мости, обумовлюють наявність гармонік та реактивної потужності у трифазному джерелі живлення змінного струму, до якого підключений пристрій. Гармоніки та реактивна потужність з'являються унаслідок нерівномірного розподілу навантаження між вхідними фазами. Це означає, що відбір струму з фази має місце, коли вхідна фазна напруга змінного струму перевищує вихідну напругу постійного струму, і є відсутнім, коли вхідна фазна напруга змінного струму менше вихідної напруги постійного струму. Електродвигуни з регульованою швидкістю обертання і джерела безперебійного живлення, в яких звичайно передбачене перетворення змінного стр уму у постійний струм з подальшим перетворенням постійного струму у змінний струм для одержання напруги та частоти, необхідної для роботи електродвигуна змінного струму, вносять додаткові спотворення у форму хвилі джерела живлення змінного струму. Погіршення форми хвилі джерела живлення, наприклад, електричної мережі або генератора на морському судні, може призвести до збоїв обладнання, чутливого до «чистоти» джерела живлення. Найближчим аналогом до заявленого винаходу є [патент US 4096557]. У вказаному патенті розкритий керований чотирьохквадрантний конвертер змінної напруги в змінну і постійну напругу з використанням внутрішнього високочастотного резонансного послідовного контура. Вказаний конвертер являє собою двосторонній пристрій для перетворення змінної поліфазної напруги в керовану змінну або постійну напругу, або для зміни цього перетворення на протилежне шляхом використання одного високочастотного контура, що містить послідовні резонансні ланцюги. Підвищуючий перетворювач перетворює вхідну низьку частоту в достатньо високу частоту порядку декілька кілогерців безпосередньо і без проміжного контура постійної напруги і, таким чином, без звичайних низькочастотних фільтрів. Високочастотний контур містить послідовні резонансні ланцюги, які спрощують зв'язок по струму електронних перемикаючих елементів, таких як керовані випрямлячі. Енергія передається від високочастотного контура до низькочастотного вихідного ланцюга через понижувальний перетворювач, що добре відомо в техніці. У пристрої не використовується ніяких схем постійної напруги. Низькочастотний вихідний ланцюг може функціонувати на нульовій частоті і таким чином подавати навантаження постійної напруги. Високочастотний перетворювач для передачі електричної енергії між першою енергетичною системою і другою енергетичною системою, кожна з яких працює щонайменше з двома з'єднувачами, містить конденсатор, індуктор, підключений до вказаного конденсатора для формування послідовного резонансного ланцюга з вказаним конденсатором, перший і другий набори засобів перемикання, підключені до вказаного послідовного резонансного ланцюга між першим і другим з'єднувачами системи і що забезпечують керування струмом, що подається і струмом, що відводиться, між першим і другим з'єднувачами систем, засіб керування, що забезпечує вибіркове включення щонайменше двох засобів перемикання кожного з вказаних першого і другого наборів перемикачів системи для передачі електричної енергії між першою і другою енергетичними системами через постійні струми, які послідовно чергуються в і з будь-якої сторони вказаного резонансного ланцюга в і з першого і другого з'єднувачів, вказаний засіб управління містить датчик струму, призначений для визначення вихідного струму у відповідності зі значенням струму конденсатора, стабілізований струмовий вихід, засіб алгебраїчного підсумовування значень з виходу датчика струму і стабілізованого значення струму, засіб інтегрування, призначений для інтегрування вказаного підсумованого значення, і засіб прийому вихідного сигналу засобу інтегрування, що призначений для активації провідності засобу перемикання і керування середнім значенням струму кожної половини циклу коливань при роботі резонансного ланцюга. В основу даного винаходу поставлена задача створення пристрою та способу перетворення потужності, які дозволяють знизити спотворення форми хвилі джерела живлення змінного струму. 