RU2464693C2 - Method to supply to electrotechnical appliances and device for its realisation - Google Patents
Method to supply to electrotechnical appliances and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464693C2 RU2464693C2 RU2011102058/07A RU2011102058A RU2464693C2 RU 2464693 C2 RU2464693 C2 RU 2464693C2 RU 2011102058/07 A RU2011102058/07 A RU 2011102058/07A RU 2011102058 A RU2011102058 A RU 2011102058A RU 2464693 C2 RU2464693 C2 RU 2464693C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- frequency
- generators
- low
- voltage winding
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам для питания электротехнических устройств.The invention relates to electrical engineering, in particular to methods and devices for powering electrical devices.
Принято считать, что для реактивной мощности отсутствует единое физически обоснованное определение, что может быть связанно с отсутствием для нее универсальной физической конструкции (Зиновьев Г.С. О реактивной мощности в электрической цепи. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1986, №4, с.80-86).It is believed that for reactive power there is no single physically justified definition, which may be due to the lack of a universal physical structure for it (G. Zinoviev, On reactive power in an electric circuit. Izvestiya AN SSSR. Energy and Transport, 1986, No. 4, S.80-86).
Известно, что определение реактивной мощности связанно с интенсивностью колебательных процессов обмена электромагнитной реактивной энергии между реактивными элементами электрической цепи (Демирчан К.С. Реактивная или обменная мощность. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1984, №2, с.66-72).It is known that the definition of reactive power is associated with the intensity of the oscillatory processes of the exchange of electromagnetic reactive energy between the reactive elements of the electric circuit (Demirchan KS Reactive or exchange power. Izvestiya AN SSSR. Energy and Transport, 1984, No. 2, pp. 66-72) .
Существуют электрические устройства, в которых активная мощность пренебрежительно мала, а основной компонентной мощности является реактивная мощность. Это например, синхронные компенсаторы, которые при перевозбуждении являются источниками, а при недовозбуждении - потребителями реактивной мощности (Копылов И.П. Электрические машины. М., Логос, 2000, с.436-438).There are electrical devices in which the active power is negligible and the main component power is reactive power. These are, for example, synchronous compensators, which are sources during overexcitation and reactive power consumers under overexcitation (IP Kopylov Electric machines. M., Logos, 2000, pp. 436-438).
Примером электрических цепей, в которых основной компонентой является реактивная мощность в цепи, является резонансный контур.An example of electrical circuits in which the main component is reactive power in a circuit is a resonant circuit.
Источником реактивной мощности являются конденсаторы, а индуктивность и шунтовые реакторы являются потребителями реактивной мощности. В резонансном контуре происходит обмен реактивной энергии между конденсаторами и катушкой индуктивности контура. В процессе колебаний энергия электрического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки, и затем происходит обратный процесс. При резонансном контуре ЭДС емкости и ЭЗС самоиндукции катушки индуктивности в Q раз больше напряжения внешнего генератора, приложенного к этой цепи, где - добротность контура, XL и R - индуктивное и активное сопротивление контура. Обычно Q=10-100. Если реактивное сопротивление резонансного контура является индуктивным сопротивлением низковольтной обмотки трансформатора, увеличенное в Q раз напряжение внешнего генератора увеличивается еще в n раз на выходе трансформатора, где - коэффициент трансформации, W1, W2 обмоток трансформатора ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции в индуктивных сопротивлениях трансформатора отстает от тока на четверть периода или на 90° (Калашников A.M., Степук Я.В. Основы радиотехники и радиолокации. Колебательные системы. М., 1965, с.33-35, 138).The source of reactive power is capacitors, and the inductance and shunt reactors are consumers of reactive power. In the resonant circuit, the exchange of reactive energy between the capacitors and the inductor of the circuit. In the process of oscillation, the energy of the electric field of the capacitor is converted into the energy of the magnetic field of the coil, and then the reverse process occurs. With the resonant circuit of the EMF of the capacitance and the EMF of self-induction of the inductor, Q times the voltage of the external generator applied to this circuit, where - quality factor of the circuit, X L and R - inductive and active resistance of the circuit. Usually Q = 10-100. If the reactance of the resonant circuit is the inductance of the low voltage winding of the transformer, the voltage of the external generator increased by a factor of Q increases by an additional factor of n at the output of the transformer, where - transformation coefficient, W 1 , W 2 windings of the transformer EMF of self-induction and EMF of mutual induction in the inductive resistances of the transformer lags the current by a quarter of a period or 90 ° (Kalashnikov AM, Stepuk Y. V. Fundamentals of radio engineering and radar. Oscillating systems. M. , 1965, p. 33-35, 138).
