Устройство индивидуальной компенсации реактивной мощности и монтажная печатная плата для его реализации

Полезная модель относится к электротехнической и радиоэлектронной промышленности и предназначено для индивидуальной параметрической регулировки мощности индуктивного характера. Технический результат: улучшение демпфирующего эффекта падения напряжения в силовой сети при резких изменениях нагрузки индуктивного характера и повышение технологичности изготовления платы и сборки устройства. Устройство 1 содержит параллельно соединенные RLC-цепи из последовательно соединенных элементов активного 5, индуктивного 6 и емкостного 7 сопротивлений, которые смонтированы на одной монтажной печатной плате 4 в единую электрическую схему в виде секций 8. Емкостные сопротивления 7 выполнены на металлопленочных конденсаторах C₁C_n с тангенсом угла потерь менее 10^-3 и соединены треугольником. Устройство 1 включает токоограничивающие дроссели L₁L_n, выполненные на отдельных магнитопроводах 9. В цепь дросселей включены элементы защиты - предохранители тока 10, 13. Платы 4 с секциями 8 размещены в металлическом силовом шкафу 2 с возможностью ограничения несанкционированного доступа. Монтажная печатная плата 4 устройства 1 содержит диэлектрическое основание 14, на обеих сторонах которого размещены контактные площадки 15 с не менее чем двумя однотипными металлизированными отверстиями 16, расстояния между которыми выполнены под размер расположения посадочных выходных контактов электронных компонентов с возможностью размещения на плате сменных электронных компонентов различных типоразмеров. 2 н.п.ф., 3 з.п.ф., 4 фигуры чертежей.

Полезная модель относится к электротехнической и радиоэлектронной промышленности и предназначено для индивидуальной параметрической регулировки мощности индуктивного характера.

Известно конденсаторное устройство с токоограничивающей функцией [EA 8525, 29.06.2007]. Устройство содержит две параллельно соединенные RLC-цепи, состоящие из последовательно соединенных элементов емкостного, активного и индуктивного сопротивления. Параметры каждой из RLC-цепей обеспечивают достижение максимального зарядного и соответственно разрядного токов в элементах емкостного сопротивления различных RLC-цепей и имеют отличающиеся значения. Токоограничивающие элементы устройства, в частности, индуктивные сопротивления, в RLC-цепях выполняют не только прямую функцию ограничения по току, но обеспечивают осуществление этой функции за более длительное время, что снижает отрицательное воздействие на качество электричества в питающей сети и уменьшает расход энергии в индуктивных и активных сопротивлениях.

Недостатками известного конденсаторного устройства являются повышенные потери электрической энергии и отрицательное влияние на качество электрической энергии в питающей сети.

Известно фильтрокомпенсирующее устройство [RU 128033 U1, 10.05.201]. Устройство содержит реактор, конденсатор и компенсируемую сеть. Реактор выполнен в виде магнитопровода из П-образных стержней, а конденсатор в виде двузаходных обмоток из двух изолированных проводов в виде фольги, которые последовательно-согласно намотаны на П-образных стержнях магнитопровода. Компенсируемая сеть подключена к началу первого провода и концу второго, конец первого и начало второго разомкнуты.

Недостатком устройства является низкий коэффициент мощности и большой коэффициент гармоник при больших массогабаритных показателях.

Известно фильтрующее конденсаторное устройство с токодемфирующими функциями, выбранное в качестве прототипа [BY 4390 U1, 30.06.2008]. Устройство содержит соединенные параллельно RLC-цепи, состоящие из последовательно соединенных элементов активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Параметры каждой RLC-цепи заданы таким образом, что времена достижения максимального зарядного и соответственно разрядного токов в каждой RLC-цепи имеют неодинаковые значения. Индуктивность каждой последующей параллельной RLC-цепи увеличена на столько, на сколько увеличена и емкость, а элементы индуктивного сопротивления каждой отличающейся по параметрам RLC-цепи выполнены на общем магнитопроводе. Параллельные RLC-цепи устройства собраны, по меньшей мере, на одной монтажной плате в единую электрическую схему как секции.

Недостатком прототипа является низкий демпфирующий эффект падение напряжения сети при резких изменениях нагрузки электроприемников индуктивного характера.