7 83615 8 Згідно з даним винаходом, поставлена задача цюють у режимі автоматичної або природної комувирішується тим, що запропоновано пристрій ретації. Таким чином, він не передбачає зонансного перенесення заряду (ПРПЗ), в якому використання розмикачів, наприклад, інверторів на застосовується спосіб диференціального та посліоснові широтно-імпульсного модулятора (ШІМ), в довного резонансного перенесення заряду яких використовуються прилади на основі комбі(ДППЗ). Вказані ПРПЗ та спосіб ДППЗ забезпечунації біполярного транзистора та польового транють переваги над відомими пристроями перетвозистора з ізольованим затвором або пристрою з рення потужності в тому, що, дозволяють знизити відключенням по керуючому електроду. Тому, ласпотворення форми хвилі джерела живлення нцюг для керування розмиканням перемикачів не змінного струму. потрібний. Для цього ПРПЗ відбирає заряд з усіх фаз баВинахід допускає використання відомих тирисгатофазного джерела живлення пропорційно відторів, які використовуються протягом близько 30 ношенню струмів вхідних фаз. Цей пристрій видає років. На відміну від багатьох відомих силових потужність без гармонік, відбирає потужність з електронних ланцюгів, силові електричні компонеодиничним коефіцієнтом потужності і не вносить у нти, що застосовуються згідно з даним винаходом, джерело живлення змінного струму реактивної доступні і не потребують доробки. Крім того, ці потужності. пристрої мають максимальну гранично допустиму Крім того, оскільки ПРПЗ можна використовунапругу, максимальний гранично допустимий вати у дво х напрямках, він може подавати на баструм та один з самих низьких показників прямого гатофазне джерело живлення змінного струму спаду напруги серед всіх силови х електронних струм без гармонік на основній частоті, а також перемикачів. Ці пристрої також характеризуються синтезувати синусоїдальний струм із заданою часнизькими втратами, низькою вартістю і можуть тотою та фазою. працювати в умовах високих напруг і сильних У загальному випадку робота ПРПЗ здійснюструмів. Таким чином, сучасна технологія дозвоється в два цикли. Протягом першого циклу, з кожляє застосовувати ПРГІЗ в умовах високих потужної фази джерела живлення відбирають потрібний ностей та високих напруг. заряд, яким заряджають засіб накопичення енергії. ПРПЗ та ДППЗ мають широку область застоПротягом другого циклу, засіб накопичення енергії сування. Наприклад, ПРПЗ можна застосовувати розряджають через вихід ПРПЗ. Виконуючи багато як перетворювач змінного струму, де перенесення циклів роботи в секунду, ПРГЗ може витягувати потужності відбувається без звичайного проміжнозаряд з джерела живлення і подавати заряд через го зв'язку по постійному струму. Його також можна вихід ПРПЗ, створюючи потрібну вихідну форму застосовувати як випрямляч змінного струму, інхвилі. вертор постійного струму, перетворювач постійноПри перенесенні заряду може забезпечуватиго струм у, перетворювач з декількома входася, а може і не забезпечуватися, перенесення коми/виходами, компенсатор гармонік, компенсатор рисної енергії на вхід або з входу. Завдяки повтореактивної потужності та електронний трансфоррюваним етапам перенесення заряду можна матор. здійснювати кероване перетікання корисної потуВідмітною особливістю ПРПЗ є те, що силове жності від входу до ви ходу. Повторювані перенеперетворення багатофазного змінного струму у сення заряду можуть також забезпечувати регубагатофазний змінний струм або у постійний струм льовану реактивну потужність джерела живлення не супроводжується генерацією гармонік. Причина змінного струму. полягає у тому, що відбір заряду з усіх фаз здійсПРПЗ можна підключати до джерела багатонюється пропорційно відношенню вхідних фазних фазного змінного струму або до джерела постійнострумів за рахунок диференціальної зарядки засого струму. При цьому, пристрій може видавати бу накопичення заряду від двох вхідних фаз з побагатофазний змінний струм необхідної напруги та дальшим перемиканням з однією з двох фаз на частоти або постійний струм необхідної напруги та третю фазу. Цей процес називається «диференціполярності. Пристрій може перетворювати змінний альне та послідовне резонансне перенесення заструм у змінний струм або постійний струм, а таряду» (ДППЗ). кож постійний струм у змінний струм або постійний Здійснюючи зарядку протягом регульованих струм. інтервалів, навантажують багатофазне джерело У більшості випадків перенесення заряду при живлення змінного струму до потрібного рівня