Энергосберегающий стабилизатор напряжения

2. Принципиальные особенности энергосберегающих стабилизаторв напряжения

• КПД изделия составляет 99,7%.

• Мощность нагрузки может колебаться от 0 до 100%, что не сказывается на качестве стабилизируемого напряжения.

• Экономия электроэнергии от 10% до 32%.

• Обеспечивает качество электроэнергии в соответствии с действующим межгосударственным стандартом ГОСТ РФ 13109-97г. в процессе автоматического регулирования величины входного напряжения +/-5%.

• Препятствует проникновению в нагрузку из сети импульсных высокочастотных помех.

• Устройство не содержит в своей схеме силовых полупроводниковых элементов, т.е. по своей сути  не является источником высших гармоник, т.е. помех.

• Процесс стабилизации происходит без разрыва питающих цепей и искажения синусоид напряжения и тока.

• Обладает легкой адаптивностью к действующим электрическим сетям.

• Вес и габариты в 3-6 раз меньше всех известных стабилизирующих систем.

• Обеспечивает увеличение срока службы электрооборудования.

• Срок окупаемости составляет от 4 до 18 месяцев и зависит от объема нагрузки.

2.1 Принципиальное отличие.

Принципиальное отличие от общеизвестных схем автотрансформаторного регулирования потока электрической мощности заключается в способе интеграции пофазных дросселей и, как результат, принципе регулирования выходных параметров сети.

Основное отличие схемы, примененной в стабилизаторе – регулирование параметров сети осуществляется не путем каких-либо перекоммутаций силовых фазных контуров, а путем наведения в них разнонаправленных электродвижущих сил со стороны тонкой обмотки фазных дросселей посредством изменения их полярности подключения относительно толстой (силовой) его обмотки.

Данный метод даёт ряд преимуществ технического, эксплуатационного, массогабаритного, стоимостного и надежностного характера, а именно:

– регулирование происходит без разрыва питающей сети – что устраняет проблемы, связанные с коммутациями и вызываемые ими переходные процессы;

– благодаря тому, что 95% мощности стабилизатора передается электрическим и лишь 5% – электромагнитным способами, применяемые в стабилизаторе силовые дроссели имеют мощность, соответствующую 5% от номинальной мощности стабилизатора, а это – вес, стоимость изделия в целом.

Данная технология является уникальной и никем в настоящее время не применяется, так как она защищена патентами на изобретение.

3. Общие сведения

— Изделие обеспечивает контроль входного напряжения с диапазоном 170 – 260В  и одноступенчатым регулированием по каждой фазе отдельно.

— При уровнях напряжения, имеющих значительные отклонения от требований ГОСТа, возможно использование большего количества стабилизаторов напряжения (два и более) с последовательным включением, что приведет к расширению диапазона регулирования напряжения, соответственно количеству  установленных изделий.

— Изделия функционально обеспечивают следующие режимы работы:

• «ТРАНЗИТ» – напряжение на нагрузке равно напряжению сети;

• «ПОНИЖЕНИЕ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ» – напряжение на нагрузке ниже напряжения сети на заданную величину;

• «ПОВЫШЕНИЕ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ» – напряжение на нагрузке выше напряжения сети на заданную величину;

4. Технические данные

Напряжение в питающей сети, В……………………………………………………………………380/220

Частота, Гц…………………………………………………………………………………………………50

Ток нагрузки на фазу, А………………………………………………………………………..от 30 до 400

КПД, %, не менее………………………………………………………………………………………. 99,7

Вид нагрузки…………………………………………………………………………………………. любой

Диапазоны входных напряжений питающей сети:

– для одноступенчатого исполнения, В  …………………………………………………………..170 – 260

Изделия защищены от токов перегрузки и коротких замыканий.

Вид климатического исполнения изделия соответствует ГОСТ 15150-69 УХЛ4.
Степень защиты оболочки соответствует ГОСТ 14254-96 категория от IP-20 до IP-66.

