Уважаемые коллеги!

В силу большой загруженности разной другой работой и невозможности вследствие этого исследовать и продвигать эту идею в одиночку , выношу ее на форум для всеобщего обсуждения.

Итак, мысль в следующем.

Как известно, в данное время в силу большого распространения у нас в быту разных электронных устройств, питающихся от сети как через традиционные трансформаторы с выпрямителями и емкостными фильтрами, так и через ИИП (построенные по известному принципу с выпрямлением непосредственно сетевого напряжения и последующим преобразованием полученного постоянного напряжения на высокой частоте в другие напряжения), в наших сетях имеет место быть достаточно большое несоответствие формы тока исходному синусойдальному питающему напряжению, приводящая к искажению этого начального синусойдального напряжения (что вредно для традиционных трансформаторов и электродвигателей переменного тока, требующих для своей работы именно правильной синусойдальной формы питающего напряжения по возможности без гармоник), а также к видимо еще более важным недостаткам - повышению потерь в сетевой проводке и вообще во всем оборудовании на питающей стороне вплоть до электростанций и к повышению электромагнитных помех из за наличия в спектре переменного тока гармоник большой амплитуды вплоть до высших их номеров (более нескольких десятков гармоник!).

Именно для исправления такой ситуации и существуют ККМ - корректоры коэффициента мощности, но дело в том, что опять же как в силу запоздалости осознания вышеописанной ситуации, так и в силу экономических причин (введение ККМ стоит дополнительных денег!), из за которых даже и сейчас требования по обязательному введению ККМ касаются в лучшем случае устройств с мощностями лишь выше некоторого значения и то лишь с некоторых странах (а самая распространенная у нас дешевая китайская продукция этими особенностями как правило "не страдает"), распространение устройств с ККМ так незначительно, что само их присутствиие все еще можно смело назвать исключением из правила.

Таким образом, получается грустная картина: для заметного исправления существующей ситуации надо добиться того, чтобы устройства с ККМ стали доминировать, но на начальном этапе продвижения таких устройств на рынок почти никакой пользы получить не удастся (скорее одни убытки), т.к. их бОльшая сложность и цена дают о себе знать сразу же при производстве или покупке, в то время как полезные своиства смогут заметно проявить себя лишь при достаточном количестве этих устройств с ККМ в общей массе других.


Вот при виде всего этого у меня и возникла мысль - а если создать такой ККМ, который бы не просто подгонял форму потребляемого устройством тока в соответствии с формой питающего сетевого напряжения, а сравнивал бы это (уже искаженное другими потребителями) сетевое напряжение с образцовым и распределял бы потребляемый ток в течение периода таким образом, чтобы максимально возможно исправить сами искажения в сетевом напряжении, являющиеся именно следствием наличия других не совсем корректно работающих потребителей?

Например, если взглянуть на форму сетевого напряжения при помощи осциллографа, то можно без труда заметить явный скос передних краев синусойды около самых вершин , т.к. именно в этом месте и в эти моменты времени происходит резкое увеличение протекающего в сети тока, потребляемого устройствами с емкостными фильтрами, что приводит к просадке напряжения из за конечного внутреннего сопротивления питающей сети, и зная, что это внутреннее сопротивление всеже весьма малое, можно предположить внушительные масштабы токовых перегрузок в эти моменты, если их следствие явно наблюдается на экране осциллографа на синусойде с двойным размахом амплитуды около 600 В.

Так вот, если в этой ситуации какое-то дополнительное устройство-потребитель оснастить обычным ККМ, то оно будет потреблять от сети ток, в идеале по форме соответствующий этой искаженной синусойде, т.е. и в те моменты, когда на этой синусойде из за создаваемых другими потребителями перегрузок появляются провалы, это устройство с ККМ будет также потреблять соответствующий мгновенному напряжению сети ток (хотя и без перегрузки), в то время как выгоднее было бы вообще распределить управляемое через ККМ потребление тока на те промежутки времени, когда остальные потребители его вообще не потребляют, и полностью прекратить в те моменты, когда большое потребление других устройств создает в сети перегрузку - тем более, что определить эти моменты можно как раз по искажениям исходной синусойды питающего сетевого напряжения.