Известна печатная плата для сменных электронных компонентов [RU 2232447 C1, 10.07.2004]. Плата содержит плоскую подложку с посадочным одним или более местом для установки сменного, выполненного в отдельном корпусе с заданными размерами электронного компонента типа микросхемы. В зоне посадочного места, по количеству выводных контактов электронного компонента, на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие ламели для закрепления на каждом из них соответствующего выводного контакта. Контакты соединены с печатными проводниками для соединения с другими электронными компонентами, которые размещают на поверхности пластины в соответствии с принципиальной схемой. Параллельно ряду печатным токопроводящим ламелям, сформирован ряд дополнительных печатных токопроводящих ламелей, предназначенных для поверхностного монтажа и закрепления выводных контактов другого сменного электронного компонента типа микросхемы, выполненных в отдельном корпусе с отличными от корпуса ранее указанного электронного компонента размерами. Печатные токопроводящие ламели обоих сменных электронных компонентов, совпадающие по схеме соединения, соединены между собой на этой подложке. Печатные токопроводящие ламели другого сменного электронного компонента, схема подключения которых отличны от схемы соединений ламелей первого из упомянутых сменных электронных компонентов, и печатные проводники на плоской подложке, подлежащие соединению с печатными токопроводящими ламелями другого сменного электронного компонента, выполнены с контактами, выведенными через подложку на ее обратную сторону. Часть печатных проводников, предназначенных для соединения указанных контактов в соответствии со схемой их соединения, выполнена на дополнительной плоской подложке, контактно примыкающей к тыльной стороне плоской подложки, на которой размещен электронный компонент. Другая часть печатных проводников выполнена на второй дополнительной плоской подложке, которая контактно примыкает к тыльной стороне первой дополнительной плоской подложки с печатными проводниками для контактного соединения с контактами плоской подложки, на которой размещен электронный компонент.

Недостатком устройства является сложность модернизация или переналадки электронного узла, смонтированного на печатной плате, для работы в иных условиях эксплуатации.

Известна также печатная плата в виде плоской подложки [RU 2003113793 A, 10.11.2004]. Плата содержит, по крайней мере, одно посадочное место для установки сменного с заданными размерами электронного компонента типа микросхемы. Корпус микросхемы снабжен с одной стороны выстроенными в ряд выводными ламелями. В зоне посадочного места по количеству выводных ламелей электронного компонента на плоской подложке сформированы в ряд расположенные печатные токопроводящие участки для закрепления соответствующей выводной ламели. Указанные участки соединены с печатными проводниками для соединения с другими электронными компонентами, размещаемыми на поверхности пластины в соответствии с принципиальной схемой. Параллельно в ряд расположенным печатным токопроводящим участкам, для закрепления выводных ламелей сменного электронного компонента, на плоской подложке сформирован ряд дополнительных печатных токопроводящих участков для поверхностного монтажа и закрепления выводных ламелей другого сменного электронного компонента типа микросхемы. Дополнительные печатные токопроводящие участки соединены с печатными проводниками, выполненными на плоской подложке в соответствии с принципиальной схемой и схемой соединения первого из упомянутых сменного электронного компонента. Печатные токопроводящие участки обоих сменных электронных компонентов, совпадающие по схеме соединения, соединены между собой. На плоской подложке выполнены дополнительные печатные проводники, предназначенные для соединения дополнительных печатных токопроводящих участков для прикрепления ламелей второго из упомянутых сменных электронных компонентов для подключения по другой принципиальной схеме. Ламели электронного компонента закреплены на печатных токопроводящих участках припайкой.

Недостатком аналога является низкая степень универсальности платы в связи с необходимостью замены электронных компонентов с другими посадочными размерами контактных выводов.

Известна универсальная печатная плата с диэлектрическим основанием, которая и выбрана в качестве прототипа [RU 1261550 C, 27.01.1995].

Плата содержит диэлектрическое основание, на обеих сторонах которого размещены контактные площадки прямоугольной формы. Площадки расположены с постоянным шагом и сгруппированы по столбцам с зазором между столбцами. Шины питания смонтированы на двух концах основания с обеих сторон и между столбцами контактных площадок на одной из его сторон. В диэлектрическом основании выполнены металлизированные отверстия, электрически соединяющие контактные площадки на обеих сторонах платы. Контактные площадки на другой стороне основания выполнены с выступами, причем выступы контактных площадок одного столбца размещены между выступами контактных площадок соседнего столбца с зазором, а шаг между выступами составляет 1/2 шага между контактными площадками.