Известны способ и устройство для передачи электрической энергии по высоковольтной линии постоянного тока. В известном способе напряжение и ток генератора электрической энергии выпрямляют и передают по кабельной или воздушной линии постоянного тока потребителю, у потребителя производят преобразование постоянного тока в переменный промышленной частоты с помощью инвертора.A known method and device for transmitting electrical energy through a high voltage direct current line. In the known method, the voltage and current of the electric power generator are rectified and transmitted through a cable or overhead DC line to the consumer, the consumer converts the direct current into alternating industrial frequency using an inverter.
Недостатком известных способа и устройства являются большие потери энергии на сопротивлении линии и большой расход проводникового материала. В кабельной линии постоянного тока между Грецией и Италией длиной 163 км при передаваемой мощности 500 МВт и напряжении 400 кВ сечение проводника из меди составляет 1250 м2 при плотности тока 1 А/мм2 и потерях мощности в линии 11 МВт (Power Engineering, 2002, v.10, №10, с.25, 27).A disadvantage of the known method and device is the large loss of energy on the resistance of the line and the high consumption of conductive material. In a DC cable line between Greece and Italy with a length of 163 km with a transmitted power of 500 MW and a voltage of 400 kV, the cross-section of a copper conductor is 1250 m 2 at a current density of 1 A / mm 2 and power loss in the line is 11 MW (Power Engineering, 2002, v.10, No. 10, p.25, 27).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ питания электротехнических устройств с использованием генератора переменного напряжения, подключаемого к потребителю, в котором напряжение генератора подают на низковольтную обмотку высокочастотного трансформаторного преобразователя, а один из выводов высоковольтной обмотки соединяют с одной из входных клемм электротехнического устройства, при этом изменением частоты генератора добиваются установления резонансных колебаний в образованной электрической цепи.The closest in technical essence to the present invention is a method of powering electrical devices using an alternating voltage generator connected to a consumer, in which the voltage of the generator is supplied to the low voltage winding of the high-frequency transformer converter, and one of the terminals of the high-voltage winding is connected to one of the input terminals of the electrical device, in this case, by changing the frequency of the generator, resonance oscillations in the formed ele an insulating circuit.
Устройство, реализующее данный способ, представляет собой источник переменного напряжения с регулируемой частотой, высокочастотный трансформатор, один вывод высоковольтной секции которого изолирован, а второй предназначен для подачи энергии потребителю (патент РФ №2108649, 11.04.1995).A device that implements this method is an AC voltage source with an adjustable frequency, a high-frequency transformer, one output of the high-voltage section of which is isolated, and the second is designed to supply energy to the consumer (RF patent No. 2108649, 04/11/1995).
Вместо понижающего трансформатора Тесла может быть использован диодно-конденсаторный блок, который используется в схемах удвоения напряжения и выполнен из двух встречно включенных диодов, соединенных с конденсатором, общая точка диодов соединена с источником питания (Электротехнический справочник. М., Энергия, т.1, 1971, с.871).Instead of a Tesla step-down transformer, a diode-capacitor unit can be used, which is used in voltage doubling circuits and is made of two counterclockwise diodes connected to a capacitor, the common point of the diodes is connected to a power source (Electrical Manual. M., Energy, vol. 1, 1971, p. 871).
При подаче на диодно-конденсаторный блок переменного напряжения положительная волна переменного реактивного тока идет на одну обкладку конденсатора, а отрицательная - на другую обкладку. Конденсатор будет накапливать заряды, пока напряжение на его выводах не достигнет положительной и отрицательной амплитуды переменного напряжения на общей точке диодов, тогда диоды окажутся запертыми и заряд конденсатора прекратится. Так работает известная схема выпрямителя с удвоением напряжения.When an alternating voltage is applied to the diode-capacitor unit, the positive wave of the alternating reactive current goes to one capacitor plate, and the negative wave goes to the other plate. The capacitor will accumulate charges until the voltage at its terminals reaches the positive and negative amplitudes of the alternating voltage at the common point of the diodes, then the diodes will be locked and the capacitor charge will stop. This is how the known rectifier circuit with voltage doubling works.