Элементы принципиальной схемы изделия являются фильтром для подавления токов высших гармоник.

5. Энергосберегающие стабилизаторы

Трехфазный одноступенчатый с контролем напряжения по каждой фазе
Тип	Нрмальны ток, А	Максимальная мощность нагрузки, кВА	Диапазон входного напряжения сети, В	Габаритные размеры, мм	Вес, кг
TER 3.35-50	50	35	170-260	890х750х350	80
TER 3.55-80	80	55	170-260	890х750х350	92
TER 3.85-130	130	85	170-260	890х750х350	101
TER 3.110-160	160	110	170-260	890х750х350	118
TER 3.135-200	200	135	170-260	890х750х350	133
TER 3.165-250	250	165	170-260	890х750х350	140
TER 3.220-330	330	220	170-260	1040x900x450	195
TER 3.270-400	400	270	170-260	1040x900x450	198
TER 3.330-500	500	330	170-260	1040х750х450	225

При уровнях напряжения имеющих значительные отклонения от требований ГОСТа, возможно использование двух и трех стабилизаторв с последовательным включением, что приведет к расширению диапазона регулирования напряжения.

 

 

Описание изделия

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ   – производится как устройство модульного построения, заключенное в единую металлическую оболочку  размерами 800х750х350(мм) или 950х900х450(мм), выполненную из стали толщиной 1,5 мм. с высококачественным полимерным покрытием.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ  промышленной серии предназначен:

• для автоматического регулирования величины напряжения в электрических сетях 380/220 В, 50 Гц.;

• сбережения электроэнергии от 10% до 32%;

• улучшения  качества  электроэнергии в соответствии с требованиями ГОСТ 13109-97.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ  включает в себя оригинальный электронный блок управления  и силовую часть.

Электронный блок управления состоит из:

• контроллера,

• блока коммутации,

• блока снабберов.

Силовая часть включает:

• аппараты силовые защитно-коммутационные,

• систему фазированных электромагнитных преобразователей мощностью соответствующей номинальной мощности установки.

Регулирование напряжения осуществляется в заданных пределах при его отклонениях от параметров ГОСТ 13109-97.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ  позволяет регулировать и снижать напряжение до нижнего уровня, разрешенного ГОСТ 13109-97, что является условием эффективной работы всех электроприемников без недопустимого  снижения их производительности.

В результате нормализации электропитания при применении ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО СТПАБИЛИЗАТОРА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ достигаются следующие и необходимые цели:

• экономия денежных средств за счет сокращения электропотребления;

• экономия денежных средств за счет увеличения ресурса электроприемников;

• экономия денежных средств за счет защиты электроприемников от возможных отклонений от нормы в сетях электропитания.

Применяемое в изделии схемное решение позволяет использовать компоненты силовой части имеющие номинальную мощность, не превышающую 10% от мощности стабилизируемой нагрузки.

В результате этого, КПД устройства составляет 99,7%.

Стандартная схема применения трансформаторов типа ОСМ

Кт – коэффициент трансформации ОСМ

В этом случае трансформации подвергается вся мощность, передаваемая на нагрузку из сети, следовательно, мощность трансформатора должна равняться мощности нагрузки

Оригинальная схема применения трансформаторов типа ОСМ в стабилизаторах

Принцип работы энергосберегающего стабилизатора переменного напряжения  основан на применении трансформатора, регулирующего напряжение и включенного по различным схемам.

1. Режим «ТРАНЗИТ», когда напряжение  сети равно напряжению нагрузки.

Обмотки трансформатора W1 W2  включена параллельно, их суммарное сопротивление близко к нулю.Поэтому напряжение сети Uс  практически равно напряжению на нагрузке Uн.  Ток в сети Ic  равен току нагрузки Iн. Энергия передается из сети в нагрузку на 100% электрическим путем.

2. Режим понижения напряжения на нагрузке.

