Пристрій керування електричним навантаженням
Номер патенту: 52142
Опубліковано: 10.08.2010
Автори: Лазуренко Олександр Павлович, Черкашина Галина Ігорівна
Формула / Реферат
Пристрій керування електричним навантаженням, що містить блок комутації, виконаний у вигляді n комутаційних елементів, що складаються з семісторів, включених між силовими вхідними і силовими вихідними виводами відповідних комутаційних елементів, а також обмежувальних резисторів, включених між керуючими електродами відповідних семісторів і керуючими вхідними виводами відповідних комутаційних елементів, де n>1 - кількість використовуваних фаз електричної мережі, причому силові вхідні виводи комутаційних елементів є силовими входами блока комутації і утворюють вхід пристрою для підключення до фазних ліній мережі, а силові вихідні виводи є силовими виходами блока комутації, і блок керування, сполучений по виходу з керуючим входом блока комутації, силові виходи блока комутації об'єднані і утворюють вихід пристрою для підключення до навантаження, який відрізняється тим, що блок керування виконаний у вигляді мікроконтролера, "вузла зв'язку", лінії послідовної передачі, n вимірювальних засобів, причому n виводів вимірювальних засобів, які включені в коло живлення споживачів джерела живлення між джерелом живлення і розподільною секцією споживачів, сполучені з n аналоговими входами мікроконтролера, у свою чергу, вивід мікроконтролера сполучений по входу з відповідним "вузлом зв'язку", через відповідну лінію передачі даних, для з'єднання через лінію зв'язку або шину з m вимірювально-комутаційними блоками, де m - число споживачів джерела живлення, виконаними у вигляді n засобів виміру поточних значень споживаного фазного струму електроприймачами, що не допускають перерв в електропостачанні, які включені в коло живлення цих електроприймачів між ними і ввідно-розподільним пристроєм споживача, виводи n вимірювальних засобів сполучені з n аналоговими входами мікроконтролера, n виконавчих виходів якого підключені до n комутаційних елементів, n силових входів яких підключені до відгалужень фазних ліній, до яких підключені електроприймачі, що допускають перерви в електропостачанні, а до об'єднаних силових виводів вимірювально-комутаційного блока, утворюючих вихід пристрою, підключені електроприймачі, що допускають перерви в електропостачанні, вколо живлення яких підключається вимірювальний засіб, сполучений з відповідним аналоговим входом мікроконтролера, при цьому ще один вихід мікроконтролера сполучений по входу з відповідним "вузлом зв'язку", через відповідну лінію передачі даних.
Текст
Пристрій керування електричним навантаженням, що містить блок комутації, виконаний у вигляді n комутаційних елементів, що складаються з семісторів, включених між силовими вхідними і силовими вихідними виводами відповідних комутаційних елементів, а також обмежувальних резисторів, включених між керуючими електродами відповідних семісторів і керуючими вхідними виводами відповідних комутаційних елементів, де n>1 кількість використовуваних фаз електричної мережі, причому силові вхідні виводи комутаційних елементів є силовими входами блока комутації і утворюють вхід пристрою для підключення до фазних ліній мережі, а силові вихідні виводи є силовими виходами блока комутації, і блок керування, сполучений по виходу з керуючим входом блока комутації, силові виходи блока комутації об'єднані і утворюють вихід пристрою для підключення до навантаження, який відрізняється тим, що блок керування виконаний у вигляді мікроконтролера, "вузла зв'язку", лінії послідовної передачі, n вимірювальних засобів, причому n виводів вимірюва U 2 52142 1 3 ляє. Виходи зсувного регістра сполучені з входами блока комутаційних пристроїв електроприймачів примусового графіка споживання. Таким чином, коли рівень струму, що споживається електроприймачами вільного графіка споживання, менше заданого нижнього рівня спрацьовування порогових елементів - електроприймачі примусового графіка споживання отримують живлення, при струмі що перевищує один або більше рівнів спрацьовування порогових елементів - ці приймачі відключаються. Даний пристрій керування припускає, що електроприймачі примусового графіка споживання виконані