УНИВЕРСАЛЬНОЕ БАЛАНСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Российский патент 2024 года по МПК H02J3/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации токов обратной и нулевой последовательностей, обусловленных током основной частоты, а также дополнительных прямой, обратной и нулевой последовательностей, обусловленных высшими гармоническими составляющими токов в трехфазных электрических сетях при подключении к ним трехфазной несимметричной нагрузки потребителей, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику.

Известно фильтросимметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат, обмотки которого соединены по схеме встречного зигзага, имеющего три фазных провода и один нейтральный. При этом фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам, а нейтральный к нулевому проводу. Фильтросимметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом снабжено тремя конденсаторными батареями, выводы каждой из которых подключены соответственно между фазными и нейтральными выводами электромагнитного аппарата (Пат. SU №1206881 A, H02J 3/26, 23.01.1986) [1].

Недостатком данного устройства является неизменность параметров его индуктивности, что не позволяет осуществлять регулирование мощности устройства при изменении мощности подключаемой нагрузки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, содержащее подвесные сердечники магнитопровода, способные под действием электромагнитных сил, обусловленных изменением несимметричной нагрузки, изменять свое положение, автоматически регулируя свою мощность (Пат. RU №2796074 C1, H02J 3/26, 16.05.2023) [2].

Недостатком названного устройства является невозможность симметрирования дополнительных совокупностей высших гармонических составляющих (ВГС), образующих прямую, обратную и нулевую последовательности, а также отсутствие возможности компенсации нефункциональных потоков реактивной мощности.

Задачей изобретения является создание универсального балансирующего устройства для четырехпроводных электрических сетей.

Сущность изобретения заключается в следующем. Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, содержащее электромагнитное устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат со стальными сердечниками, размещенными в катушках, установленных на основании, обмотки названного аппарата соединены по схеме встречный зигзаг, имеющий три фазных вывода и один нейтральный, причем каждый фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам сети, а нейтральный - к нулевому проводу, кроме того, каждый сердечник установлен в соответствующей катушке с возможностью его осевого перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фильтры тока обратной и прямой последовательностей, состоящие из трансформаторов тока и трансреакторов, к которым подключены узкополосные резонансные фильтры (УРФ), поглощающие совокупности обратной и прямой последовательностей, образованными эмиссией соответствующих высших гармонических составляющих, кроме того, батарея конденсаторов подключена к фазам электромагнитного устройства по схеме «треугольник». В совокупности это позволяет создать универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей.

На фиг. представлено универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей.

Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей состоит из шести блоков: блок 1 - электромагнитное устройство (ЭМУ), блок 2 - батарея конденсаторов, блок 3 и 4 - фильтры обратной и прямой последовательностей, блок 5 и 6 - блоки УРФ, соответственно обратной и прямой последовательностей.

Блок 1 - устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, имеет три фазных вывода А, В и С и один нейтральный N для подключения к четырехпроводной сети и дополнительные контакты «а, б, в, г, д, е» для подключения фильтров тока обратной (блок 3) и прямой (блок 4) последовательностей.

Блок 2 является батареей конденсаторов C1, С2 и С3, которая подключена к фазным выводам ЭМУ А, В и С (блок 1) по схеме «треугольник» с целью уменьшения нефункциональных потоков реактивной мощности и соответствующих дополнительных потерь обусловленных этими потоками.

Блоки 3 и 4 представляют собой фильтры тока обратной (блок 3) и прямой (блок 4) последовательностей. Фильтр тока обратной последовательности (блок 3) имеет восемь выводов: шесть выводов «а', б', в', г', д', е'» для подключения ЭМУ (блок 1) и два вывода «Р', 0'» для подключения УРФ обратной последовательности (блок 5). Фильтр тока прямой последовательности (блок 4) имеет также восемь выводов: шесть выводов «а'', б'', в'', г'', д'', е''» для подключения ЭМУ (блок 1) и два вывода «Р'', 0''» для подключения УРФ прямой последовательности (блок 6). Фильтры состоят из трансформаторов тока TLA и трансреакторов TAV, а также переменных сопротивлений резисторов R₁ и R₂ подключенных к вторичным обмоткам TAV и TLA соответственно.