Такой компенсирующий ККМ мог бы не только сам потреблять от сети ток достаточно соответствующий по форме напряжению, но и частично компенсировать искажения, вносимые другими потребителями - таким образом, он приводил бы в порядок не только свое собственное потребление электричества из сети, но и еще почти такую же мощность, не совсем корректно потребляемую другими потребителями.

Конечно, при малых мощностях это врядли оправдает свои затраты, точно также, как и в случае с традиционными ККМ, но при достаточно больших это уже вполне может принести заметную пользу.

Остается подумать над тем, насколько возможна реализация такого ККМ вообще и как можно было бы это сделать в частности.

Исходим из того, что частота сети хотя и близка к 50 Гц, но всеже может меняться в пределах до примерно 1 Гц в каждую сторону, т.е. от 49 до 51 Гц - значит, понадобится перестраиваемый с помощью ФАПЧ генератор синусойдального напряжение такой частоты.
Он видимо может быть как аналоговым, так и цифровым, может быть даже с использованием МК.

Дальше уже более-менее традиционно - сравниваем это образцовое синусойдальное напряжение с пропущенным через делитель сетевым напряжением в пропорциях, зависящих от среднего выходного напряжения ККМ (обычно в идеале предлагается применять здесь аналоговые перемножители, но возможно, есть и более простые решения), а результатом сравнения управляем длительностью импульсов в ШИ-модуляторе.

В результате получаем, что при соответствии формы сетевого напряжения образцовому будет происходить какое-то умеренное потребление тока, соответствующее требуемой мощности нагрузки, а в моменты провалов в сетевом напряжении потребление тока резко снижается или прекращается вообще.

Видимо при этом для обеспечения такого же уровня пульсаций, как и в традиционном ККМ такой же мощности потребуется несколько увеличить емкость накопительного конденсатора ККМ, однако это можно считать незначительной платой за получаемые преимущества.

Ну, так какие будут мнения?

Тогда, может встроить такой девайс на входе в квартиру, вроде интерактивного бесперебойника (сеть выпрямлять и на выходе выдавать идеальную синусоиду). Внутри квартиры будет хорошо. А снаружи? А вообще как компенсировать "скосы синусоиды"? Накапливать мощу на другом участке и выдавать обратно на пике? Компенсировать придётся всех соседей, кто сидит на этой же фазе?

Добрый вечер
проблема качества ЭЭ актуальна и с повестки дня не снималась
В ГОСТ 13109-99 четко прописано и определено 11 основных параметров
КЭЭ из них контролируется два в лучшем случае (отклонение частоты и установившееся отклонение напрчжения) остальные 9 сами по себе
Похоже этой темой всерьез никто не занимается
нормативный документ есть руководящий
а остальное само по себе
В первую очередь должно заняться проблемой государство
во-вторых производитель бытовой техники
в даный момент они не спешат
и само по себе мы потребители
ведь ЭЭ это товар за который мы платим деньги за (некачественную)
мы не знаем что нам поступает и какую "лепту" мы вносим видим только как крутит счетчик

На серьёзных предприятиях устанавливают приборы контроля качества питающей сети, чтобы в случае чего предъявить претензии "Чубайсу и Ко". Там протоколируется синусоида, т.е. если какой-то параметр сети отклоняется от номинала, то запись как в цифровом запоминающем осциллографе - синусоида со всеми её провалами, пиками, ВЧ помехами и прочим. Очень удобно искать причину - удар грозы отличается по виду от искрящего разъединителя или самовольного подключения сварочного аппарата в гараже по соседству.

Цитата:

Сообщение от mao-sin

Тогда, может встроить такой девайс на входе в квартиру, вроде интерактивного бесперебойника

А почему бы и нет!

Я вот в первом представлении своей идеи пока воздерэжался от таких далеких замашек, но ведь принцип наибольшей окупаемости при наибольшей мощности остается в силе, так что чем больше мощности удастся сразу охватить, тем заметнее будет польза от результата.

Цитата:

Сообщение от mao-sin

сеть выпрямлять и на выходе выдавать идеальную синусоиду

Ну я бы тут предложил другое - выдавать что-то типа стабильных 300 В постоянки на все то, что внутри себя все равно делает это из исходных 220 В переменки.

Конечно, надо тогда какбы надо ставить в квартире чуть ли не дублирующую проводку, но на фоне этого самого входного "бесперебойника" это уже не выглядит очень страшно, особенно, если сделать это в самом начале, уже при укладке всех проводов.

