Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии
Владельцы патента RU 2532534:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии. Устройство содержит трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, вторичные обмотки которого соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть. Первая и вторая вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно, при этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, вторые концы двухпроводной линии соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой, при этом вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока. В другом варианте изобретения первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенного между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи. Технический результат - создание синусоидальной формы кривой тока. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии.
1. Известно устройство для передачи электрической энергии, содержащее высокочастотный генератор, присоединенный к резонансному контору первичной обмотки повышающего высокочастотного трансформатора Тесла, и однопроводную линию передачи, присоединенную одним концом к одному внутреннему выводу высоковольтной обмотки высокочастотного трансформатора Тесла, а вторым концом - к потребителю, прилегающие выводы первичной и вторичной обмоток повышающего высокочастотного трансформатора Тесла соединены между собой и заземлены, а однопроводная линия передачи подключена у потребителя к нагрузке через один из входов однофазного мостового выпрямителя, к другому входу которого подключена естественная емкость в виде земли, воды или проводящего изолированного тела.
Недостатки данного устройства
1. Сложность устройства.
2. Невозможность передачи энергии больших мощностей.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству относится устройство передачи постоянного тока, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с питающей сетью, а вторичная обмотка, соединенная звездой, подключена к выпрямительному устройству, положительный потенциал которого подсоединен к одному из проводов двухпроводной линии. Нулевая точка вторичной обмотки соединена с другим проводом линии. Выпрямленный высоковольтный ток передается к приемнику по двухпроводной линии, в конце которой установлен инвертор, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный ток высокого напряжения, которое понижается до установленного уровня с помощью трехфазного понижающего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с приемной сетью трехфазного тока. (Передача электрической энергии на дальние расстояния. С.С. Рокотян // М. - Л.: - ГЭИ. - 1956. - с.61-63).
Недостатки данного устройства
1. Большая сложность преобразования электрического тока.
2. Наличие пульсаций постоянного тока.
Задача изобретения - упрощение преобразования электрического тока и создание синусоидальной формы кривой тока.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть. Вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно, при этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, вторые концы двухпроводной линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой, при этом вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока.
Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть. Первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой, и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи
Новые существенные признаки
1. Вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно.
2. Между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока.
3. Последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока.
4. Вторые концы двухпроводной линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно.
5. Третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой.
6. Вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока.
7. Первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой, и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока.
8. К концам линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат
1. Простота и надежность устройства электропередачи обеспечивается применением обычного трехфазного трехстержневого трансформатора и двух конденсаторных батарей в каждом трансформаторном преобразователе числа фаз (ТПЧФ).
2. В пунктах питания и потребления электрической энергии обеспечивается симметричная синусоидальная система токов и напряжений.
3. Простой закон регулирования емкости конденсаторных батарей.
4. Трансформаторы ТПЧФ-1 и ТПЧФ-2 обеспечивают преобразование токов и одновременно повышают или понижают напряжение электропередачи.
5. Конденсаторные батареи ТПЧФ являются фазопреобразующими элементами и одновременно компенсируют реактивную мощность.
6. Важным достоинством данной электропередачи является отсутствие несимметрии токов и напряжений трехфазного источника питания в результате преобразования трехфазного тока в однофазный, т.е. качество электрической энергии трехфазного источника питания не снижается, а также сохранение синусоидальной формы кривых токов и напряжений во всех звеньях электропередачи.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - принципиальная электрическая схема заявляемого устройства для электропередачи трехфазного тока по двухпроводной линии с конденсаторными батареями на высокой стороне трансформаторов;
фиг.2 - принципиальная электрическая схема заявляемого устройства для электропередачи трехфазного тока по двухпроводной линии с конденсаторными батареями на низкой стороне трансформаторов;
фиг.3 - зависимость емкостей фазопреобразующих конденсаторных батарей ТПЧФ-1 от тока нагрузки.
Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор 1 (фиг.1), первичные обмотки которого соединены с питающей сетью 2, а вторичные обмотки этого трансформатора 1: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно. При этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея 3, параллельно которой подключена двухпроводная линия 4 передачи электрической энергии однофазного переменного тока, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея 5. Вторые концы двухпроводной линии 4 передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей 6, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора 7 соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей 8 и последовательно согласно с его первой обмоткой. Вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора 7, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока 9.
Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор 1, первичные обмотки которого соединены звездой, и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи 3, 5 (фиг.2), а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия 4 передачи электрической энергии однофазного переменного тока, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора 7, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи 6, 8.
Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии содержит два ТПЧФ и линию электропередачи. ТПЧФ-1 выполнен на базе типового трехфазного повышающего трансформатора 1 с одинаковыми по числу витков w1 первичными обмотками, соединенными в звезду (фиг.1). К ним подводится симметричная трехфазная система напряжений источника питания 2. Вторичные обмотки ТПЧФ-1 с одинаковым числом витков w2 соединены по специальной схеме: обмотки фазы a1 и фазы b1 соединены последовательно и встречно (начало обмоток на фиг.1 обозначены точками •); обмотка фазы c1 соединена с обмоткой фазы a1 последовательно и согласно. В качестве фазопреобразующих элементов в ТПЧФ-1 применены две регулируемые конденсаторные батареи 3 (C11) и 5 (C21). Батарея 3 (C11) и двухпроводная линия 4 электропередачи подсоединены к выходным зажимам a1 b1 повышающего трансформатора 1, а батарея 5 (C21) включена последовательно с обмоткой фазы c1. По аналогичной схеме включен в конце двухпроводной линии 4 электропередачи ТПЧФ-2, который выполнен на базе типового понижающего трехфазного трансформатора 7 и двух конденсаторных батарей 6 (C11) и 8 (C22).
С помощью ТПЧФ-1 трехфазная симметричная система токов источника питания преобразуется в однофазный ток двухпроводной линии 4 электропередачи. Анализ ТПЧФ-1 показал, что в нем происходит двойное преобразование трехфазного тока в однофазный: вначале с помощью схемы соединения вторичных обмоток повышающего трансформатора 1 и конденсаторных батарей 3, 5 однофазный ток преобразуется во вторичных обмотках этого трансформатора 1 в трехфазную несимметричную систему токов, содержащую симметричные составляющие токов прямой и нулевой последовательности; симметричная составляющая обратной последовательности в этой системе токов отсутствует. Симметричная составляющая тока прямой последовательности трансформируется в первичную обмотку повышающего трансформатора 1 (второе преобразование). Симметричная составляющая тока нулевой последовательности в первичной обмотке повышающего трансформатора 1, соединенной в звезду, без нулевого провода существовать не может.
Для поддержания симметричной системы токов источника питания 2 при изменении величины однофазного тока емкости конденсаторных батарей 3 (C11) и 5 (C12) необходимо регулировать (физ.3). Расчетные формулы для емкостей конденсаторных батарей 3, 5 ТПЧФ-1 имеют следующий вид:
; 
,
где Iн - однофазный ток линии;
cos φ - коэффициент мощности однофазной нагрузки;
ω - угловая частота тока;
U - напряжение линии электропередачи.
Чтобы выразить емкости в относительных единицах, необходимо принять за базисную емкость величину 
. Тогда емкости в
относительных единицах:
; 
,
где Iн(ном) - номинальный однофазный ток линии;
- относительное значение однофазного тока.
С помощью ТПЧФ-2, включенного в конце двухпроводной линии 4 электропередачи, напряжение понижается до требуемого уровня, а однофазный ток преобразуется в трехфазную симметричную систему токов аналогично преобразованию в ТПЧФ-1.
Каких-либо ограничений по мощности и напряжению в устройстве для электропередачи трехфазного тока по двухпроводной линии нет.
Схема устройства (фиг.1) пригодна для напряжения электропередачи до 10 кВ. При напряжениях свыше 10 кВ конденсаторные батареи 3, 5 следует включать на низкой стороне трансформаторов 1, 7 по схеме фиг.2.
Важным достоинством данной электропередачи является отсутствие несимметрии токов и напряжений трехфазного источника питания в результате преобразования трехфазного тока в однофазный, т.е. качество электрической энергии трехфазного источника питания не снижается, а также сохранение синусоидальной формы кривых токов и напряжений во всех звеньях электропередачи.
Таким образом, заявляемое решение позволит существенно снизить затраты на производство двухпроводной линии электропередачи вместо трехпроводной лини.
1. Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть, отличающееся тем, что вторичные обмотки трехфазного повышающего трансформатора: первая и вторая, соединены между собой последовательно встречно, а третья соединена с первой последовательно согласно, при этом между началами первой и второй обмоток включена регулируемая конденсаторная батарея, к которой подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, а последовательно с третьей обмоткой включена вторая регулируемая конденсаторная батарея, вторые концы двухпроводной линии передачи электрической энергии однофазного переменного тока соединены с регулируемой конденсаторной батареей, установленной между первой и второй первичными обмотками, которые соединены между собой последовательно встречно, а третья первичная обмотка понижающего трехфазного трансформатора соединена последовательно с регулируемой конденсаторной батареей и последовательно согласно с его первой обмоткой, при этом вторичные обмотки понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой звездой, подключены к потребителю трехфазного тока.
2. Устройство передачи электрической энергии трехфазного тока по двухпроводной линии, содержащее трехфазный повышающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены с питающей сетью, а вторичные подключены к преобразователю электрической энергии, соединенному с передающей двухпроводной линией, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора, а вторичные обмотки соединены с преобразователем электрической энергии, от которого питается трехфазная приемная сеть, отличающееся тем, что первичные обмотки повышающего трехфазного трансформатора соединены звездой и между началами первичных обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи, а его первая и вторая вторичные обмотки соединены между собой последовательно встречно, а третья - последовательно согласно, к началам второй и третьей обмоток подключена двухпроводная линия передачи электрической энергии однофазного переменного тока, к концам которой подсоединены начала второй и третьей обмоток понижающего трехфазного трансформатора, соединенные между собой последовательно и согласно, а вторичные его обмотки соединены звездой, и между началами обмоток включены регулируемые конденсаторные батареи.