Недостатком прототипа является повышенная технологическая сложность выполнения платы с выступами контактных площадок и сложность переналадки электронного узла при смене типоразмера индуктивности или иного электронного компонента.

Задачей полезной модели является повышение демпфирующего эффекта устройства компенсации реактивной мощности и улучшение технологичности изготовления платы и сборки таких электронных компонентов, как индуктивности, емкости, резисторы и средств индикации - светодиодов.

Техническим результатом полезной модели является создание устройства индивидуальной компенсации реактивной мощности с улучшенным демпфирующим эффектом падения напряжения в силовой сети при резких изменениях нагрузки индуктивного характера и повышение технологичности изготовления платы и сборки устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве индивидуальной компенсации реактивной мощности, содержащем параллельно соединенные RLC-цепи, состоящие из последовательно соединенных элементов активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, которые смонтированы на одной монтажной печатной плате в единую электрическую схему в виде секций, согласно полезной модели, емкостные сопротивления выполнены на металлопленочных конденсаторах с тангенсом угла потерь менее 10^-3, которые соединены треугольником, в качестве индуктивных сопротивлений включает токоограничивающие дроссели, выполненные на отдельных магнитопроводах, при этом в цепь дросселей включены элементы защиты в виде предохранителей тока заданного номинала или анти-резонансные дроссели, а монтажные печатные платы с секциями размещены в силовом металлическом шкафу с возможностью ограничения несанкционированного доступа.

Содержит элементы индикации, выполненные на светодиодах и предохранители тока предпочтительно, на 1,0 и 3,0 ампера.

Технический результат достигается также тем, что в монтажной печатной плате устройства индивидуальной компенсации реактивной мощности, содержащей диэлектрическое основание, на обеих сторонах которого размещены контактные площадки, расположенные с постоянным шагом и сгруппированные по столбцам с зазором между столбцами, шины питания, металлизированные отверстия, электрически соединяющие контактные площадки на обеих сторонах, согласно полезной модели, контактные площадки диэлектрического основания содержат не менее двух однотипных металлизированных отверстий, расстояния между которыми выполнены под размер расположения посадочных выходных контактов электронных компонентов с возможностью размещения на плате сменных электронных компонентов различных типоразмеров.

В качестве сменных электронных компонентов может содержать емкости, индуктивности, резисторы, светодиоды и/или других аналогичных им компоненты.

Содержит направляющие монтажные отверстия с возможностью установки в силовом металлическом шкафу.

Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1-4.

На фиг. 1 схематично представлен силовой шкаф устройства.

На фиг. 2 - принципиальная электронная схема секции устройства.

На фиг. 3 - вид сверху печатной платы.

На фиг. 4 - фрагмент вида модуля с платами в шкафу устройства.

Устройство 1 содержит металлический силовой шкаф 2, в котором размещены модули 3 из сборки монтажных печатных плат 4 с электронными компонентам из последовательно соединенных активного 5, индуктивного 6 и емкостного 7 сопротивлений, смонтированных в единую электрическую схему (фиг. 2) в виде секции 8; емкостные сопротивления 7 на металлопленочных конденсаторах (C₁C_n); индуктивные сопротивления 6 в виде дросселей (L₁L_n) с отдельными магнитопроводами 9; элементы защиты в виде предохранителей тока 10, 13 предпочтительно на 1,0 и 3,0 ампер или антирезонансных дросселей (на чертеже не показано); панель индикации 11 со светодиодами 12 (VD₁VD_n). Монтажная печатная плата 4 устройства 1 содержит диэлектрическое основание 14 с контактными площадками 15 с обеих сторон, которые расположены с постоянным шагом и сгруппированы по столбцам с зазором между столбцами; шины питания (A, B, C), металлизированные отверстия 16, электрически соединяющие контактные площадки 15 на обеих сторонах платы 4 и монтажные направляющие отверстия 17; контактные площадки 15 диэлектрического основания 14 содержат не менее двух металлизированных отверстий 16, расстояния между которыми соответствуют посадочным размерам выходных контактов активного 5, индуктивного 6, емкостного 7 сопротивлений, предохранителей тока 10 и светодиодов 12 с различными типоразмерами для размещения их на плате 4.