Скажу даже больше - как ни крути, а за много лет работы с источниками питания, в том числе с многочисленными бытовыми, я не мог не обратить внимания на то, что большинство из них можно было бы значительно упростить, если бы в сети вместо существующего сейчас напряжения (или же в "параллельной" сети совместно с уже существующей) существовало бы постоянное напряжение 50-300 В, привязанное к общему проводу заземления так, чтобы если не во всех, то уж во всяком случае в большинстве случаев не требовалось бы иметь в источниках питания самих устройств-потребителей гальваническую развязку между первичной и вторичной цепями.

Кстати, небольшое пояснение по поводу гальванической развязки от сети.
В принципе в ее отсутствии нет ничего невозможного, т.к. сетевая неитраль именно и соединена с общим проводом-заземлением в домах, и туда же подключаются и общие провода-экраны многих используемых в этом доме сигнальных кабелей соответствующего назначения (например, телевизионных), поэтому единственное, что мешает применять источники питания без гальванической развязки - это НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ по нашим стандартам того, какой из двух "активных" проводов в розетке окажется фазным, а какой - неитральным.
(это так хотябы уже потому, что большинство наших сетевых штеккеров можно запросто "переполюсовывать" в розетке, перевернув их на 180 град. )
В подтверждение этому могу привести известные мне из собственного опыта факты, когда некоторые привезенные из Англии (Соединенного Королевства) аппараты с питанием через ИБП, в частности телевизоры, НЕ ИМЕЛИ гальванической развязки между общим проводом устройства и одним из питающих проводов в сети (приходилось СТРОГО-НАСТРОГО предупреждать наших людей, чтобы при включении этих аппаратов в розетку ОБЯЗАТЕЛЬНО проследили за расположением фазы и неитрали!), что возможно как раз потому, что там используются розетки с жесткой привязкой фазы и неитрали к определенным контактам, переполюсовать которые без злого умысла невозможно.

При таком включении однако возникает еще одна небольшая сложность - в выпрямителе сетевого напряжения для ИБП сложно применить мостовую схему , т.к. в такой схеме нельзя соединять какой-то из входных проводов с каким-то из выходных (а тут "общий" провод желательно сделать именно общим как для входа, так и для выхода выпрямителя), поэтому там просто применяли ... однополупериодную схему выпрямления на одном диоде!

В результате получалось, что один из сетевых проводов (неитраль) соединен с общим проводом ("массой"), также как и "общий" (минусовый) провод на первичной стороне ИБП, и туда же подключается и общий провод вторичной (сигнальной) стороны - и вот это все вместе взятое уже можно практически однозначно считать очень большим преимуществом , позволяющим как упростить и удешевить большинство подобных аппаратов, так и сделать их безопаснее друг для друга и для пользователя!

Например, проблема импульсных токов, протекающих от сети на корпус (он же как правило и общий провод вторичной цепи) благодаря наличию в схемах ИБП помехоподавляющих конденсаторов, из за которой пришло в негодность такое огромное количество всевозможных устройств, пробитых этими токами при взаимном подсоединении сигнальных кабелей без предварительного соединения их общих проводов (корпусов), изчезла бы сразу и полностью!

У меня лично тоже был такой случай, даже не смотря на вроде бы уже многолетнюю осведомленность об этой опасности.
Не сообразил вовремя, что БП, от которого питался усилитель с колонками, через от того же БП питаемую автомагнитолу и ее антенный кабель жестко связан с "землей" - достаточно было слегка сдвинуть входной штеккер усилителя, подключенного к выходу устройства с питанием от ИБП, и один из каналов "захрипел", как выяснилось позже, его выход пробился именно теми импульсными токами помехоподавляющих конденсаторов.
В системе с поголовно соединенными общими проводами от сигнальной антенны до самой питающей сети такое было бы невозможно.

