Фильтрокомпенсирующая установка Российский патент 2019 года по МПК H02J3/01 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах компенсации реактивной мощности, в гребенчатых фильтрах высших гармоник напряжения питания электрических сетей. Структура предлагаемой фильтрокомпенсирующей установки определяется совокупностью фильтрокомпенсирующих устройств.

Известно фильтрокомпенсирующее устройство системы электроснабжения [RU U1167845, МПК H02J 3/01 опубл. 10.01.2017], которое содержит реактор, выполненный в виде магнитопровода из двух П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных проводов обмоток из фольги, отличающийся тем, что конденсатор выполнен в виде четырех отдельных секций, попарно размещенных на стержнях магнитопровода, обмотки каждой секции изолированы друг от друга диэлектриком, при этом первая, вторая и третья секции соединены согласно последовательно, выводы сети подключены к началу первого провода первой секции и к концу второго провода третьей секции, конец первого и начало второго проводов разомкнуты, начало первого провода четвертой секции и конец второго провода четвертой секции подключены к выводам сети, конец первого и начало второго проводов разомкнуты.

Недостатками такого устройства являются большие потоки рассеяния, низкая добротность колебательных контуров в резонансных режимах, сложность выбора параметров и настройки устройства для подавления нескольких гармонических составляющих напряжения сети.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является фильтрокомпенсирующее устройство [RU U1128033, МПК H02J 3/01 опубл. 10.05.2013]. Фильтрокомпенсирующее устройство содержит реактор, выполненный в виде магнитопровода из П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на П-образных стержнях магнитопровода двухзаходных обмоток из двух изолированных проводов в виде фольги и компенсируемую сеть, подключаемую к началу первого провода и концу второго, при этом конец первого и начало второго разомкнуты. Для компенсации высших гармоник в устройстве используется режим резонанса напряжений, резонансная частота которого определяется его емкостью и индуктивностью. На промышленной частоте компенсируемой сети реализуется повышение коэффициента мощности.

Недостатками прототипа являются невозможность компенсации одновременно нескольких высших гармоник сети, высокий уровень потерь электроэнергии в устройстве и меньший положительный эффект при больших массогабаритных показателях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня необратимых потерь электроэнергии, уменьшение массогабаритов, повышение коэффициента мощности и снижение коэффициентов гармонических составляющих напряжения электрической сети путем полигармонической компенсации высших гармоник.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении коэффициента мощности и снижении коэффициентов гармонических составляющих напряжения и суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения сети за счет компенсации реактивной мощности и полигармонической фильтрации высших гармоник при одновременном повышении надежности и уменьшении массогабаритных показателей устройства.

Это достигается тем, что известная фильтрокомпенсирующая установка, содержащая, компенсируемую сеть, фильтрокомпенсирующее устройство, выполненное в виде магнитопровода из П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде двух отдельных частей, в каждой части заходы обмоток из фольги изолированы друг от друга пленками диэлектрика, снабжена двумя дополнительными фильтрокомпенсирующими устройствами, идентичными фильтрокомпенсирующему устройству, в каждом фильтрокомпенсирующем устройстве сечение фольги по длине каждой из последовательно-согласно намотанных частей обмоток выполнено переменным, сечения фольги части половины длины обмоток, примыкающей к компенсируемой сети выполнено в три-семь раз больше, чем сечения оставшихся частей обмоток, параллельно к компенсируемой сети подключены все фильтрокомпенсирующие устройства с настройкой выполняемой, для каждой из гармоник напряжения сети, путем изменения длины немагнитного зазора магнитопровода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема фильтрокомпенсирующей установки с параллельно подключенными к компенсируемой сети фильтрокомпенсирующими устройствами, на фиг. 2 показана схема фильтрокомпенсирующей установки с параллельно подключенными к компенсируемой сети фильтрокомпенсирующими устройствами электрической цепи с распределенными параметрами, на фиг. 3 показана обмотка секции фильтрокомпенсирующего устройства.