покерованому перетіканні потужності відбувається за тужності на будь-якій частині періоду змінного допомогою перенесення заряду між джерелом струму. Однорідно навантажуючи багатофазне живлення і засобом накопичення заряду з подаджерело живлення змінного струму, підтримують льшим перенесенням заряду між засобом накопизбалансовану та постійну потужність. Керована чення заряду і ви ходом. Однак, можливим є і беззарядка дозволяє відбирати заряд з входу син фапосереднє перетікання потужності від входу до зно з вхідною напругою, що забезпечує на вході виходу. одиничний коефіцієнт потужності. Таким чином, на Керуючи процесом перенесення заряду, можвході ПРПЗ не треба коректувати фазовий кут або на відбирати струм з входу/ви ходу або подавати встановлювати конденсатори компенсації реактийого на вхід/вихід. Усереднюючи струм за допомовної потужності. Даний спосіб застосовний не тільгою фільтра низьких частот, можна практично лікки до трифазної силової системи змінного струму, відува ти пульсацію струму. але передбачає розширення до будь-якої багатоПеревага даного винаходу полягає у можлифазної системи. вості використання потужних тиристорів, які пра 9 83615 10 Завдяки керованому розряду, перетворювач Однофазний трансформатор забезпечує змінного струму може синтезувати ви хідну частоту більш широкий діапазон зміни коефіцієнта транста фаз у. формації за напругою, ніж вищезазначений силоКрім того, перетворювач змінного струму може вий перетворювач змінного струму. Однофазний переносити енергію від джерела живлення зміннотрансформатор можна використовувати як для го струм у на вхід/вихід змінного струму, частота і підвищення, так і для зниження вхідної напруги. фаза якого визначаються іншим джерелом живКрім того, однофазний трансформатор можна вилення змінного струму, наприклад, генератором. користовувати для забезпечення повної гальваніЯкщо подача заряду проводиться синфазно начної розв'язки між входом та виходом. Оскільки прузі іншого джерела живлення змінного струму, однофазний трансформатор розташований у вито відбувається перенесення активної потужності сокочастотному блоці електронного перетворювазмінного струму. Якщо ж подача заряду провоча, розмір магнітного осердя можна зменшити. диться зі зсувом за фазою відносно напруги іншого Крім того, у звичайному трансформаторі змінджерела живлення змінного струму, то має місце ного струму магнітний потік підтримується постійтакож перенесення реактивної потужності. Цей но, при будь-якому коефіцієнті навантаження, чережим роботи дозволяє регулювати перенесення рез що його К.К.Д. значно знижується при низьких потужності між двома джерелами живлення змінта середніх навантаженнях. Даний винахід дозвоного струму, які відрізняються за фазою, напругою ляє забезпечувати відносно постійний К.К.Д., оскіта частотою. льки магнітний потік виникає в осерді трансфорПеретворювач змінного струму здійснює регуматора тільки при передачі потужності. льоване перенесення потужності між системами з Трансформатор може бути елементом зарядрізними напругами. Він забезпечує кероване переного ланцюга, коли він розташований між вхідними тікання потужності до системи з нестабільною наперемикачами та засобом накопичення заряду, пругою, фазою та частотою. Наприклад, перетвоабо елементом розрядного ланцюга, коли він розрювач змінного струму можна використовувати в ташований між засобом накопичення заряду та електричній мережі як шлюзовий контролер для вихідними перемикачами. керування перетіканням потужності. Шлюзовий Використовуючи однофазний трансформатор, контролер може регулювати перетікання потужноможна застосовувати ПРПЗ як регульований елексті по лінії передачі змінного струму і обмежувати тронний трансформатор. Коли на підприємстві перетікання потужності відповідно до граничної потрібно знижувати напругу джерела живлення (теплового навантаження лінії) електропередачі. змінного струму, електронний трансформатор не Шлюзовий контролер можна також використовуватільки здійснює трансформацію напруги, регулюти для перенесення потужності з однієї регіональвання вихідної напруги та компенсацію реактивної ної енергосистеми змінного струму у сусідню енерпотужності, але також виступає як електронний госистему змінного струму. Його можна було б вимикач ланцюга, виключаючи