А дальше можно было бы вообразить такую ситуацию - внутридомашняя (или даже объединенная на несколько квартир/зданий) сеть постоянного тока с напряжением 2*100 В со средней точкой (трехпроводная), аналогичная по структуре хорошо известным двухполярным истоникам питания звуковых усилителей мощности.
Если теперь нам требуется иметь для питания небольшой нагрузки преобразователь небольшой мощности - ну так пусть он работает от каких-то из этих 100 В (небольшая асимметрия в нагрузке вполне допустима), если нужна бОльшая мощность - можно использовать сразу оба напряжения, получив в итоге уже 200 В, что почти равно сегодняшнему сетевому переменному напряжению 220 В, поэтому никакое существенное умощнение электропроводки в предлагаемом случае в принципе не потребуется, скорее даже наоборот, ведь в сети постоянного тока можно запросто устранить вредные импульсные токи установкой на линиях питания дополнительных конденсаторов без других непреодолимых отрицательных последствий (понадобится только наличие ограничителей тока при переходных процессах), в то время как в сети переменного тока установка конденсаторов для фильтрации тех же импульсных токов приведет к возрастанию реактивных токов через сами же эти конденсаторы, являющиеся для переменного тока реактивными сопротивлениями.

В результате абсолютное большинство электронных устройств можно было бы питать от такой сети постоянного тока через несложные и недорогие преобразователи без гальванической развязки, что снизило бы их стоимость и массо-габариты до двух раз и при этом удалось бы избежать многих технических сложностей.

А идеальную и неискаженную вот этими импульсными преобразователями синусойду (которую в таком случае и воссоздавать вторично не надо - она же уже существует в исходной сети! ) как раз можно оставить отдельно, для тех потребителей, которым именно она и нужна!
(среди таковых видимо останутся только двигатели переменного тока , да и то только пока их не переведут на питание через электронные преобразователи-генераторы переменной частоты)

Вобщем, вся наша система электроснабжения постепенно двигается к постоянному току, что может показаться непривычным, но всеже вполне логично - существующая система переменного тока оптимизирована для применения в ней в качестве потребителей электродвигателей и трансформаторов, работающих именно от такой сети и такой ее частоты, и с переходом на более малогабаритные или многофункциональные импульсные преобразователи те условия, которые до сих пор определяли характер наших сетей, будут постепенно исчезать.

Цитата:

Сообщение от mao-sin

Внутри квартиры будет хорошо. А снаружи?

Так в том и дело, что в предлагаемом варианте лучше становится не только внутри, но и снаружи!

Допустим, что у соседа подключено к сети несколько устройств, питаемых через традиционные трансформаторы и ИБП, в обеих случаях с простыми емкостными фильтрами после выпрямителей - компьютер, монитор, телевизор, аудиосистема, итого всего какой-то бедный 1 кВт.

Если предположить, что из за особенностей работы выпрямителей на емкостные фильтры время протекания тока по ним составляет около 1/5 периода (что вполне соответствует реальности), то средний ток в импульсе будет равным около (1000/220)*5=22,7 А.
А ведь это примерно равно амплитудному току 22,6 А, соответствующему среднему току 16 А при строго синусойдальной его общей форме, хотя в этом альтернативном случае от сети потребляется мощность 3,5 кВт, в то время к в первом случае всего 1 кВт.

Так вот, главное: если теперь мы параллельно с потребителями у соседа подключаем своих на 2,5 кВт, подключенных через предлагаемый компенсирующий ККМ, то в идеале получим ситуацию, при которой в те моменты, когда потребляемый соседом ток достигает своего максимума, наш ККМ его вообще не будет потреблять, заполняя этот недостаток в те моменты, когда потребители у соседа "молчат" (а это по нашим условиям 80% всего времени), и таким образом, общий коэффициент мощности в сети становится почти равным единице при значениях, принятых в данном примере, т.е. наш ККМ не только сохранил правильное потребление своих 2,5 кВт мощности, но и "поправил" дополнительно 1 кВт у соседа.

Вот в этом и была мысль!

Конечно, кто-то может сказать - а зачем это нужно, может все и так, как есть сойдет, ведь пока как-то обходимся?

Ну чтоже, могу привести конкретный пример - представим, что в вышеописанном случае у нас нет никакого ККМ, а все потребители по своему характеру аналогичны "соседским" - какую максимальную мощность при этом удастся извлечь из сети, при условии, что предохранитель с тепловым (т.е. "среднеквадратичным") принципом "медленного" отключения (что опять же соответствует действительности) настроен на указанный ток 16 А?

Для выяснения этого проведем условный упрощенный расчет, приняв сопротивление датчика для наглядности равным 1 Ом.