приблизно на одну потужність. До недоліків вказаного пристрою слід віднести: великі апаратні витрати, припущення про те, що електроприймачі примусового графіка споживання виконані приблизно на одну потужність, можливість здійснювати керування тільки трифазними електроприймачами, потужність яких заздалегідь відома. Відомий пристрій для керування електричним навантаженням (2) (прототип), що допускає перерви в електропостачанні, підключення її в періоди позапікового споживання електроенергії. Цей пристрій вибраний як прототип по збігу вирішуваного завдання і ряду істотних ознак. Пристрій здійснює автоматичне підключення однофазного навантаження, що допускає перерви в електропостачанні, до відповідної фази n-фазної локальної електричної мережі змінного струму в періоди позапікового фазного споживання електроенергії, що визначаються по зміні рівня фазної напруги. Пристрій для керування електричним навантаженням (2) містить блок комутації, індикатор позапікового режиму електромережі і блок керування, сполучений по входу з виходом індикатора позапікового режиму електромережі, а по виходу з входом, що управляє, блока комутації, який містить n комутаційних елементів, де n > 1 кількість використовуваних фаз електричної мережі, при цьому силові вхідні виводи комутаційних елементів є силовими входами блока комутації і утворюють вхід пристрою для підключення до фазних ліній мережі, а силові вихідні виводи є силовими виходами блока комутації, які об'єднані між собою і утворюють вихід пристрою для підключення до однофазного навантаження. Індикатор позапікового режиму електромережі в прототипі виконаний у вигляді n амплітудних дискримінаторів, кожен з яких містить послідовно сполучені випрямляч і пороговий елемент, який реалізує функцію тригера Шмітта, порогові рівні якого UП1 (спрацьовування), UП2 (відпуск), що формують на своєму виході сигнал високого рівня («лог. 1») при перевищенні фазної напруги першого порогового рівня і сигнал низького рівня («лог. 0») при пониженні нижче другого порогового рівня. Таким чином, наявність сигналу високого рівня («лог. 1») на виході відповідного амплітудного дискримінатора свідчить про позапіковий режим фазного електроспоживання, а відсутність цього сигналу, тобто («балка. 0»), - про піковий режим фазного електроспоживання. З виходів амплітудних дискримінаторів сигнали, що характеризують 52142 4 режими споживання електроенергії по кожній з фаз, поступають на блок керування. Блок керування виконаний у вигляді послідовних сполучених блока установки пріоритету включення комутаційних елементів, підключеного до блока індикатора позапікового режиму, і блока затримки включення комутаційних елементів, n виходів яких, утворюють вихід блока керування, підключені до керуючих вхідних виводів відповідних n комутаційних елементів блока комутації. Блок установки пріоритету реалізує функцію формування сигналу високого рівня («лог. 1»), призначеного для включення першого комутаційного елементу, на своєму першому виході в разі наявності сигналу на першому вході і формування сигналу високого рівня («лог. 1»), призначеного для включення і-го комутаційного елементу, на і-му виході, де n і > 1, в разі наявності сигналу на і-му вході і відсутності сигналу на j-му вході, де j 1 кількість використовуваних фаз електричної мережі, причому n виводів вимірювальних засобів, які включені в коло живлення споживачів джерела живлення між джерелом живлення, і розподільною секцією споживачів, сполучені з n аналоговими входами мікроконтролера, у свою чергу, вивід мікроконтролера сполучений по входу з відповідним «вузлом зв'язку», через відповідну лінію передачі даних, а також m вимірювально-комутаційних блоків, де m - число споживачів джерела живлення, сполучених через відповідну лінію зв'язку або шину з блоком керування, виконані у вигляді n засобів виміру поточних значень споживаного фазного струму електроприймачами, що не допускають перерв в електропостачанні, які включені в коло живлення цих електроприймачів між ними і ввіднорозподільним пристроєм споживача, виводи n вимірювальних засобів сполучені з n аналоговими входами мікроконтролера, n виконавчих виходів якого підключені до n комутаційних елементів, n силових входів яких