Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство Российский патент 2023 года по МПК H02J3/01 

Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство относится к области электротехники, может быть использовано в установках для улучшения качества электрической энергии: для компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник напряжения в трехфазных электрических сетях.

Известно фильтрокомпенсирующее устройство для трехфазной системы электроснабжения [RU 2046489 С1, МПК H02J 3/18, H02J 3/01, опубл. 20.10.1995]. Фильтрокомпенсирующее устройство снабжено трехстержневым трансформатором, три обмотки каждой фазы которого расположены на одном стержне, первые одноименные выводы первой и второй обмоток подключены к питающей сети системы электроснабжения, первые выводы третей обмотки соединены по схеме «звезда», вторые выводы первой обмотки соединены с конденсаторной батареей, вторые выводы второй обмотки соединены с реактором, вторые выводы третьей обмотки соединены с резистором.

Недостатками такого устройства являются его конструктивная сложность, нерациональное использование материалов и проводников, узкая сфера применения, а также меньший положительный эффект при больших массогабаритных показателях.

Наиболее близким по технической сущности изобретению является фильтрокомпенсирующее устройство [RU 2714925 C1, H02J 3/01, опубл. 21.02.2020]. Фильтрокомпенсирующее устройство содержит электрическую сеть с двумя выводами, реактор, выполненный в виде магнитопровода из П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток первого проводника и второго проводника из фольги в виде двух отдельных секций, обмотки каждой секции изолированы друг от друга диэлектриком, первый вывод электрической сети подключен к последовательно согласно соединенным катушкам коррекции, намотанным на магнитопровод и подключенным к началу первого проводника первой секции, а второй вывод электрической сети подключен к последовательно согласно соединенным катушкам коррекции, намотанным на магнитопровод и подключенным к концу второго проводника второй секции, начало второго проводника первой секции и конец первого проводника второй секции разомкнуты.

Недостатками прототипа являются невозможность компенсации высших гармоник одновременно по трем фазам трехфазной системы электроснабжения, высокий уровень потерь электроэнергии в устройстве и меньший положительный эффект при больших массогабаритных показателях.

Технической задачей изобретения является улучшение показателей качества электроэнергии в трехфазных электрических сетях, уменьшение габаритов устройства в целом, снижение дополнительных потерь мощности в устройстве.

Технический результат изобретения состоит в повышении коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности, снижения коэффициентов гармонических составляющих напряжения и суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения трехфазной электрической сети при одновременном повышении надежности устройства.

Это достигается тем, что в известном фильтрокомпенсирующем устройстве, содержащем компенсируемую электрическую сеть, реактор, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде отдельных секций, при этом обмотки каждой секции изолированы друг от друга слоем диэлектрика, катушки коррекции, согласно изобретению, компенсируемая электрическая сеть является трехфазной, реактор выполнен в виде магнитопровода из Ш-образных стержней, отделенных друг от друга одинаковыми по длине немагнитными зазорами, двузаходные обмотки из фольги в виде отдельных секций намотаны по одной секции на фазу, устройство содержит шесть идентичных катушек коррекции магнитного поля, попарно размещенных на стержнях магнитопровода, при этом компенсируемая трехфазная электрическая сеть соединена с выводами начала первых катушек коррекции, а выводы концов первых катушек коррекции соединены с выводами начала первых проводников секций, выводы концов первых проводников секций и выводы начала вторых проводников секций разомкнуты, выводы концов вторых проводников секций соединены с выводами начала вторых катушек коррекции, а выводы концов вторых катушек коррекции соединены по схеме «звезда» и выполнены с возможностью изолирования при подключении устройства к компенсируемой электрической сети с изолированной нейтралью или заземления при подключении к компенсируемой электрической сети с глухозаземленной нейтралью.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазного фильтрокомпенсирующего устройства с катушками коррекции, на фиг. 2 - внешний вид одной из секций обмоток трехфазного фильтрокомпенсирующего устройства, аналогичный прототипу.

На фиг. 1 показано трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство с катушками коррекции магнитного поля, которое подключается к трехфазной компенсируемой электрической сети 1 (трехфазный источник напряжения) через выводы 2, 3, 4, состоящее из двух Ш-образных участков магнитопровода 5 и 6, выполненных из электротехнической стали и отделенных друг от друга одинаковыми по длине немагнитными зазорами 7. На участки магнитопровода намотаны секции 8, 9, 10, выполненные каждая из двухзаходных обмоток из одинаковых изолированных проводов 11 и 12 в виде алюминиевой фольги и пленок диэлектрика 13 и 14 (фиг. 2), и катушки 15, 16, 17, 18, 19, 20, каждая из которых имеет начальные и конечные выводы: катушка 15 - выводы 21 и 22, катушка 16 - выводы 23 и 24, катушка 17 - выводы 25 и 26, катушка 18 - выводы 27 и 28, катушка 19 - выводы 29 и 30, катушка 20 - выводы 31 и 32. У каждой секции есть выводы для соединения с катушками и компенсируемой электрической сетью: у секции 8 - выводы 33, 34, 35, 36, у секции 9 - выводы 37, 38, 39, 40, у секции 10 - выводы 41, 42, 43, 44. Вывод 21 катушки 15 соединен с выводом компенсируемой сети 2, вывод 23 катушки 16 соединен с выводом компенсируемой сети 3, вывод 25 катушки 17 соединен с выводом компенсируемой сети 4. У секции 8 вывод 33 соединен с выводом 22 катушки 15, вывод 35 - с выводом 27 катушки 18; у секции 9 вывод 37 соединен с выводом 24 катушки 16, вывод 39 - с выводом 29 катушки 19; у секции 10 вывод 41 соединен с выводом 26 катушки 17, вывод 43 - с выводом 31 катушки 20. Вывод 28 катушки 18, вывод 30 катушки 19, вывод 32 катушки 20 соединены по схеме «звезда».

Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство работает следующим образом.

На выводах 2, 3, 4 компенсируемой трехфазной электрической сети 1 устанавливается измерительная аппаратура для анализа показателей качества электрической энергии (коэффициента мощности, коэффициента гармонических искажений), специальное средство автоматизации получает сигнал на включение и замыкает силовые цепи, тем самым подключая трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство к компенсируемой электрической сети. Устройство подключается посредством отдельного коммутационно-защитного аппарата к выводам 2, 3, 4 трехфазной компенсируемой электрической сети 1 через выводы 21, 23, 25 катушек 15, 16, 17, при этом выводы 34 и 36, 38 и 40, 42 и 44 разомкнуты. В результате такого подключения к трехфазному источнику напряжения между проводниками из фольги 11 и 12 секций появляется электрическое поле, приводящее к возникновению токов смещения в диэлектрике 13 и 14. Эти токи, как токи проводимости в проводниках, являются намагничивающими токами магнитопровода. Выполнение магнитопровода из двух участков 5 и 6 обеспечивает распределение намагничивающей силы по периметру магнитопровода. Размещение на стержнях магнитопровода катушек коррекции снижает величину потоков рассеяния. При протекании токов i_A, i_B, i_C в результате согласного включения проводников из фольги 11 и 12 (фиг. 2) каждой секции и проводов катушек коррекции обеспечивается суммирование намагничивающих сил, сокращение области потов рассеяния, что делает эффективным использование устройства на низких частотах.

Наличие немагнитных зазоров 7 позволяет снизить нелинейность магнитопровода, а изменение их длины - регулировать значение резонансной частоты без изменения других параметров устройства. Применение катушек коррекции 15, 16, 17, 18, 19, 20 позволяет регулировать значение индуктивности устройства без изменения параметров секций 8, 9, 10.

На промышленной частоте входное сопротивление фильтрокомпенсирующего устройства имеет емкостной характер, в результате чего реализуется повышение коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности. Для подавления высших гармонических составляющих напряжения компенсируемой трехфазной электрической сети реализуется режим последовательного резонанса устройства. Резонансная частота определяется значениями емкости секций 8, 9, 10, индуктивности, определяемой проводниками 11 и 12 и катушками коррекции 15, 16, 17, 18, 19, 20, параметров и характеристик участков 5 и 6 магнитопровода и длины немагнитных зазоров 7.

Использование изобретения обеспечивает улучшение показателей качества электрической энергии в трехфазных электрических сетях, уменьшение количества элементов устройства, что приводит к уменьшению массогабаритов и снижению дополнительных потерь.

Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство относится к области электротехники. Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство содержит компенсируемую электрическую сеть, реактор, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде отдельных секций, при этом обмотки каждой секции изолированы друг от друга слоем диэлектрика, катушки коррекции. Реактор выполнен в виде магнитопровода из Ш-образных стержней, отделенных друг от друга одинаковыми по длине немагнитными зазорами, двухзаходные обмотки из фольги в виде отдельных секций намотаны по одной секции на фазу. Устройство содержит шесть идентичных катушек коррекции магнитного поля, попарно размещенных на стержнях магнитопровода. При этом компенсируемая трехфазная электрическая сеть соединена с выводами начала первых катушек коррекции, а выводы концов первых катушек коррекции соединены с выводами начала первых проводников секций. Выводы концов первых проводников секций и выводы начала вторых проводников секций разомкнуты, выводы концов вторых проводников секций соединены с выводами начала вторых катушек коррекции. Выводы концов вторых катушек коррекции соединены по схеме «звезда» и выполнены с возможностью изолирования при подключении устройства к компенсируемой электрической сети с изолированной нейтралью или заземления при подключении к компенсируемой электрической сети с глухозаземлённой нейтралью. Технический результат - повышение коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности, снижения коэффициентов гармонических составляющих напряжения и суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения трехфазной электрической сети при одновременном повышении надежности. 2 ил.

Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство, содержащее компенсируемую электрическую сеть, реактор, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде отдельных секций, при этом обмотки каждой секции изолированы друг от друга слоем диэлектрика, катушки коррекции, отличающееся тем, что компенсируемая электрическая сеть является трехфазной, реактор выполнен в виде магнитопровода из Ш-образных стержней, отделенных друг от друга одинаковыми по длине немагнитными зазорами, двухзаходные обмотки из фольги в виде отдельных секций намотаны по одной секции на фазу, устройство содержит шесть идентичных катушек коррекции магнитного поля, попарно размещенных на стержнях магнитопровода, при этом компенсируемая трехфазная электрическая сеть соединена с выводами начала первых катушек коррекции, а выводы концов первых катушек коррекции соединены с выводами начала первых проводников секций, выводы концов первых проводников секций и выводы начала вторых проводников секций разомкнуты, выводы концов вторых проводников секций соединены с выводами начала вторых катушек коррекции, а выводы концов вторых катушек коррекции соединены по схеме «звезда» и выполнены с возможностью изолирования при подключении устройства к компенсируемой электрической сети с изолированной нейтралью или заземления при подключении к компенсируемой электрической сети с глухозаземленной нейтралью.