Устройство 1 индивидуальной компенсации реактивной мощности реализуют следующим образом.

Изготавливают печатные монтажные платы 4 на диэлектрическом основании 14, например, из стеклотекстолита фольгированного с двух сторон, при этом по заданному рисунку выполняют методом травления контактные площадки 15 и шины питания A, B и C. Контактные площадки 15 располагают с постоянным шагом и группируют по столбцам с зазором между столбцами. Контактные площадки 15 выполняют с обеих сторон диэлектрического основания 14 и в соответствии с монтажной схемой снабжают металлизированными отверстиями 16, которые электрически соединяют контактные площадки 15 на обеих сторонах монтажной платы 4. Контактные площадки 15 содержат не менее двух однотипных металлизированных отверстий 16 с расстояниями между ними под размер расположения посадочных выходных контактов электронных компонентов. Металлизированные отверстия 16 выполняют с учетом размещения на плате 4 сменных электронных компонентов различных типоразмеров (емкости, индуктивности, резисторы, светодиоды и/или другие аналогичные им компоненты). В платах 4 выполняют также направляющие монтажные отверстия 17 для последующей сборки из них модулей 3.

На подготовленной, как изложено выше, монтажной печатной плате 4 собирают электрическую схему (фиг. 2) в виде секции 8 из последовательно соединенных элементов активного 5, индуктивного 6 и емкостного 7 сопротивлений, содержащую параллельно соединенные RLC-цепи. В качестве емкостных сопротивлений применяют металлопленочные конденсаторы C₁C_n с тангенсом угла потерь менее 10^-3 , которые соединяют треугольником (фиг. 2). В качестве индуктивных сопротивлений 6 в схеме используют токоограничивающие дроссели, катушки индуктивности L₁L_n которых выполнены на отдельных магнитопроводах 9. В цепь дросселей включают элементы защиты - предохранители тока 10, 13 или анти-резонансные дроссели (на чертеже не показано) заданного номинала.

Из готовых плат 4 производят сборку модулей 3. Для этого через направляющие монтажные отверстия 17 плат 4 пропускают каркасные крепежные стержни 18, при этом платы 4 разделяют между собой распорными втулками 19 с образованием вентиляционных зазоров 20 для эффективного охлаждения электронных компонентов в процессе работы устройства 1. Собранные модули 3, посредством крепежных стержней 18 (на чертеже не показано), устанавливают в металлический силовой шкаф 2, при этом последний снабжают запорным механизмом (на чертеже не показано) для ограничения несанкционированного доступа к силовым элементам устройства 1. Модули 3 с платами 4 посредством шин питания A, B, C подключают к шинам a, в, c (см. фиг. 1) силовой сети с нагрузкой индуктивного характера и осуществляют индивидуальную параметрическую регулировку реактивной мощности. Устройство 1 снабжено панелью индикации 11 со светодиодами 12 (VD₁V_n) и дополнительно может оснащаться контрольно-измерительной и пускорегулирующей аппаратурой.

Принцип работы устройства 1 индивидуальной компенсации реактивной мощности основан на свойстве емкостных сопротивлений 7, металлопленочных конденсаторов C₁C_n, изменять свое реактивное сопротивление в зависимости от частоты проходящего через них тока и, при наличии нагрузки индуктивного характера в электрической сети, повышать коэффициент мощности. Качественная фильтрация гармонической составляющей в электрической цепи благоприятно сказывается на работе силовых трансформаторов, электродвигателях, пускорегулирующей аппаратуре, кабелях и проводах силовых электрических сетей, в которых наличие гармоник составляет 40% и более. Выбранные параметры металлопленочных конденсаторов C₁C_n с небольшой емкостью и тангенсом угла потерь менее 10^-3 обеспечивают низкое рассеяния мощности на них, а заданное значение емкости достигается их набором и последовательно-параллельным соединением по схеме в треугольник. Емкостные сопротивления 7 из статических последовательно-параллельно соединенных металлопленочных конденсаторов C₁C_n образует конденсаторную батарею, один ввод которой подсоединен к линейным шинам а, 6, с силовой сети, а другой заземлен (на чертеже не показано). Такое схемно-техническое решение обеспечивает расширение диапазона регулирования реактивной мощности. При этом для повышения технологичности сборки устройства 1 емкостные сопротивления 7 из металлопленочных конденсаторов C₁C_n монтируют на монтажных печатных платах 4, специально разработанных для устройства индивидуальной компенсации реактивной мощности согласно полезной модели. Конструкция платы 4, благодаря наличию контактных площадок 15 с обеих сторон на диэлектрическом основании 14 с не менее чем двумя однотипными металлизированными отверстиями 16, расстояния между которыми выполнены под размер расположения посадочных выходных контактов различных электронных компонентов, позволяет применять конденсаторы 7, индуктивности 6, резисторы 5 и светодиоды 12 разных заводов.

