Устройство для регулирования и симметрирования напряжений в трехфазных четырехпроводных сетях Советский патент 1986 года по МПК H02J3/26 

/I 16и) (18-18n) по количеству отводов полуобмоток ВДТ, включенных с ними в зигзаг и встречно, а каждый блок 19-21 переключения ступеней регулирования содержит узел общей искус26Д264ственной коммутацииf включающий тиристоры 34-35, коммутируюпще конденсаторы 36 и 37, дроссели 38 и 39 и разделителный диодный мост (40-43). Ч 3.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для широкодиапазонного регулирования и стабилизации уровня фазных напряжений, симметрирования их режима и улучшения гармонического состава в низковольтных распределительных сетях с неоднородными, несимметричными и нелинейными нагрузками, а также в системах электропитания. Цель изобретения - повышение эффективности и расширение диапазона симметричного регулирования напряжения нагрузки, Эта цель достигается благодаря тому, что в устройстве, содержащем трехфазный вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) с первичными полуобмотс S ками 7-9 и 10-12, одна первичная (Л полуобмотка вьшолнена секционированной, а ВДТ снабжен обмотками (16

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для широкодиапазонного регулирования и стабили зации уровня фазных напряжений, симметрирования их режима и улучшения .гармонического состава в низковольтных распределительных сетях с неодно родными, несимметричными и нелинейными нагрузками, а также в системах электропитания. Цель изобретения - повьшение эффективности и расширение диапазона симметричного регулирования напряжения нагрузки. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройстваJ на фиг.2 и 3 - принципиальные схемы возможных частных технических решений симметрирующих регуляторов напряжения ана|логичного вида, построенных на основ предложенного устройства. Предлагаемое устройство для регулирования и симметрирования напряжений подключено к фазам 1-3 и нулевому проводу распределительной сети несимметричными и нелинейными нагруз ками 4-6 и содержит полуобмотку 7-9 и 10-12 первичной (возбуждающей) обмотки ВДТ} вторичные (вольтодобавочные) обмотки 13-15 ВДТ, группы (1616ц) - (18т18п) дополнительных обмоток ВДТ, блоки 19-21 переключения ступеней регулирования (БПС), тиристоры 22-27 основной группы коммутаторов и тиристорные пары (28-29)(32n-33h) дополнительной группы коммутаторов. Узел общей искусственный коммутации (ИК) содержит силовой 34 и коммутирующий 35 тиристоры,коммутирующие конденсаторы 36 и 37, комму тирующие 1 дроссели 38 и 39 и разделительный диодный мост 40-43. Соединение первичных 7-12 полуобмоток по схеме встречный зигзаг .обеспечивает симметрирующие возможности устройства (фиг, 1-3), так как напряжение нулевой последовательиости снижается в 10-15 раз (следовательно и несимметрия фазных напряжений) при подключении его к четьфехпроводной сети 0,38/0,22 кВ с несимметричными и неоДнофазными нагрузками. Улучшение гармонического состава при этом обеспечивается за счет фильтрации гармоник TOKaj кратных трем, что обусловливает эффективное применение такого устройства в сетях с нелинейны1 ш и резкопеременными нагрузками. Подключение по циклическому закону первичной (возбуждакщей) обмотки к различным фазам сети при необходимости симметричного регулирования i напряжения нагрузкиосуществляется с помощью соответствующих пар (2223)-(26-27) тиристоров биполярны коммутаторов в каждом из БПС 19-21 для получения той или иной из трех ступеней регулирования. Пары (2В29)-(f 32n-3jn) тиристоров предназначены для синхронного переключения выводов а,- о, .и отводов (Ь,-Ь,)- (П) -fVj) первичных полуобмоток 7-9 и соответствующих им дополнительных обмоток 16-18Vi, включенных с основнь1ми попуобмотками 7-9 в зигзаг. Силовой тиристор 34 является связующим элементом между тиристорными парами (22-23)-(32(1-33п) и обеспечивает протекание тока первичной обмотки в интервалы времени между ее переклю (Чениями т.е. в установившихся режимах работы устройства. Для принудительного запирания силового тиристора 34 и выключения соответствующих тиристорных пар (22-23)-(32п-ЗЗпУ по одной из каждой их группы в момент переключения ступеней регулирования как при циклическом (основном) , так и плавном регулировании напряжения служит коммутирующий тиристор 35. Коммутируюгцие конденсаторы 36 и 37 и дроссели 38 и 39 необходимы для обеспечения в требуемый момент времени надежной искусственной коммутации силового тиристора 34 при отпирании коммутирующего тиристора 35. Разделительный диодный 40-43 мост необходим для обеспечения замыкания реактивного Синдуктивного) тока первичной обмотки 7-12 при ее коммутации (переключении основных и дополнительных ступеней,регулирования) с целью исключения дроссельного режима работы ВДТ.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от уровня фазных напряжений сети (отклонения от номинального значения) включены по одной паре тиристоров из двух их групп биполярных коммутаторов (22-23)(32n-33h) и силовой тиристор 34 в каждом БПС 19-21. При необходимости получения только циклического регулирования напряжения переключаютсятири сторы 22-27 (и, соответственно, тиристоры 34 и 35), а одна из пар тиристоров (28-29)-(32п-33ц) включена постоянно.