необхідність у мевикористовува ти замість зв'язку по постійному ханічному розподільному пристрої. струму між східною, західною, техаською, мексіЕлектронний трансформатор можна також виканською та канадською регіональними мережами. користовувати як інтерфейс між джерелом живШлюзовий контролер можна також застосовулення змінного струму та мережею змінного струвати як пристрій керування перетіканням потужному. З його допомогою можна знижувати напругу, сті для приглушення субгармонічної нестабільності яка виробляється генератором, до напруги у мерегіональної мережі змінного струму. режі. Той факт, що генератор не повинен працюПеретворювач змінного струму можна також вати на частоті мережі змінного струму, забезпевикористовува ти для перетворення частоти джечує значне підвищення гнучкості. Наприклад, рела живлення змінного струму до іншої ви хідної джерелом живлення може виступати турбогенерачастоти. Ця можливість знаходить широке застотор, вітрогенератор або гідроелектростанція. Засування, зокрема, в електродвигунах з регульовагальновідомо, що відбір потужності вітро- та гідроною швидкістю обертання. Перетворювач змінного генератора можна значно підвищити, якщо не струму може безперервно здійснювати динамічне змушувати генератор працювати на постійній часрегулювання у заданому діапазоні напруги, частототі. ти, фази, активної потужності та реактивної потужЕлектронний трансформатор можна викорисності, що поступає на двигун. Той факт, що перетовувати як випрямляч з пониженням напруги для творювач змінного струму допускає керування промислових процесів постійного струму та як виперетіканням потужності у дво х напрямках, дозвопрямляч, що підвищує ви хідну напругу генератора ляє експлуатува ти двигун у повному чотириквадзмінного струму, для прямої передачі постійного рантному режимі, який передбачає динамічне гаструму. льмування. Використовуючи спосіб ДППЗ для силового Згідно з ще одним варіантом застосування, що випрямлення, можна повністю регулювати прохідпередбачає використання однофазного трансфону потужність, щоб одержувати на виході постійрматора або у циклі зарядки, або у циклі розрядки, ний струм з високою мірою регульованості та мініПРПЗ може являти собою електронний трансформальною пульсацією вихідної напруги. матор з можливостями регулювання вихідної наВідбувається резонансне вивільнення енергії із пруги, перетворення частоти та керування фазою. засобу накопичення заряду на вихід постійного При цьому на вході і ви ході можуть бути присутніструму. ми як постійний, так і змінний струм. Згідно з переважним варіантом здійснення, на вхід ПРПЗ подають трифазний змінний струм, а з 11 83615 12 виходу постійного струму ПРПЗ знімають позитиввході змінного струму, а, при зростанні споживанну, негативн у або біполярну напругу. На відміну ня потужності, повертати запасену енергію. від стандартного способу випрямлення за схемою Інший варіант застосування відноситься до моста, у системі із заземленням не потрібно ніякої електродвигунів з регульованою швидкістю обертрансформаторної розв'язки. Крім того, декілька тання. У режимі перетворення постійного струму у випрямних модулів, можна з'єднати паралельно, і змінний струм можна передавати електродвигуну керувати прохідною потужністю на кожному з них необхідні йому активну та реактивну потужності. абсолютно незалежно. Режим перетворення змінного струму у постійний Особливість випрямляча полягає у тому, що струм застосовується при керованому динамічнойого вихідною напругою можна керувати у широму гальмуванні, коли перетворювач переносить кому діапазоні напруги постійного струму з майже активну потужність на джерело живлення постіймиттєвою зміною полярності. На відміну від станного струму. дартного процесу випрямлення, в якому вихідна ПРПЗ можна використовувати як перетворюнапруга обмежена максимальним значенням, яке вач з декількома входами/виходами, підключивши залежить від вхідної напруги змінного струму, дадо засобу накопичення заряду більше двох силоний винахід дозволяє видавати значно більш вивих входів/ви ходів. Всі ці блоки введенсоку вихідну напругу, яка обмежується тільки виня/виведення можуть мати конфігурацію, яка забором активних та пасивних елементів. безпечує двостороннє перетікання потужності, Можливість