Недостатком всех известных способов и устройств питания электротехнических устройств является недостаточно высокий КПД из-за потерь высокочастотной энергии на сопротивлении и на рассеяние в окружающей проводящей среде.The disadvantage of all known methods and devices for supplying electrical devices is the insufficiently high efficiency due to the loss of high-frequency energy due to resistance and dissipation in the surrounding conductive medium.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД способа и устройств питания электротехнических приборов и снижение потерь при питании электротехнических устройств.The objective of the invention is to increase the efficiency of the method and power devices of electrical devices and reduce losses in the power supply of electrical devices.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и снижение потерь при питании электротехнических устройств.The technical result of the invention is to increase efficiency and reduce losses when powering electrical devices.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе питания электротехнических приборов с использованием генератора переменного напряжения путем передачи напряжения от генератора на низковольтную обмотку высокочастотного трансформатора, соединения выводов высоковольтной обмотки этого преобразователя с выходными клеммами питаемого электрического прибора и установления резонансных колебаний в электрической цепи, электрическую энергию на низковольтовую обмотку высокочастотного трансформатора передают через блок от двух высокочастотных генераторов через блок из последовательно включенных с генераторами конденсаторов с разностью частот Δ=f1-f2, где f1 - частота первого генератора, f2 - частота второго генератора, f2 - составляет 1-100 кГц, а Δ=0,01-0,1f1, а часть электрической энергии с высоковольтной обмотки передают через блок преобразователя напряжения обратной связи на генераторы, питающие низковольтную обмотку.The above technical result is achieved in that in the method of powering electrical devices using an alternating voltage generator by transmitting voltage from the generator to the low voltage winding of a high frequency transformer, connecting the terminals of the high voltage winding of this converter to the output terminals of a powered electrical device and establishing resonant vibrations in the electrical circuit, electrical energy to the low-voltage winding of the high-frequency transformer is transmitted through the block from two high-frequency generators through a block of capacitors connected in series with the generators with a frequency difference Δ = f 1 -f 2 , where f 1 is the frequency of the first generator, f 2 is the frequency of the second generator, f 2 is 1-100 kHz, and Δ = 0.01-0.1f 1 , and part of the electrical energy from the high-voltage winding is transmitted through the feedback voltage converter unit to the generators supplying the low-voltage winding.
В устройстве для питания электротехнических приборов, содержащем источник переменного напряжения с регулируемой частотой, высокочастотный трансформатор, устройство содержит два высокочастотных генератора, выводы которых через конденсаторы соединены последовательно с низковольтной обмоткой высокочастотного трансформатора и имеет дополнительный пятый конденсатор, который параллельно соединен с низковольтной обмоткой, высоковольтная обмотка высокочастотного трансформатора соединена с электротехническим прибором и через преобразователь напряжения соединена со входами двух высокочастотных генераторов.In a device for powering electrical devices containing an alternating voltage source with an adjustable frequency, a high-frequency transformer, the device contains two high-frequency generators, the terminals of which are connected in series with capacitors to the low-voltage winding of the high-frequency transformer and have an additional fifth capacitor, which is connected in parallel with the low-voltage winding, high-voltage winding high-frequency transformer connected to an electrical device and through the conversion The voltage generator is connected to the inputs of two high-frequency generators.
Способ и устройство для питания электротехнических приборов иллюстрируется фиг.1, на которой представлена электрическая схема способа и устройства питания электротехнических приборов.The method and device for powering electrical devices is illustrated in figure 1, which shows an electrical diagram of the method and device for powering electrical devices.
На фиг.1 два высокочастотных генератора 1 и 2 получают электрическую энергию от источника внешнего питания 3 через переключатель 4. Генератор 1 через конденсаторы 5 и 6 и генератор 2 через конденсаторы 7 и 8 последовательно соединены с низковольтной обмоткой 9 повышающего высокочастотного трансформатора 10. Выводы низковольтной обмотки 9 соединены через конденсатор 11. Выводы высоковольтной обмотки 12 трансформатора 10 соединены с питаемым электротехническим электротехническим прибором 13 и через блок преобразователя напряжения обратной связи 14 и переключатель 15 соединены с источником внешнего питания 3.In figure 1, two high-frequency generators 1 and 2 receive electrical energy from an external power source 3 through switch 4. Generator 1 through capacitors 5 and 6 and generator 2 through capacitors 7 and 8 are connected in series with the low-voltage winding 9 of the boost high-frequency transformer 10. The low-voltage terminals the windings 9 are connected through a capacitor 11. The terminals of the high-voltage winding 12 of the transformer 10 are connected to the electrotechnical electrotechnical device 13 and through the feedback voltage converter unit 1 4 and a switch 15 are connected to an external power source 3.