Схемно-техническим решением электронной схемы устройства 1 предусмотрено использование индуктивностей 6 в качестве токоограничивающих дросселей с катушками индуктивности L₁L_n, намотанными на отдельных магнитопроводах, которые размещены на плате 4, таким образом, чтобы исключить паразитную связи между ними. Такое выполнение токоограничивающих дросселей исключает индуктивную связь между катушками индуктивности L₁L_n, обусловленную токами самоиндукции в случае их исполнения на общем магнитопроводе согласно прототипу, и повышает устойчивость работы RLC-цепей, смонтированных на одной монтажной печатной плате 4 в единую электрическую схему в виде секций 8 с выводами шин A, B, C, которые подсоединяют к шинам силовой сети а, в и с. При этом индуктивности L₁L_n в RLC-цепях обеспечивают ограничение по току более длительный промежуток времени и, тем самым, снижают отрицательное воздействие на качество питания силовой электрической сети, а также расход энергии в индуктивностях (силовых трансформаторов, электродвигателях и т.д.) и активных сопротивлениях (кабелях и проводах) в самой сети.

Разработанной устройство обеспечивает параметрическую регулировку мощности индуктивного характера электрических машин и эффективно работает в однофазных или трехфазных распределительных сетях частотой до 100 Гц с напряжением до 1 кВ с реактивной составляющей до 87 кВАр. Технические характеристики устройства индивидуальной компенсации реактивной мощности, изготовленного с использование полезной модели, приведены ниже в таблице.

п/п	Показатели	Ед. измерения	Значение
1.	Номинальное значение	В	400±10%
2.	Реактивная мощность нагрузки, не более	кВАр	87
3.	Частота питающей сети	Гц	50±1
4.	Количество фаз	шт.	3
5.	Габаритные размеры, не более	мм
	Высота		1320
	Ширина		800
	Длина		320
6.	Степень защиты	IP	30
7.	Температура окружающей среды	°C	-40 ÷ +40
8.	Масса, не более	кг	85

1. Устройство индивидуальной компенсации реактивной мощности, содержащее параллельно соединенные RLC-цепи, состоящие из последовательно соединенных элементов активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, которые смонтированы на одной монтажной печатной плате в единую электрическую схему в виде секций, отличающееся тем, что емкостные сопротивления выполнены на металлопленочных конденсаторах с тангенсом угла потерь менее 10^-3, которые соединены треугольником, в качестве индуктивных сопротивлений включает токоограничивающие дроссели, выполненные на отдельных магнитопроводах, при этом в цепь дросселей включены элементы защиты в виде предохранителей тока заданного номинала или анти-резонансные дроссели, а монтажные печатные платы с секциями размещены в металлическом силовом шкафу с возможностью ограничения несанкционированного доступа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит элементы индикации, выполненные на светодиодах и предохранители тока предпочтительно на 1,0 и 3,0 ампера.

3. Монтажная печатная плата по п. 1, содержащая диэлектрическое основание, на обеих сторонах которого размещены контактные площадки, расположенные с постоянным шагом и сгруппированные по столбцам с зазором между столбцами, шины питания, металлизированные отверстия, электрически соединяющие контактные площадки на обеих сторонах, отличающаяся тем, что контактные площадки диэлектрического основания содержат не менее двух однотипных металлизированных отверстий, расстояния между которыми выполнены под размер расположения посадочных выходных контактов электронных компонентов с возможностью размещения на плате сменных электронных компонентов различных типоразмеров.

4. Монтажная печатная плата по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве сменных электронных компонентов содержит емкости, индуктивности, резисторы, светодиоды и/или аналогичных им компоненты.

5. Монтажная печатная плата по п. 3, отличающаяся тем, что содержит направляющие монтажные отверстия с возможностью установки в металлическом шкафу.