Пристрій для живлення навантажень власних потреб споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік

Застосування схеми виділення вторинного потоку енергії вищих гармонік як джерела живлення навантажень власних потреб споживача Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до способів і пристроїв для боротьби зі шкідливими впливами вторинних потоків вищих гармонік, генеруючих нелінійними навантаженнями У системах електропостачання нелінійні навантаження є джерелами, що генерують вторинні потоки енергії вищих гармонік, які погіршують форму кривої напруги і створюють коливань напруги й асиметрію Потік енергії від генератора, що розподіляється по мережі і споживаємий навантаженнях, називається основним потоком, а його потужність потужність основного потоку Та частина енергії, що перетвориться навантаженнями, які спотворюють, і передається назад у мережу, визначає перекручування і приводить до погіршення якості електроенергії Цей потік і його потужність, що поширюються від навантажень, що спотворюють, по енергосистемі, називається вторинним потоком енергії і потужністю вторинного чи потоку просто вторинною потужністю Нелінійні навантаження є джерелами вищих гармонік Основний потік енергії визначається першими гармоніками напруги і токи, вторинний потік - вищими гармоніками Сумарні активні і реактивні потужності навантажень будуть складатися з потужностей основного потоку і вторинних потужностей Для нелінійних навантажень вторинні потужності будуть негативними, тому що потоки енергії гармонік будуть зворотними основному потоку енергії, обумовленому першими гармоніками напруги і токи Для ЛІНІЙНИХ навантажень потоки енергії, обумовлені вищими гармоніками, будуть позитивними, тобто енергія вищих гармонік споживається гармонік, одержуючи енергію із системи по каналі першої гармоніки, вони частково перетворять її в енергію вищих гармонік, що повертається назад у мережу Вторинна потужність визначається потужністю модуляції при різкозмінних навантаженнях, потужностями зворотної і нульової послідовностей при асиметрії режимів, потужностями вищих гармонік при нелінійних чи навантаженнях їхніх комбінаціях Вторинна потужність характеризується додатковими втратами енергії, що виникають при перекручуваннях режимів Відомий спосіб зниження рівня вищих гармонік ( «Якість електроенергії на промислових підприємствах» И В Жежеленко, М Л Рабинович, В М Божко, К, «Техніка», 1981 р, 160с), шляхом вибору схеми живильної мережі, що полягає в тім, що збільшується потужність короткого замикання в загальній крапці приєднання нелінійного й іншого навантаження Недоліком цього способу є великі втрати потужності при зниженні рівня вищих гармонік Відомий також спосіб виключення впливу вищих гармонік на живильну мережу (Забродін Ю С , «Промислова електроніка», М, «Вища школа», 1982 р ), що полягає в тім, що застосовують мережні фільтри, що представляють собою звичайно ланцюг з послідовно з'єднаних конденсатора й індуктивної котушки, набудованої в резонанс на частоту відповідної гармонійної струму і підключеної паралельно шинам живильної мережі поблизу джерела вищих гармонік, тобто поруч с нелінійним навантаженням На частоті гармонійній струму такий ланцюг має малий опір і робить шунтіруючу дію, не пропускаючи її в живильну мережу Іншими словами, «шкідливу, погану» енергію вищих гармонік за до ЛІНІЙНИМИ навантаженнями Нелінійні навантаження є генераторами вищих 00 (О 49681 помогою мережних фільтрів «замикають на землю», у такий спосіб усуваючи шкідливий вплив вторинного потоку енергії вищих гармонік на енергетичну систему як генерує, так і споживаючої сторони Недоліком зазначеного способу є втрата потужності при зниженні рівня вищих гармонік Відомо також використання мережних фільтрів, набудованих на частоту визначеної гармонійної складової живильної мережі, у «Способі виключення впливу вищих гармонійних складових на живильну мережу» (патент України № 23356, МПК 6 Н 02 J 1/02, БИ-4-98р ), що містить ВІДВІД І фільтрацію гармонік, причому частоту відфільтрованих гармонік поділяють на номер гармонік, отримані складові через фазозсуваючі пристрої підводять до мережі Недоліком даного способу і пристрою, що реалізує вищевказаний спосіб, є складність і висока вартість апаратури для перетворення гармонійних складових Задачею винаходу є розробка нового пристрою для перетворення вторинного потоку енергії вищих гармонік з досягненням технічного результату - спрощення пристрою для живлення навантажень власних потреб споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік Поставлена задача вирішується застосуванням уперше схеми виділення вторинного потоку енергії вищих гармонік як джерело харчування навантажень власних потреб споживача Новим у винаході, що заявляється, є те, що вищі гармоніки, що містяться у вторинному потоці енергії й погіршують форму кривої напруги, що створюють коливання напруги й асиметрію, відводять від основного потоку енергії, виділяють фільтром (резонансним чи смугової), набудованим на визначені гармоніки, і використовують для харчування навантажень власних потреб споживача чи безпосередньо після незначних перетворень Пристрій, що заявляється, значно простіше пристрої, що реалізує спосіб по патенті України № 23356, тому що не вимагає додаткових ДІЛЬНИКІВ частоти і фазозсуваючіх пристроїв для кожної гармоніки, а дозволяє використовувати виділені смуговим фільтром гармонійні складові вторинного потоку енергії вищих гармонік, як джерело харчування власних потреб споживача У всіх відомих технічних рішеннях вторинні потоки