При синусойдальном токе 16 А мощность на нем будет 16*16=256 Вт.
В случае несинусойдального импульсного тока, который протекает в цепи лишь 1/5 часть периода, вызывающая такой же нагрев мощность в импульсе будет соответственно в 5 раз больше, т.е. 256*5=1280 Вт.
Такой мощности на сопротивлении 1 Ом соответствует ток 35,8 А - это в импульсе длиной 1/5 периода, средний ток питания нагрузки соответственно в 5 раз меньше, т.е. 7,16 А, что при напряжении 220 В соответствует мощности 1575 Вт, и даже если это напряжение считать равным 285 В (а это среднее значение между амплитудой 300 В и нижним уровнем пульсаций 270 В, примерно соответствующее интервалу протекания обсуждаемого импульсного тока при полной нагрузке), то и тогда от сети с потенциальной мощностью 3,5 кВт мы сможет получить без отключения предохранителя всего 2040 Вт.

А если нам надо подключить у себя сварочный аппарат (возможно - на основе того же ИБП), который не имеет никакого ККМ, а сосед тем временем как в вышеописанных примерах уже "загребает" из сети 22,7 А импульсного тока из 35,8 А допустимых, как тогда быть?

Вот и получается, что речь идет не только о погоне за красотой синусойды в сети, но и о максимально возможной получаемой от этой сети мощности, а в некоторых случаях и о том, сможем ли мы вообще в ней оспользовать какой-то мощный прибор-потребитель или не сможем.

Цитата:

Сообщение от mao-sin

А вообще как компенсировать "скосы синусоиды"? Накапливать мощу на другом участке и выдавать обратно на пике?

Компенсировать придётся всех соседей, кто сидит на этой же фазе?

Прямая обязательная задача полностью компенсировать провалы в данном случае не ставится (поэтому усложнять до степени "накапливать и выдавать обратно" я и не предлагаю, хотя технически это видимо было бы возможно), это получается косвенным путем, как в вышеописанном примере с "неправильным" соседским киловаттом.

Компенсация происходит за счет распределения собственного потребления таким образом, чтобы этим частично компенсировать неравномерности, вносимые другими потребителями.

И при этом всеже такой прибор действительно в некоторой степени способен уменьшить искажения от ВСЕХ других потребителей, причем принципиально независимо от их места возникновения - теоретически исправлению подвергнется даже напряжение самой электростанции, если в дошедшем до такого компенсирующего ККМ виде оно уже окажется каким-то образом искаженным.

Так что если бы сделать такой прибор очень мощным, то после предьявления претензий "Чубаису и Ко" (по способу, описанному здесь выше в теме в сообщении №4 от mao-sin), можно еще и предложить тем же господам исправить их недоделки за некоторую "умеренную плату", или же потребовать для себя скидку за согласие потреблять электроэнергию в искаженном виде.

Совершенно согласен с вашими выкладками. Внутриквартирная (или внутридомовая) сеть постоянного тока действительно на настоящем уровне развития техники (повсеместное применение импульсных блоков питания) имеет массу преимуществ, начиная от повышенной электробезопасности (физиологическое воздействие постоянного тока на организм намного менее опасно, чем переменного промышленной частоты). Просто исторически сложилось так, что род тока (переменный трехфазный), его частота и напряжение были выбраны исходя из удобства его транспортировки от электростанции к потребителю (возможность при помощи простого устройства - трансформатора - повысить и потом обратно понизить напряжение) и удобства применения в промышленности (основной потребитель - асинхронный трехфазный двигатель). Число фаз (три) выбрано именно из-за упрощения устройства двигателей. Никола Тесла предлагал первоначально двухфазный переменный ток (две фазы со сдвигом 90 градусов и ноль), но после ряда экспериментов остановился именно на трехфазном - проводов всё равно три, а мощность передать можно в [корень из 2] раз больше. Частота (50 или 60 Гц) тоже выбрана минимально возможной. Более высокая - больше реактивные потери в линиях электропередач, более низкая - огромные габариты трансформаторов и двигателей. Кстати, ещё в 70-е годы был проведён эксперимент. На ЛЭП 220 кВ для повышения пропускной способности параллельно подали постоянный ток (75 кВ), который на приёмном конце обратно преобразовывали в переменный. Пропускная способность возросла в полтора раза, но при уровне техники того времени решение получилось очень дорогим (высоковольтные тиристорные выпрямители и инверторы). Была статья в "Науке и жизни".