В фильтрокомпенсирующей установке к компенсируемой сети 1, для компенсации пятой К=5, седьмой К=7, одиннадцатой К=11 гармоник его напряжения, параллельно подключены фильтрокомпенсирующие и два дополнительных фильтрокомпенсирующих устройств 2, 3, 4, каждое из которых выполнено соответственно на основе П-образного магнитопровода - 5, 6, 7 из электротехнической стали и содержит обмотки 8, 9, представляющие реактор. Параметры обмоток и схемы соединений каждого из них идентичны.

На каждый из двух боковых стержней П-образного магнитопровода намотана обмотка 8, 9. Обмотки 8, 9, идентичные для каждого устройства 2, 3, 4, соединены последовательно согласно. Магитопроводы 5, 6, 7, принадлежащие соответственно фильтрокомпенсирующим устройствам 2, 3, 4, отличаются друг от друга длиной двух немагнитных зазоров в них, определяющей частоту К - ой гармоники. Обмотка 8 выполнена двухзаходной намоткой из изолированных проводов 10, 11, в виде алюминиевой фольги, и пленок диэлектрика 12 между ними. Сечение провода 10 больше, чем сечение фольги провода 11. Обмотка 9 выполнена двухзаходной намоткой, идентично обмотке 8, из изолированных проводов 13, 14, в виде алюминиевой фольги, и пленок диэлектрика 15 между ними. Сечение алюминиевой фольги проводов 10, 13 в три-семь раз больше, чем сечение проводов 11, 14. Провода 10, 13 условно обозначены более жирными линиями по сравнению с обозначениями проводов 11, 14.

Провода частей обмоток соединены последовательно согласно. Соединение, образованное началом провода 10 выводом 16 соединено с проводом сети 17, а его конец выводом 18 с началом провода 14 выводом 19, конец которого обозначенный выводом 20 разомкнут, образуют называемый прямой провод от сети. Называемый обратный провод от сети определяется соединениями: конец провода 13 выводом 21, соединен с проводом сети 22; начало провода 13, выводом 23, соединено с концом провода 11, выводом 24; начало провода 11, вывод 25, разомкнуто.

Фильтрокомпенсирующая установка работает следующим образом. Схема электрической цепи с распределенными параметрами фиг. 2 для параллельно подключенных к компенсирующей сети 1 фильтрокомпенсирующих устройств 2, 3, 4 отображает электромагнитные процессы и соединения отдельных элементов этих устройств. Магнитопроводы 5, 6, 7, провода обмоток 8, 9, пленки диэлектрика 12, 15, образуют конденсаторы и представлены элементами отдельных ячеек длиной dx распределенной цепи:

L₀ (Гн/м) - индуктивность на единицу длины;

R₀ (Ом/м) - сопротивление проводов на единицу длины;

С₀ (Ф/м) - емкость между проводами на единицу длины;

G₀ (См/м) - проводимость на единицу длины, учитывающая потери в изоляции между проводами.

Значения индуктивности на единицу длины L₀ (Гн/м) для каждого устройства 2, 3, 4 различны. Они устанавливаются длиной немагнитного зазора, определяющего резонансную частоту каждого устройства. Сопротивление проводов на единицу длины R₀ (Ом/м), примыкающих выводами 16, 21 к компенсируемой сети 17, 22, в три-семь раз меньше, чем сопротивление частей проводов примыкающих к разомкнутым выводам 20, 25.

В результате подключения выводов 16 и 21 проводов 10 и 13 устройств 2, 3, 4 к проводам 17 и 22 сети 1, под действием напряжения сети возникает электрическое поле между прямыми и обратными проводами параллельно подключенных фильтрокомпенсирующих устройств 5, 6, 7. Это поле приводит к возникновению токов смещения. Эти токи, как токи проводимости в проводах, являются намагничивающими для магнитопроводов 5, 6, 7. Наличие двух немагнитных зазоров позволяет снизить проявление нелинейности характеристик магнитопроводов. Изменение длины зазоров позволяет устанавливать необходимые значения резонансной частоты каждого из устройств 5, 6, 7.