Трансформатор включен как автотрансформатор с указанной полярностью.  Обмотка высшего напряжения W1 индуцирует в обмотке  низшего напряжения W2  Э.Д.С. U2, направленную встречно напряжению в сети. Напряжение на нагрузке равно разности сетевого напряжения и U2:

Uн = Uс – U2.

По первому закону Кирхгофа для точки m:

Iн = Iс + I1,

где Iс  – доля тока, передаваемого из сети в нагрузку, за счет электрической связи. (Основная доля).

I1 – доля тока, передаваемого из сети в нагрузку, за счет электромагнитной связи. (Дополнительная, малая доля).

Для трансформатора

I1 = Iс  / K ,

где

K- коэффициент трансформации трансформатора.

K=W1 / W2.

Значит, доля тока, передаваемого из сети в нагрузку за счет электромагнитной связи, в K раз меньше доли тока, передаваемого за счет электрической связи. Иначе говоря, мощность регулировочного трансформатора в K раз меньше мощности подключаемой нагрузки, что коренным образом  влияет на габариты, вес, стоимость и К.П.Д. стабилизатора.

Например, если имеем  1 кВа;   220/12 В,

то   К = 220 / 12 = 18.

Доля электрически передаваемого тока:

Iэ = 1000/12=83,3 А;

Доля тока, передаваемая электромагнитным способом:

Iэм = 1000/220 = 4, 54 А

3. Режим повышения напряжения на нагрузке. 

Трансформатор включен по автотрансформаторной схеме с указанной полярностью. Здесь обмотка W1  индуцирует в обмотке  W2  Э.Д.С., направленную согласованно с напряжением сети. Напряжение Uн

Uн = Uс + U2, т.е. равно сумме напряжения сети и индуцируемого напряжения.

Ток (энергия) из сети в нагрузку передаются за счет электрической связи (основная доля) и электромагнитной связи.  Рассуждаем так же, как и для режима 2. Удобно рассматривать режимы работы. Анализируя автотрансформаторную схему включения трансформатора.

Введем понятие коэффициента трансформации автотрансформатора КАТ.

Для режима 2:

КАТ = W1 /( W1 +W2) = U1 / (U1 + U2).

Для режима 3:

КАТ = ( W1 +W2) / W1  = (U1 + U2)/ U1.

Для схем режимов 1, 2, 3  rn – сопротивление элементов сети (проводов, кабелей, трансформаторов и т.д.) от источника до места установки стабилизатора.
Составим таблицу для режима 2 из условия применения стандартных трансформаторов с различными коэффициентами трансформации. Приводим таблицу энергетических показателей стабилизатора при использовании стандартных трансформаторов. (Табл.1).

Таблица 1.

Энергетические показатели стабилизатора напряжения при использовании стандартных трансформаторов

Трансформатор	*Кат	Кат²	Кат4	Sт/Sн , %
220/6	0,97	0,94	0,88	3
220/12	0,95	0,90	0,81	5
220/14	0,94	0,88	0,78	6
220/24	0,90	0,81	0,66	10

*Где

Кат  – коэффициент трансформации автотрансформатора, Sт/Sнг  – отношение номинальной мощности регулировочного трансформатора к мощности подключаемой нагрузки, %.

Методика расчета экономической эффективности

∑ = ∆P* cos φ* T·tфакт.загрузки

∑ – сумма экономии

∆Pфакт  = 12 ÷ 20 % при cos φ = 0,6 ÷ 1 (где cos φ –соотношение в нагрузке потребителя реактивной и активной мощностей), т.е.  ∆Pфакт *= ∆P* cos φ. (Вт)

T – тариф за 1 кВт/ч

t – время фактической загрузки – 8760 часов (24 часа*365 дней)

Таблица зависимости эффекта экономии от типа нагрузки

Тип нагрузки	cos φ	R сопротивление нагрузки	Получаемый эффект экономии	Уровень загрузки
P = U * I * cos φ	От 0,6 до 1	Const или циклическая const	∆P от P нагрузки	Характеристика линейная
Активная омическая	1	–	≈20%	–