підключені до відгалужень фазних ліній, до яких підключені електроприймачі, що допускають перерви в електропостачанні, а до об'єднаних силових виводів вимірювальнокомутаційного блока, утворюючих вихід пристрою, підключені електроприймачі, що допускають перерви в електропостачанні, в коло живлення яких підключається вимірювальний засіб, сполучений з відповідним аналоговим входом мікроконтролера, при цьому ще один вихід мікроконтролера сполучений по входу з відповідним «вузлом зв'язку», через відповідну, лінію передачі даних. На Фіг.1 представлена блок-схема пристрою керування електричним навантаженням. На Фіг.2 наведений приклад структурної схеми пристрою в одному з можливих варіантів його реалізації для трифазної чотирипровідної мережі. Пристрій керування електричним навантаженням електроприймачів не допускаючих ЕП1 і допускаючих ЕП2 перерви в електропостачанні від джерела живлення ДЖ3 містить блок керування БК4 і вимірювально-комутаційний блок ВКБ5. Вимірювально-комутаційний блок ВКБ5 може бути виконаний з чотирьох однакових певного класу датчиків струму відомого типу А2.1, А2.2, А2.3, А2.4 (наприклад, що складається з простого шунта, напруга на клемах якого, пропорційна струму, що проходить через нього, належним чином може вимірюватися за допомогою аналого-цифрового перетворювача, наприклад аналого-цифрового перетворювача у складі недорогих мікроконтролерів), три з яких підключаються в коло живлення між ввідно-розподільним пристроєм споживача, 52142 6 після відгалужень 7,8,9,10, що живлять електроприймачі ЕП2, і електроприймачами ЕП1, відповідно на А, В, С фази мережі. Інформація про поточні значення струму подається на аналогові входи мікроконтролера МК2 МКА2.1, МКА2.2, МКА2.3. Виконавчі виходи МК2 МКВ2.1, МКВ2.2, МКВ2.3 підключені до комутаційних елементів, відповідно К1, К2, К3. Комутаційні елементи К1, К2, К3 можуть бути виконані ідентично комутаційним елементам, які описані в прототипі (2). Силові вхідні виводи комутаційних елементів К1, К2, К3 є силовими входами вимірювальнокомутаційного блока ВКБ5 для підключення до відгалужень, відповідно, 7 (фаза А), 8 (фаза В), 9 (фаза С). Силові вихідні виводи комутаційних елементів К1, К2, К3 є силовими виходами вимірювально-комутаційного блока ВКБ5. Ці виходи об'єднані між собою, як і в прототипі (2), і утворюють вихід пристрою для підключення електроприймачів ЕП2. У коло живлення електроприймачів ЕП2 підключається датчик струму А2.4. Інший вивід навантаження підключається до відгалуження 10 (нульовому робочому дроту мережі). Інформація про поточні значення струму А2.4 подається на аналоговий вхід мікроконтролера МК2 МКА2.4. Блок керування БК4 може бути виконаний з трьох однакових певного класу датчиків струму А1.1, А1.2, А.3, аналогічних по виконанню з датчиками струму блока ВКБ5, які підключаються в коло живлення між джерелом живлення ДЖ3 споживачів і розподільною секцією PC споживачів, відповідно на А, В, С фази мережі. Інформація про поточні значення струму подається на аналогові входи мікроконтролера МК1 МКА1Д, МКА1.2, МКА1.3. Між МК1 і МК2 встановлений зв'язок, через лінію зв'язку або шину, в даному випадку, через мережу електроживлення, для чого МК1 і МК2 підключені, відповідно, через послідовні лінії передачі Л1 і Л2 до «вузлів зв'язку» в даному прикладі виконаних у вигляді інтерфейсних модулів N1 і N2, які містять потрібні ресурси для керування передачею і прийомом інформації за допомогою одного електропроводу, наприклад дроту фази А, з яким сполучений N1 і N2 за допомогою, відповідно клем КЛ1, КЛ2 і КЛ3, КЛ4 і відповідних протоколів зв'язку. Інтерфейсні модулі N1 і N2 (відомої роботи і виробництва) утворюють «вузол зв'язку», через який кожен із сполучених з ним пристроїв здатний обмінюватися інформацією з зовнішньою апаратурою за допомогою відомої технології «сигналів струму несучої частоти». Отже, кожен «вузол . зв'язку» має відповідний інтерфейсний засіб до мережі зв'язку і додатково містить логіку, що керує, призначену для керування протоколами зв'язку з шиною (іншими словами, правила керування обміном інформацією з іншими вузлами мережі) і обміну інформацією з взаємодіючим пристроєм (наприклад технологія X10). Для живлення елементів МК1, МК2 блоків БК4 і ВКБ5 можуть використовуватися джерела живлення, на Фіг.2 не показані, описані в (2). Пристрій (Фіг.2) працює таким чином 7 При живленні споживачів СП1..