підвищення напруги означає, що у причому блоки введення/виведення можуть прибагатьох випадках можна використовувати станзначатися для змінного струму або для постійного дартні напруги, не застосовуючи трансформаторів, струму, що дозволяє перенести електричний заа також підтримувати постійне значення вихідної ряд або енергію з будь-якого блоку введеннапруги навіть при значному спаді напруги джереня/виведення на будь-який інший блок введенла змінного струму. Тривалість спаду може скланя/виведення. До складу такого перетворювача з дати порядку циклу, або більш тривалий проміжок декількома входами/виходами може входити часу. трансформатор. Це дозволяє з'єднувати силові Передбачено декілька режимів регулювання входи/ви ходи з різними рівнями напруги. Перетвонапруги, вказаних нижче: рювач з декількома входами/виходами має широке а). Модуляція щільності імпульсів шляхом збіколо використання. Дві вхідні силові шини змінного льшення або зниження кількості циклів зарядки та струму можна використовувати для забезпечення розрядки протягом певного інтервалу часу; джерела надмірної потужності. Альтернативно, b). Регулювання залишкової напруги на засобі аналогічну конфігурацію трьох блоків введеннакопичення заряду, звичайно здійснюване при ня/виведення можна об'єднати із засобом накопивиконанні циклу розрядки засобу накопичення зачення заряду для створення джерела безперебійряду; ного живлення. с). Керування енергією, яка передається засоПРПЗ можна застосовувати як статичний конбу накопичення заряду при виконанні циклу зарядтролер реактивної потужності, компенсатор гарки. монік, регулятор напруги або контролер пульсацій. d) Керування енергією, яка виділяється засоІнші ознаки та переваги даного винаходу вибом накопичення заряду при виконанні циклу розкладені у нижченаведеному описі з посиланнями рядки. на супроводжуючі креслення, на яких Важлива особливість всіх варіантів регулюФіг.1 - зображає принципову схему силового вання полягає у тому, що для здійснення регулюперетворювача із зміною частоти та можливістю вання, не потрібні розмикачі, і регулювання здійсдвостороннього перетікання потужності, згідно з нюється у режимі «м'якого перемикання». винаходом; ПРПЗ можна також застосовувати як інвертор Фіг.2 - діаграму типового процесу перенесення шляхом обернення операції випрямлення. Інверзаряду, що відбувається у силовому перетворюватор зберігає всі вищеописані переваги випрямлячі, при умові одиничного коефіцієнта потужності на ча. вході та ви ході, згідно з винаходом; Інвертор може синтезувати джерело живлення Фіг.3 - графік іншого типового процесу перенезмінного струму з керованою амплітудою напруги, сення заряду, що відбувається у перетворювачі, постійною або змінною частотою і можливістю випри умові одиничного коефіцієнта потужності на бору фазового кута. Таким чином, енергію можна вході, виведення реактивної та підвищення напрупереводити з джерела живлення постійного струги, згідно з винаходом; му на вихід змінного струму, частота та фаза якого Фіг.4 - принципову схему перетворювача повизначається джерелом живлення змінного струстійного струму з можливістю двостороннього пему. Інвертор може видавати не тільки активну поретікання потужності, згідно з винаходом; тужність, видаючи струм, синфазний напрузі, але Фіг.5 - блок-схема перетворювача з декількома також одночасно генерувати реактивну потужність, входами/виходами, який має входи змінного струвидаючи струм, випереджувальний або відставаму і постійного струму та ви ходи змінного струму і льний за фазою від напруги змінного струму. постійного струму, згідно з винаходом; Перевага накопичення енергії в батареї, пов'яФіг.6 - принципову схему силового перетворюзана з наявністю двох режимів роботи, випрямвача, що відповідає іншому варіанту здійснення лення та інвертування, знаходить наступне корисвинаходу, що одночасно здійснює операції ввене застосування. При надлишку енергії в дення та виведення, згідно з винаходом; електричній мережі, енергію можна відбирати на 13 83615 14 Фіг.7 - принципову схему динамічного компеннує декілька варіантів здійснення ПРПЗ та способу сатора реактивної потужності, згідно з винаходом; ДППЗ, але всі вони передбачають однакові основФіг.8 - діаграму типового процесу перенесення ну структур у та принцип