Рассмотрим, например, случай, когда при определенном коэ41фициенте трансформации ВДТ К «Wj/Wj (отводы Ь, - bj) первичная обмотка переключается по циклическому закону. В это случае в каждом из БПС 19-21 включены силовой тиристор 34 и тиристоры 30 и 31, а также соответствующая пара тиристоров (22-27), обеспечивающих подключение полуобмоток (7,11), (8,12) и (9,10) к различным фазам сети (например, в БПС 19 включены тиристоры 22 и 23, в БПС 20 - тиристоры 24 и 25, а в БПС 21 - тиристоры 26 и 27). Тогда отводы Ь, - bj первичных 7-9 полуобмоток подключены к фазам сети при положительной (отрицательной) полярности ее напряжения по следующей цепи: о.тводЬ,-1730(31)-34(38)-38(34) - катодная (анодная) точка тиристоров (22-23п)-23(22)-14 -фаза 1 сети (аналогичным путем подключения к фазам 2 и 3 сети первичные полуобмотки 8 и 9 соответственно) .

При необходимости более плавного регулирования напряжения (в пределах одной определенной ступени циклического регулирования) в БПС 19-21 отключаются тиристоры 30-31 и включаются другие дополннтельные пары тиристоров 28-33 1 в зависимости от необходимости увеличения коэффициента трансформации ВДТ (например, пара тиристоров 28 и 29) или его уменьшения (например,пара 32-33) относительно номинального значения.