СПm від джерела живлення ДЖЗ через датчики струму А1.1, А1.2, А1.3 протікають струми, відповідно Іа, Ів, Іс, пропорційні потужності підключених m споживачів. Зміряні фазні поточні значення струмів Іа, Iв, Іс, передаються на аналогові входи мікроконтролера МК1 МКА1.1, МКА1.2, МКА1.3, відповідно, блока, керування БК4, заздалегідь запрограмованого на виконання наступної програми: 1) Порівняння поточних значень фазних струмів Іа, Ів, Іс, зміряних А 1.1, А 1.2 А1.3. 2) За результатами порівняння визначення найбільш і найменш завантажених фаз ФМАХ і ФMIN із значеннями струму, відповідно ІМАХ і IMIN. 3) Перевірка виконання наступної умови ІМАХ IMIN 0,15 IMIN, яка відповідає нормам якості електричної енергії. 4) При виконанні умови п.3 відбувається повернення до виконання п.1, якщо не виконується - до п.5. 5) На підставі інформації, отриманої від вимірювально-комутаційних блоків споживачів джерела живлення ДЖ3 відбувається вибір споживачів, електроприймачі ЕП2 яких підключені до ФМАХ (для даного прикладу на Фіг.2 споживач СП1). 6) Вибираються споживачі з числа споживачів п.5 у яких найменш завантажена фаза збігається з ФMIN (для даного прикладу на Фіг.2 - СП1). 7) Виконується цикл: від IМАХ віднімається значення струму ІМАХспож першого з відібраних по п.6 споживачів і привласнюється результат IMAX, потім додається до IMIN значення струму ІМАХспож першого з відібраних по п.6 споживачів і привласнюється результат IMIN, перевіряється виконання умови п.3. Якщо не виконується на виконавчому виході мікроконтролера МК1, формується керуючий сигнал на перемикання електроприймачів ЕП2 з ФМАХ на ФMIN і передається за допомогою лінії послідовної передачі Л1, «вузла зв'язку» N1 і N2, а також Л2 на мікроконтролер МК2 першого споживача СП1, потім переходимо до другого споживача і так далі. Якщо споживачі по п.6 закінчилися, а умова по п.3 не виконалася - беремо споживачів, що залишилися по п.5. Виконання циклу закінчується як тільки умова п.3 виконалася, причому спочатку відбувається передача керуючої дії на перемикання навантаження електроприймачів ЕП2 відповідного споживача, а після виконання циклу припиняється. Якщо, після виконання чергового етапу циклу різниця ІМАХ - IMIN стає менше нуля, перевіряємо виконання умови IMIN - ІМАХ 0,15 ІМАХ, якщо виконується – цикл закінчується, якщо ні - повертаємося до попереднього етапу, пропускаємо відповідного споживача і переходимо до наступного. Виконання циклу також припиняється, якщо споживачі по п. 5 закінчуються. Відключення ЕП2 від ФМАХ і підключення до ФMIN після прийняття керуючого сигналу від блока керування БК4 (по п.7) відбувається аналогічно, описаному в прототипі. При живленні електроприймачів ЕП1 споживачів СП1…СПm через датчики А2.1, А2.2, А2.3 вимірювально-комутаційних блоків ВКБ5 кожного з m споживачів протікають струми, відповідно ІАспож, 52142 8 ІВспож, ІСспож, пропорційні їх потужності. Зміряні фазні поточні значення струмів ІАспож, ІВспож, ІСспож, передаються на аналогові входи відповідних мікроконтролерів МК2 МКА2.1, МКА2.2, МКА2.3. При живленні електроприймачів ЕП2 споживачів СП1…СПm через датчики А2.4 вимірювальнокомутаційних блоків ВКБ5 кожного з m споживачів протікають струми ІІспож, пропорційні їх потужності. Зміряні поточні значення струмів ІІспож, передаються на аналогові входи мікроконтролерів МК2 відповідних m вимірювально-комутаційних блоків ВКБ5 МК2.4. МК2 заздалегідь запрограмований на виконання наступних операцій: 1) Складання поточного значення струму ІІспож, з відповідним по фазі поточним значенням струму, споживаного електроприймачами ЕП1 (для даного прикладу на Фіг.2 ЕП2 споживача СП1 підключені на фазу А, відповідно ІАспож, = ІІспож,+ ІАЕП1). 2) Передача поточних значень струму ІАспож, ІВспож, ІСспож, ІІспож, а також найменування фази, до якої в даний момент підключені електроприймачі ЕП2 відповідного споживача на МК1 блока керування БК4. 3) Порівняння поточних значень фазних струмів ІАспож, ІВспож, ІСспож. 4) За наслідками порівняння визначається найбільш і найменш завантажені фази ФМАХспож і ФMINспож із значеннями струму, відповідно ІМАХспож і IMINспож. 