дії. заряду у динамічному компенсаторі реактивної Перетворювач змінного струму можна безпопотужності, дія якого поділяється на два етапи, середньо підключати до мережі змінного струму, згідно з винаходом; не застосовуючи трансформатор. Це дозволяє Фіг.9 - принципову схему електронного трансвиключити втрати на трансформаторі та зеконоформатора, який здійснює функції регулювання мити на вартості, об'ємі та вазі трансформатора. частоти та трансформації напруги, згідно з винаОчевидно, трансформатор можна використовуваходом; ти, якщо конкретний пристрій спроектований та Фіг.10 - схему електронного трансформатора, сконструйований з розрахунку на іншу вхідну наякий одночасно здійснює операції введення та пругу. виведення, згідно з винаходом; Перетворювач 5 змінного струму містить триФіг.11 - принципову схему силового перетвофазний вхід 11 для підключення до трифазного рювача на основі трьох конденсаторів, згідно з джерела змінного струму, трифазний вхідний винаходом; фільтр 10 низьких частот, вхідний комутаційний Фіг.12 - діаграму напруг на конденсаторах та блок 20, вхідний індуктивний блок 22, засіб 25 назарядних струмів для силового перетворювача на копичення заряду, ви хідний індуктивний блок 26, основі трьох конденсаторів, у типовому процесі вихідний комутаційний блок 30, трифазний вихідзарядки, згідно з винаходом; ний фільтр 40 низьких частот та трифазний вихід Фіг.13 - діаграму декількох періодів вхідних 12 для виведення вихідної напруги. струмів та напруг силового перетворювача на осВхідний фільтр 10 знижує пульсації струму до нові трьох конденсаторів, згідно з винаходом; дуже малої величини. Крім того, фільтрація висоФіг.14 - діаграму декількох періодів вихідних ких частот знижує значення конденсатора та дронапруг силового перетворювача на основі трьох селя фільтра. Вхідний фільтр 10 містить дроселі конденсаторів, згідно з винаходом; Lfi1, Lfi2 та Lfi3 і конденсатори Cfi3/1, Cfi2/1 та Фіг.15 - діаграму напруг на конденсаторах та Cfi2/3, які створюють L-C-ланцюг у конфігурації зарядних струмів для силового перетворювача на «трикутник». Можна також використовувати конфіоснові трьох конденсаторів, у типовому процесі гурацію «зірка». При частоті комутації близько зарядки при наявності залишкової напруги на кон2000Гц частоту зрізу вхідного фільтра низьких чаденсаторах, згідно з винаходом; стот вибирають рівної близько 600Гц. Фіг.16 - схему силового перетворювача на осВхідний комутаційний блок 20 керує зарядкою нові трьох конденсаторів, згідно з іншим варіантом засобу 25 накопичення заряду від фаз трифазного здійснення винаходу. джерела живлення. Вхідний комутаційний блок 20 Фіг.17 - діаграму робочих характеристик, які містить шість вхідних перемикачів (Si1p, Si1n, Si2p, виражають залежність перетікання активної потуSi2n, Si3p та Si3n), попарно підключених назустріч жності від фазового кута залишкової напруги для один одному для кожної вхідної фази. Як вхідні силового перетворювача на основі трьох конденперемикачі можна використовувати тиристори. саторів, згідно з винаходом; Вхідний індуктивний блок 22 утворює, спільно Фіг.18 - діаграму робочих характеристик, які із засобом 25 накопичення заряду, ланцюг резонавиражають залежність перетікання реактивної понсної зарядки. Вхідний індуктивний блок 22 містить тужності від фазового кута залишкової напруги для два парних дроселі La1 та La2. La1 підключений силового перетворювача на основі трьох конденпослідовно між трьома вхідними перемикачами, саторів, згідно з винаходом; увімкненими у прямому напрямку, (Si1p, Si2p, Фіг.19 - діаграму робочих характеристик керуSi3p) і засобом 25 накопичення заряду. La2 підвання вхідною потужністю, які виражають співвідключений послідовно між трьома вхідними переношення між активною потужністю та реактивною микачами, увімкненими у зворотному напрямку, потужністю при будь-яких фазових кута х залишко(Si1n, Si2n, Si3n) і засобом 25 накопичення заряду. вої напруги для силового перетворювача на основі Хоча можна використовува ти один зарядний дротрьох конденсаторів, згідно з винаходом; сель, показані два дроселі. Фіг.20 - діаграму робочих характеристик керуЗасіб 25 накопичення заряду нагромаджує завання вихідною потужністю, які виражають співвідряд, що поступає з вхідних фаз, і вивільняє наконошення