Переход линий тока, как тока смещения в конденсаторе, происходит от прямого провода сети к обратному проводу через пленки диэлектрика 12, 15. При этом имеет место согласное включение прямого провода сети с обратным проводом компенсируемой сети, обеспечивая магнитопровод током намагничивания равным току компенсируемой сети 1.

Для подавления высших гармоник электрической сети используется режимы резонанса напряжений. Значения емкости конденсатора, индуктивности реактора, длины немагнитного зазора определяют значение резонансной частоты. Для подавления к - х нечетных и не кратным трем гармоник напряжения сети, к=(2n+1), при n=2,3,5, соответственно к=5, 7, 11. На промышленной частоте электрической сети реализуется повышение коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности.

Так как, значение тока в проводах вдоль их длины, каждой из последовательно-согласно намотанных обмоток, изменяется по линейному закону, то сечение проводов из фольги не является постоянным. Сечения фольги части половины длины обмоток, примыкающей к компенсируемой сети, в три-семь раз больше, чем сечения оставшихся частей обмоток. Это приводит к снижению потерь в проводах и уменьшению массогаборитов установки.

Отношение сечений в три-семь раз выбрано оптимальным из обеспечения равенства потерь на каждой полудлине проводов при линейном законе изменения тока по длине их.

Использование фильтрокомпенсирующей установки, определяемое простотой схемотехнического решения, обеспечивает повышении надежности его работы. Многофункциональное применение проводников и диэлектриков приводит к снижению уровня потерь, массогабаритов и упрощению решения задач компоновки устройства в целом.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение уровня необратимых потерь электроэнергии, уменьшение массогабаритов, повышение коэффициента мощности и снижение коэффициентов гармонических составляющих напряжения электрической сети. Фильтрокомпенсирующая установка, содержащая компенсируемую сеть, фильтрокомпенсирующее устройство, выполненное в виде магнитопровода из П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде двух отдельных частей, в каждой части заходы обмоток из фольги изолированы друг от друга пленками диэлектрика, отличается тем, что снабжена двумя дополнительными фильтрокомпенсирующими устройствами, идентичными фильтрокомпенсирующему устройству, в каждом фильтрокомпенсирующем устройстве сечение фольги по длине каждой из последовательно-согласно намотанных частей обмоток выполнено переменным, а сечения фольги части половины длины обмоток, примыкающей к компенсируемой сети, выполнено в три-семь раз больше, чем сечения оставшихся частей обмоток, параллельно к компенсируемой сети подключены все фильтрокомпенсирующие устройства с настройкой, выполняемой, для каждой из гармоник напряжения сети, путем изменения длины немагнитного зазора магнитопровода. 3 ил.

Фильтрокомпенсирующая установка, содержащая компенсируемую сеть, фильтрокомпенсирующее устройство, выполненное в виде магнитопровода из П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде двух отдельных частей, в каждой части заходы обмоток из фольги изолированы друг от друга пленками диэлектрика, отличающаяся тем, что снабжена двумя дополнительными фильтрокомпенсирующими устройствами, идентичными фильтрокомпенсирующему устройству, в каждом фильтрокомпенсирующем устройстве сечение фольги по длине каждой из последовательно-согласно намотанных частей обмоток выполнено переменным, а сечения фольги части половины длины обмоток, примыкающей к компенсируемой сети, выполнено в три-семь раз больше, чем сечения оставшихся частей обмоток, параллельно к компенсируемой сети подключены все фильтрокомпенсирующие устройства с настройкой, выполняемой для каждой из гармоник напряжения сети, путем изменения длины немагнитного зазора магнитопровода.