енергії вищих гармонік намагаються будьяким способом компенсувати, знищити, отфільтрувати і замкнути на «землю» У патенті України № 23356 вторинний потік енергії вищих гармонік «виправляють» і посилають назад у мережу, однак технічно досить складно проробити такі операції з потужностями в сотні і тисячі кіловатів У той же час відомо, що вторинні потоки енергії вищих гармонік складають близько 3-7% від потужності основного потоку енергії Для великих споживачів енергії потужністю понад 100 тисяч кВт, що мають нелінійні навантаження, вторинний потік енергії вищих гармонік може складати по потужності більш 7 тисяч кВт Якщо «компенсувати» таку потужність відомими способами чи перетворювати и по патенті України № 23356, то втрати енергії чи вартість устаткування і перетворення енергії настільки великі, що такі витрати ДОЦІЛЬНІ ТІЛЬКИ В умовах обмеженого надходження додаткової енергії, наприклад, космічний корабель, велике судно, атомний підводний крейсер і т п автономні об'єкти Пропоноване ж по дійсному винаході використання вторинного потоку енергії вищих гармонік дуже просто і дешево, і його можна використовувати практично на будь-яких промислових об'єктах, що мають крім основних навантажень (споживаючих велику частину енергії, що надходить, і, на жаль, які спотворюють форму синусоїдального сигналу вищими гармоніками), цілий ряд допоміжних навантажень, так званих власних потреб споживача, наприклад, висвітлення, двигуни постійний і перемінний токи різних регуляторів, зарядка акумуляторів, нагрівачі для опалення і/чи гарячого водопостачання, калорифери водяні і повітряні (теплові завіси), електропечі опору й ш Тому економічно і технічно доцільно не виправляти форму вищих гармонік, не «компенсувати» їх, а виділити і використовувати їх як джерело харчування навантажень власних потреб споживача На підставі вищевикладеного можна затверджувати, що реалізація пристрою, якій заявляється, дозволить вирішити задачу, поставлену в даному винаході, з досягненням технічного результату - спрощенням пристрою для живлення навантажень власних нестатків споживача вторинним потоком енергії вищих гармонік Суть пристрою, що заявляється, пояснюється кресленням На фіг 1 показана структурна схема харчування активних навантажень власних потреб споживача, на фіг 2 - те ж, для електродвигунів постійного струму і/чи зарядних акумуляторних станцій, на фіг 3 - те ж, для люмінесцентних ламп На фіг 1-3 зображені варіанти пристрою, що заявляється, що складається з фільтра 1 основної (першої) гармоніки, смугового фільтра 2, набудованого на частоти 3-ій - 11-ої чи гармонік резонансних фільтрів 3,4 і 5, набудованих ВІДПОВІДНО на 3ю, 5-ю і 7-ю гармоніки вторинного потоку енергії вищих гармонік Входи усіх фільтрів підключені до мережі, що живить основне нелінійне навантаження споживача (умовно не показана) Вихід фільтра 1 підключений до живильного мережі, тобто потужність основної гармоніки, відфільтрована фільтром 1, повертається в мережу, аналогічно тому, як це виконано в патенті України № 23356 Використання відведеної і відфільтрованої енергії вищих гармонік може бути реалізовано різними способами і пристроями, у залежності від конкретного навантаження власних потреб споживача Приклад № 1 Навантаження - активне навантаження власних потреб споживача Вихід джерела живлення навантажень власних потреб споживача - смугового фільтра 2 - підключений до активного навантаження 6 власних нестатків споживача, у якості якої можуть бути 49681 використані, наприклад, резістівні нагрівачі для опалення і/чи гарячого водопостачання, повітряні калорифери (теплові завіси), електропечі опору й ш Варто також указати, що підсумовування потужності усіх відфільтрованих вищих гармонік відбувається на вищевказаних активних навантаженнях власних потреб споживача Приклад № 2 Навантаження - електродвигуни постійного струму власних потреб споживача (і/чи зарядні акумуляторні станції) Вихід джерела живлення навантажень власних потреб споживача - смугового фільтра 2 - підключений до багатофазного випрямляча 7, до виходу якого підключений вхід фільтра, що згладжує, 8 Випрямлена і згладжена напруга вторинного потоку енергії вищих гармонік після фільтра 8 надходить на електродвигуни постійного струму 9 власних потреб споживача Якщо в даний момент часу електродвигуни 9 власних потреб споживача не включені, то ця ене ргія може бути спрямована на ІНШІ нестатки споживача, наприклад, на зарядку акумуляторів Крім того, можливо подати харчування випрямленим струмом на резістівні нагрівачі для опалення і/чи гарячого водопостачання, теплові завіси, електропечі опору й ш Приклад № З Навантаження -люмінесцентні світильники Виходи фільтрів 2-4, набудованих кожний на свою частоту (ВІДПОВІДНО третьої, п'ятої і сьому гармоніки), підключені кожний до своєї групи 10-12 люмінесцентних СВІТИЛЬНИКІВ власних потреб споживача Харчування люмінесцентних СВІТИЛЬНИКІВ власних потреб споживача напругою підвищеної частоти (150Гц -третя гармоніка, 250Гц - п'ята гармоніка, 350Гц - сьома гармоніка) сприяє зменшенню габаритів і поліпшенню експлуатаційних показників цих СВІТИЛЬНИКІВ, тому що загальновідомий факт поліпшення світловіддачі і стабільності роботи люмінесцентних СВІТИЛЬНИКІВ на підвищених частотах ґ=50Гц 1 від нелінійного навантаження ** 2 W Л f= 150-350 Гц ум 3 RaKT Фіг. 1 f=50Tu від нелінійного I навантаження 2 150-550 Гц Фіг. 2 * у мережу 3 ^W 4 49681 f=50Tu від нелінійного навантаження 1 *• у мережу f- 150 Гц 2 f = 2 5 0 Ги 3 S 6 2 гр 7 Згр і — ЗЬиГц 4 Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71