Способ и устройство работают следующим образом. При подаче напряжения от внешнего источника 3 через переключатель 4 на высоковольтные генераторы 1 и 2 напряжение от генераторов 1 и 2 через конденсаторы 5, 6, 7, 8 подается на низковольтную обмотку 9 высокочастотного трансформатора 10. В последовательном контуре из конденсаторов 1, 2, 3, 4 и индуктивности 9 возникает резонанс напряжений и колебания реактивной мощности с частотой биений Δ=f1-f2, равной разности частот генераторов 1 и 2. В низковольтной обмотке 9 и в высоковольтной обмотке 12 ток опережает напряжение на 90°. Напряжение с высоковольтной обмотки 12 поступает на электротехнический прибор 13 и через блок преобразователя напряжения обратной связи 14 и переключатель 15 на выход высоковольтных генераторов 1 и 2. Наличие блока обратной связи 1 увеличивает эффективность работы устройства и повышает надежность его функционирования.The method and device work as follows. When applying voltage from an external source 3 through switch 4 to high-voltage generators 1 and 2, voltage from generators 1 and 2 is supplied through capacitors 5, 6, 7, 8 to low-voltage winding 9 of high-frequency transformer 10. In a series circuit from capacitors 1, 2, 3 4 and inductance 9, a resonance of voltages and oscillations of reactive power occurs with a beat frequency Δ = f 1 -f 2 equal to the difference between the frequencies of the generators 1 and 2. In the low-voltage winding 9 and in the high-voltage winding 12, the current is 90 ° ahead of the voltage. The voltage from the high-voltage winding 12 is supplied to the electrical device 13 and through the feedback voltage converter unit 14 and the switch 15 to the output of the high-voltage generators 1 and 2. The presence of the feedback unit 1 increases the efficiency of the device and increases the reliability of its operation.
Пример осуществления способа и устройства питания электротехнического прибора.An example implementation of the method and device power supply of an electrical device.
В качестве источника внешнего питания 3 используют аккумуляторную батарею 12 В, 65 А·ч. Высоковольтные генераторы 1 и 2 выполнены в виде транзисторных преобразователей частоты мощностью по 150 Вт каждый с частотой f1=50кГц и f2=55 кГц с разностью частот Δ=f1-f2=5 кГц=0,1·f1.As an external power source 3, a 12 V, 65 Ah battery is used. High-voltage generators 1 and 2 are made in the form of transistor frequency converters with a power of 150 W each with a frequency f 1 = 50 kHz and f 2 = 55 kHz with a frequency difference Δ = f 1 -f 2 = 5 kHz = 0.1 · f 1 .
Напряжение на выводах высоковольтной обмотки 12 составляет 220 В, электрическая мощность 300 Вт. В качестве электротехнического прибора 13 использованы 5 ламп мощностью 30 Вт, соединенные параллельно. Блок преобразователя обратной связи 14 преобразует напряжение 220 В напряжение 12 В постоянного тока и подает его через переключатель 15 в виде энергии обратной связи на подзарядку аккумуляторной батареи 3 и на питание преобразователей частоты 1 и 2.The voltage at the terminals of the high-voltage winding 12 is 220 V, the electrical power is 300 watts. As an electrical device 13, 5 lamps with a power of 30 W connected in parallel were used. The feedback converter unit 14 converts a voltage of 220 V to a voltage of 12 V DC and supplies it via a switch 15 in the form of feedback energy to recharge the battery 3 and to power the frequency converters 1 and 2.
Источники информацииInformation sources
1. Зиновьев Г.С. О реактивной мощности в электрической цепи. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1986, №4, с.80-86.1. Zinoviev G.S. About reactive power in an electric circuit. Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Energy and Transport, 1986, No. 4, pp. 80-86.
2. Демирчан К.С. Реактивная или обменная мощность. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1984, №2, с.66-72.2. Demirchan K.S. Reactive or exchange power. Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Energy and Transport, 1984, No. 2, p.66-72.
3. Копылов И.П. Электрические машины. М., Логос, 2000, с.436-438.3. Kopylov I.P. Electric cars. M., Logos, 2000, p. 436-438.
4. Калашников A.M., Степук Я.В. Основы радиотехники и радиолокации. Колебательные системы. М., 1965, с.33-35, 138.4. Kalashnikov A.M., Stepuk Ya.V. Fundamentals of radio engineering and radar. Vibrational systems. M., 1965, p. 33-35, 138.