Блоки 5 и 6 представляют собой собранные параллельно узкополосные резонансные фильтры, каждый из которых настроен в резонанс именно своей составляющей из общего потока ВГС. Блок 5 образует совокупность УРФ для обратной последовательности (1₍₂₎, 1₍₅₎, 1₍₈₎, 1_(j) - 1₍₃₈₎) и подключен к фильтру тока обратной последовательности к выводам «Р', 0'» (блок 3). Блок 6 образует совокупность УРФ для прямой последовательности (1₍₄₎, 1₍₇₎, 1₍₁₀₎, 1_(i) - 1₍₄₀₎) и подключен к фильтру тока прямой последовательности к выводам «Р'', 0''» (блок 4).

Принцип работы универсального балансирующего устройства для четырехпроводных электрических сетей заключается в следующем. Устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью (блок 1) минимизирует токи нулевой последовательности основной частоты и дополнительную нулевую последовательность, образованную ВГС, кратными трем. Фильтрация дополнительных прямой и обратной последовательностей, образованных соответствующими токами ВГС осуществляется фильтрами тока обратной (блок 3) и прямой (блок 4) последовательностей. Принцип работы, которых заключается в сравнивании напряжения от трансформатора тока TLA и от трансреактора TAV. Первичные обмотки трансформатора TLA (блок 3) включены на разность токов а трансреактора TAV на разность Первичный ток трансформатора тока TLA совпадает с вторичным током по фазе, следовательно, напряжение на R₂ будет совпадать по фазе с первичным током. Фаза вторичного тока трансреактора TAV зависит от вторичной нагрузки Сопротивление резисторов R₁ и R₂ подобраны так, чтобы напряжение совпадало по фазе с током . При этом будет опережать ток на угол π/3. При подведении к фильтру токов прямой последовательности напряжение на выходе фильтра будет равно нулю, поскольку векторы напряжений и противоположны по направлению. Если же на вход фильтра подаются токи обратной последовательности, то векторы напряжений сместятся относительно друг друга на угол π/3 и на выходе фильтра появится значительное напряжение Если трансформатор тока TLA (блок 4) включить на разность токов и трансреактор TAV на разность токов то будет получен фильтр токов прямой последовательности, который будет направлять потоки прямой последовательности на УРФ (блок 6). В УРФ (блоки 5 и 6), состоящих из цепей индуктивно-емкостных элементов, каждая из которых настроена в резонанс с соответствующей гармоникой, происходить фильтрация дополнительных обратной (блок 5) и прямой (блок 6) последовательностей, образованных ВГС.

Таким образом, предложено универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, которое позволяет снижать несимметрию токов и напряжений основной частоты и дополнительных совокупностей высших гармонических составляющих, образующих прямую, обратную и нулевую последовательности.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ

1. Патент SU №1206881 A, H02J 3/26, 23.01.1986.

2. Патент RU №2796074 C1, H02J 3/26, 16.05.2023 - прототип.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации токов обратной и нулевой последовательностей, обусловленных током основной частоты, а также дополнительных прямой, обратной и нулевой последовательностей, обусловленных высшими гармоническими составляющими токов в трехфазных электрических сетях при подключении к ней трехфазной несимметричной нагрузки потребителей, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику. Сущность изобретения заключается в следующем: устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, дополнено фильтровой схемой обратной и прямой последовательностей, к которой подключены соответствующие узкополосные резонансные фильтры, поглощающие совокупности обратной и прямой последовательностей, образованными эмиссией соответствующих высших гармонических составляющих. В совокупности это позволяет создать универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей. Предложено универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, которое позволяет снижать несимметрию токов и напряжений основной частоты и дополнительных совокупностей высших гармонических составляющих, образующих прямую, обратную и нулевую последовательности. 1 ил.

Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, содержащее электромагнитное устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат со стальными сердечниками, размещенными в катушках, установленных на основании, обмотки названного аппарата соединены по схеме «встречный зигзаг», имеющий три фазных вывода и один нейтральный, причем каждый фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам сети, а нейтральный - к нулевому проводу, кроме того, каждый сердечник установлен в соответствующей катушке с возможностью его осевого перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фильтры тока обратной и прямой последовательностей, состоящие из трансформаторов тока и трансреакторов, к которым подключены узкополосные резонансные фильтры, поглощающие совокупности обратной и прямой последовательностей, образованными эмиссией соответствующих высших гармонических составляющих, кроме того, батарея конденсаторов подключена к фазам электромагнитного устройства по схеме «треугольник».