між активною потужністю та реактивною пичений заряд на вихід 12. Згідно з даним варіанпотужністю при будь-яких фазових кута х залишкотом здійснення, засіб 25 накопичення заряду вої напруги для силового перетворювача на основі містить конденсатор Co, підключений послідовно з трьох конденсаторів, згідно з винаходом; дроселями La1 та La2. Фіг.21 - схему вихідного блоку силового переВихідний індуктивний блок 26 утворює, спільно творення з додаванням комутуючи х дроселів для із засобом 25 накопичення заряду, ланцюг резоназниження швидкості зміни струму комутуючи х пенсної зарядки. Вихідний індуктивний блок 26 місремикачів, згідно з винаходом; тить два парних дроселі Lb1 та Lb2. Хоча можна І. Силовий перетворювач змінного струму використовува ти один розрядний дросель, тут, На Фіг.1 показана принципова схема ПРПЗ, для симетрії, показані два. згідно з першим варіантом здійснення винаходу, Вихідний комутаційний блок 30 керує розрядвикористання як силового перетворювача 5 змінкою конденсатора Co. Вихідний комутаційний блок ного струму з перетворювачем частоти та можли30 містить шість вихідних перемикачів (So1p, вістю двостороннього перетікання потужності. ІсSo1n, So2p, So2n, So3p та So3n), попарно підклю 15 83615 16 чених назустріч один одному для кожної вихідної (3b) Vc(t')=Vb(1-cos(w0t')) фази. Як вихідні перемикачі можна використовувати традиційні тиристори. де La1 підключений послідовно між засобом 25 накопичення заряду та трьома вихідними переми(4a) w0 = 1/ LCo качами, увімкненими у прямому напрямку, (So1p, (4b) So2p, So3p). La2 підключений послідовно між заZ = L / Co собом 25 накопичення заряду та трьома вихідними I0=Vb /Z (4c) перемикачами, увімкненими у зворотному напрямL=La1+La2 (4d) ку, (So1n, So2n, So3n). Вихідний фільтр 40 згладжує будь-які пульсаВ момент часу t'=t'1 відкривають тиристор фації, видаючи трифазний вихід змінного струму, зи «j», подаючи диференціальну напругу Va на практично позбавлений гармонік. Вихідний фільтр конденсатор 25. Крім того, при подачі Vij на проти40 містить дроселі Lfo1, Lof2 та Lfо3 і конденсатолежний вивід тиристора, зв'язаного з фазою «k», ри Cfa3/1, Cfa2/1, Cfa2/3, Cfb3/1, Cfb2/1 та Cfb2/3, тиристор фази «к» автоматично запирається. які утворюють конфігурацію «C-L-C» або П-подібну У момент часу t'=t' 2, коли конденсатор Co виконфігурацію. Якщо для вхідного фільтра вибрати являється повністю заряджений до диференціальП-подібну конфігурацію, то схема буде абсолютно ної напруги Vc(t' 2), зарядний струм падає до нуля, і симетричною. процес зарядки завершується. Напруга та стр ум Спосіб ДППЗ протягом t'i>t'>t' 2 задані виразами (5) та (6). Щоб продемонструвати принципи, які лежать в основі способу ДППЗ, і особливість автокомутації, (5) Ic(t')=lmsin(w0(t'-t'1)+f) надамо математичний опис дії ПРПЗ при одинич(6) Vc(t')=Vc(t' 1)+I mZ[cos(f)-cos(w0(t'-t'1)+ f)] ному коефіцієнті потужності на вході та ви ході. Вхідна та вихідна фазні напруги можна задати де наступним чином: Vi1=V0sin(wit) Vi2=V0sin(wit-2p/3) Vi3=V0sin(wit+2p/3) Vo1=Vousin(wout) Vo2=Vousin(wout-2p/3) Vo3=Vousin(wout+2p/3) (1a) (1b) (1c) (2a) (2b) (2c) де V0 - амплітуда вхідної фазної напруги; wi частота джерела живлення змінного струму; Vi1, Vi2 та Vi3 - вхідні фазні напруги на вхідних фазах 1, 2 та 3, відповідно; Vou - амплітуда вихідної фазної напруги; wou частота ви хідної фазної напруги; Vo1, Vo2 та Vo3 вихідні фазні напруги на вихідних фазах 1, 2 та 3, відповідно. Миттєві значення вхідних фазних напруг впорядковані наступним чином: |Vii|³|Vij|³|Vi k|, і дві з трьох вхідних лінійних напруг задані наступним чином: Va=|Vii-Vij] та Vb=|Vii-Vi k|, де як і, j та k може виступати фаза 1, 2 або 3. Щоб зарядити конденсатор Co і добитися автоматичного запирання тиристорів, в момент t'=t'0 треба відкрити тиристори, відповідні самій високій та самій низькій за абсолютною величиною фазним напругам, тобто вхідним фазам «і» та «k». Таким чином, на ланцюг, що складається з послідовно з'єднаних конденсатора Co та дроселів La1 і La2, подається диференціальна напруга Vb. Ця напруга подається доти, доки, в момент t'=t'1, не відкриють тиристор, зв'язаний з проміжною за абсолютною величиною фазною напругою, тобто вхідною фазою «j». Зарядний струм та напруга на конденсаторі протягом t'0