5. Power Engineering, 2002, v.10, №10, с.25, 27.5. Power Engineering, 2002, v.10, No. 10, p.25, 27.
6. Патент РФ №2108649, 11.04.1995.6. RF patent No. 2108649, 04/11/1995.
7. Электротехнический справочник. М., Энергия, т.1, 1971, с.871.7. Electrical reference book. M., Energy, vol. 1, 1971, p. 871.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011102058/07A RU2464693C2 (en) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | Method to supply to electrotechnical appliances and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011102058/07A RU2464693C2 (en) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | Method to supply to electrotechnical appliances and device for its realisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011102058A RU2011102058A (en) | 2012-07-27 |
RU2464693C2 true RU2464693C2 (en) | 2012-10-20 |
Family
ID=46850324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011102058/07A RU2464693C2 (en) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | Method to supply to electrotechnical appliances and device for its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2464693C2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1150228A (en) * | 1965-07-23 | 1969-04-30 | English Electric Co Ltd | Suppression of Sub-Harmonic Oscillations in Capacitive Voltage Transformers. |
SU1141535A1 (en) * | 1983-10-19 | 1985-02-23 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Высоковольтной И Криогенной Технике "Мосэнерго" | Converter of a.c.voltage to high a.c.voltage for reactive load |
-
2011
- 2011-01-21 RU RU2011102058/07A patent/RU2464693C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1150228A (en) * | 1965-07-23 | 1969-04-30 | English Electric Co Ltd | Suppression of Sub-Harmonic Oscillations in Capacitive Voltage Transformers. |
SU1141535A1 (en) * | 1983-10-19 | 1985-02-23 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Высоковольтной И Криогенной Технике "Мосэнерго" | Converter of a.c.voltage to high a.c.voltage for reactive load |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011102058A (en) | 2012-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aditya et al. | A review of optimal conditions for achieving maximum power output and maximum efficiency for a series–series resonant inductive link | |
RU2474031C2 (en) | Method and device for electrical energy transmission (versions) | |
RU2340064C1 (en) | Method and device for electrical energy transmission (versions) | |
JP6333475B2 (en) | Charging circuit for an electrical energy accumulator, electric drive system, and method of operating a charging circuit | |
JP6259124B2 (en) | Transmission system and method for inductive charging of electrically driven vehicle, and vehicle configuration | |
Liu et al. | Wireless power and drive transfer for piping network | |
WO2013118274A1 (en) | Bidirectional contactless power supply system | |
EP2587653A2 (en) | Received power conversion device for resonant wireless charging system | |
CN102216114A (en) | Method and electric combined device for powering and charging with compensation means | |
WO2013014521A1 (en) | Electric power supply apparatus, contactless electricity transmission apparatus, vehicle, and contactless electric power transfer system | |
Li et al. | Cascaded multi-level inverter based IPT systems for high power applications | |
RU2014100038A (en) | SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMISSION OF ELECTRIC ENERGY TO A VEHICLE USING WORK ON A CONSTANT CONSTRUCTURE SEGMENT OF CONSTANT SIGNAL CURRENT | |
KR20130130192A (en) | Apparatus for receiving wireless power and method for deliveringng wireless power | |
EP2985868B1 (en) | Power supply apparatus and non-contact power supply system | |
Hata et al. | Maximum efficiency control of wireless power transfer via magnetic resonant coupling considering dynamics of DC-DC converter for moving electric vehicles | |
CN110914100A (en) | Wireless charging system | |
CN110771024A (en) | Converter system for supplying an electrical load | |
CN105515434B (en) | Transformer circuit and device comprising same | |
Bac et al. | A matrix converter based Inductive Power Transfer system | |
Shen et al. | Reconfigurable topology of electric vehicle wireless power transfer system to achieve constant-current and constant-voltage charging based on multiple windings | |
CN102097894B (en) | Generation method for AC generator and generator | |
RU2464693C2 (en) | Method to supply to electrotechnical appliances and device for its realisation | |
Bojarski et al. | Control and analysis of multi-level type multi-phase resonant converter for wireless EV charging | |
RU2003120864A (en) | METHOD AND DEVICE FOR TRANSMISSION OF ELECTRIC ENERGY | |
Jadhav et al. | Design and Implementation of Resonance based Wireless Power Transfer System |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 29-2012 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150122 |