5) Перевірка виконання наступної умови IMIN ІМАХ 0,15 ІМАХ, яка відповідає нормам якості електричної енергії. 6) При виконанні умови п.5 відбувається повернення до виконання п.1, якщо не виконується - до п.7 7) Визначення значень струмів при перемиканні навантаження електроприймачів ЕП2 на найменш завантажену фазу IMINспож+ ІІспож, ІМАХспож ІІспож. 8) Порівняння поточних значень фазних струмів ІАспож, ІВспож, ІСспож. 9) Перевірка виконання умови п.5, якщо умова виконується, передається запит на перемикання навантаження електроприймачів ЕП2 з ФМАХспож на ФMINспож, на МК1 блока керування БК4, у випадку, якщо дане перемикання не порушить симетричного режиму споживання біля джерела живлення ДЖЗ, буде отримано дозвіл на перемикання ЕП2 споживача з ФМАХ спож на ФMIN спож. Перемикання ЕП2 з ФМАХ спож на ФMIN спож після одержання керуючого сигналу від блока керування БК4 (по п.7) на ВКБ5 відбувається аналогічно, описаному в прототипі. Якщо умова ІМАХ спож - ІMIN спож 0,15 ІMIN спож по п.9 не виконується - здійснюється перевірка ІМАХспож - ІMIN спож по п. 5 > ІМАХ спож - ІMIN спож по п. 9 якщо так, то запит на перемикання блока керування БК4 передається, якщо ні - навантаження електроприймачів ЕП2 залишається на тій же фазі, здійснюється перехід до п.1. У якості лінії зв'язку між блоком керування БК4 і вимірювально-комутаційним блоком ВКБ5 може також використовуватися радіоканал, GSM-канал, зв'язок по кабелю та ін. 9 Таким чином, в пристрої, що заявляється, вирішено завдання симестрування параметрів навантажень трансформаторної підстанції і енергетичних вводів споживачів шляхом автоматичного підключення однофазного навантаження, що допускає перерви в електропостачанні, до відповідної фази n-фазної електричної мережі змінного струму в періоди позапікового фазного споживання електроенергії, визначувані по зміні значень фазних струмів. При цьому на відміну від прототипу пристрій, що заявляється, реалізує функцію керування електричним навантаженням не відповідно до змін рівнів фазної напруги, обумовлених змінами режимів електроспоживання, а відповідно до зміни значень фазних струмів, перерва в живленні електроприймачів, що допускають перерву в електропостачанні, не перевищує часу перемикання їх навантаження з однієї фази (більш завантаженої) на іншу (менш завантажену), зменшені апаратні витрати при використанні в масштабах багатоквартирного будинку, трансформаторної підстанції. 52142 10 З розглянутого видно, що корисна модель, яка заявляється, може бути реалізована, вирішує поставлене технічне завдання і може використовуватися різними категоріями споживачів, зокрема, при вирішенні завдань електроводонагріву, а також електрообігріву у позапікові періоди фазного електроспоживання в рамках багатоквартирного будинку, трансформаторної підстанції. Джерела інформації 1 Патент RU (11) 2079945 (13) С1, МПК 6 H02J13/00 Устройство управления электроприемниками / Бастрон А.В.; Благих В.Т.; Кунгс Я.А. № 93013568/07; заявлено 16.03.1993; опубліковано 20.05.1997. 2 Патент RU (11) 2066084 (13) С1, МПК 6 H02J13/00 Пристрій для керування електричним навантаженням / Нестеров И.Д.; Иванов В.Н.; Осипов О.Д.; Матюшенко А.Д. / Российский институт радионавигации и времени № 94035341/07; заявлено 21.09.1994; опубліковано 27.08.1997. 11 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 52142 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDevice for electric load control
Автори англійськоюLazurenko Oleksandr Pavlovych, Cherkashyna Halyna Ihorivna
Назва патенту російськоюУстройство управления электрической нагрузкой
Автори російськоюЛазуренко Александр Павлович, Черкашина Галина Игоревна
МПК / Мітки
МПК: H02J 13/00
Мітки: пристрій, навантаженням, керування, електричним
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/6-52142-pristrijj-keruvannya-elektrichnim-navantazhennyam.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій керування електричним навантаженням</a>
Попередній патент: Спосіб артротомії дистального міжфалангового суглоба пальців кисті при гнійному артриті
Наступний патент: Креслярський пристрій для відтворення кривих третього порядку
Випадковий патент: Спосіб виробництва сухарів