Во всех случаях (за исключением режима, соответствующего максимальному коэффициенту трансформации, ко вторичным обмоткам ВДТ подключаются выводы а, -а его полуобмоток 7-9, когда все дополнительные обмотки 1618 и обесточены) за счет, протекания тока 1| 1ц./Ху (где i ток нагрузки) на соответствующих дополнительных обмотках, подключенньк к сети с помощью тиристоров 30-33 f), наводится магнитный поток и, соответственно, ЭДС, вектор которой имеет направление, противоположное вектору ЭДС, обусловленных протеканием тока «, по полуобмоткам 10-12 первичной обмотки так как одна или несколько дополнительных обмоток электрически связана с той первичной полуобмоткой 10-12, которая расположена с ними на одном стержне. магнитопровода ВДТ (магнитные потоки их направлены встречно). В результате этого (при указанных вьше соотношениях между количеством витков дополнительных обмоток) при синхронном переключении отводов всех трех первичных 7-9 полуобмоток эквивалентные числа витков в полуобмотках 7-9 и 10-12 сохраняются одинаковыми, а токи нулевой последовательности, протекающие по ним равны и находятся в противофазе т.е. постоянно имеет место равновесие меду ампер-витками, создаваемыми этими токами для каждого стержня магнитопровода ВДТ, независимо от переключения того или иного отвода О; -И; ( Номер стержня) полуобмоток 7-9. Это обстоятельство и позволяет вывести тиристорные ключи (30-31)-(32иЗЗп) из цепей между отводами bj - п (,2,3) в полуобмотках 7-9 и отводами Ь; , которые имели бы место в полуобмотках 10-12 при отсутствии доп нительных обмоток, в цепь БПС 19-21. Это дает возможность использовать одни и те же коммутирующие элементы 35-43 последних для переключения тиристоров, обеспечивающих как циклическое (22-27), так и более плавное (28-33n) регулирование напря жения, и одновременно с этим исключить дроссельный режим работы ВДТ. Введение дополнительных (16-1бп)(18-18п) обмоток не сказывается отрицательным образом на симметрирующие возможности устройства, так как и в этом случае реактивное сопротивление Z для токов нулевой последовательности определяется только потока ми рассеяния и при надлежащем конструктивном выполнении ВДТ может быть св дено к весьма малой величине (сотые ДОЛИ ом). Для токов прямой и обратной последовательностей такого ВДТ она незначительна и ограничивается лишь проводимостью намагничивания. Следовательно, чем меньше , тем меньше ток нулевой последовательност проходящий по проводам сети, т.е. ВДТ как бы шунтирует распределительную четьфехпроводную сеть и разгружает ее от токов нулевой последовательности основной и высших частот, поэтому более нагруженные фазы сети разгружаются, а менее загруженные нагружаются, т.е. происходит по-преж нему естественное вьфа внивание токов, приводящее к уменьшению несимметрии фазных напряжений и фильтраци гармоник тока, кратных трем. Рассмотрим более подробно основные режимы работы устройства (фиг.1) при,переключении первичной 7-12 ьбмотки ВДТ по циклическому закону, или коммутации отводов а;-И; первичных 7-9 полуобмоток. В зависимости от полярности фазного напряжения сети ток проводят по одному тиристору каждой группы биполярных коммутаторов (за исключением коммутационных интервалов, когда ток проводит коммутирующий 35 тиристор) и силовой 34 тиристор БПС 19-21. Например, при положительной (отрицательной) полуволне синусоиды фазного напряжения сети и подаче широких управляющих импульсов на тиристоры 22 и 23 и 28 и 29, а также на силовой 34 тиристор ток в фазе 1 ВДТ замыкается по контуру фаза 1 сети 13-23 (22-38) 34(38)-28(29) - вывод а|- 7-11 - нулевой провод сети (аналогично и для остальных фаз устройств). При этом осуществляется заряд коммутирующих конденсаторов 36 и 37 по цепи: фаза 1 сети - 13 23(22) - 38(34) - 34(38) - 28(29) 41(40) - 39(36) - 37(34) - 34(37) 36(39) - 42(43) - нулевой провод сети. Для .переключения с одной ступени регулирования напряжения на другую (как при циклическом переключении 7-12, так и при переключении отводов О;-и;) снимаются импульсы управления с проводящих тиристоров и подается узкий управляющий импульс на коммутирующий тиристор 35, что влечет за сббой мгновенное принудительное запирание силового тиристора 34 (осуществляется жесткая параллельная его коммутация импульсным источником напряжения) за счет тока разряда предварительно заряженных коммутирующих конденсаторов 36 и 37, протекающего по цепи: 35-36-28-29-38-37. При этом через включенный коммутирующий 35 тиристор и соответствующую пару диодов разделительного 40-43 моста протекает затухающий индуктивный ток ВДТ по цепи: а,- 41(40) - 39(35) 35(39) - 42(43) - нулевой провод сети, что и обеспечивает неразрывность тока ВДТ при переключении ступеней регулирования. После мгновенной коммутации силового тиристора 34 происходит также принудительное запирание тиристоров 22 и 23 и 28 и 29 за счет прерывания их тока выключением последовательно с ними силового тиристора 34. По мере восстановления запирающих свойств тиристоров 23(22) и 28(29) осуществляется перезаряд коммутирующих конденсаторов 36-37. Аналогичным образом происходит искуственная коммутация тиристоров соответствующих пар и при переключении любых других отводов первичньв полуобмоток 7-9. После завершения коммутационных процессов и при подаче импульсов уп равления на тиристоры двух требуемых пар и силовйй тиристор 34 каждого из БПС 19-21 эти тиристоры включаются обеспечивая другую требуемую ступень регулирования напряжения нагрузки. Следовательно, задавая с помощью системы управления определенные алгоритмы переключения каждой из двух пар тиристоров биполярных коммутаторов, а также силового 34 и коммутирующего 35 тиристоров, можно поддерживать на нагрузке нёобходимьй уровень фазных напряжений при обеспечении их с метрии . Первое частное техническое решен предложенного устройства (фиг.2) об спечивает регулирование напряжения за счет изменения коэффициента тран формации ВДТ путем переключения вывода и отводов Ь; - п; первичных 7-9 полуобмоток с помощью тиристорных ключей (28-29)-(32п-ЗЗп).. Вместо ти ристорных пар (22-23)-(26-27) в каж дом БПС 19-21 используется лишь пар 44-45 вентилей, обеспечивающих постоянное подключение двух первичных (7,11); (8-12) и(9,10) полуобмоток. к фазам сети 1, 2 и 3 соответственн Работа этой схемы как в межкоммутационных режимах так и в интервалах коммутации тиристоров соответствующих их пар (28-29)-(32(i-33h) полностью аналогична рассмотренным процессам. Преимуществом данного частного технического решения предлагаемого изобретения является более упрощенная силовая схема (и, соответственно, система управления) уст ройства, так как оно не обеспечивае циклического переключения первичной обмотки ВДТ а регулирование уровня фазных напряжений нагрузки осуществляется путем изменения коэффициента трансформации ВДТ. В этом случае за счет увеличения установленной мощности ВДТ можно обеспечить требу емый диапазон регулирования напряжения. Повышение установленной мощности ВДТ устройства компенсируется более высокой его надежностью при коммутации первичной обмотки, поско ку здесь принципиально отсутствует возможность междуфазного к.з. которое может иметь место в случае элек трического пробоя того или иного тиристора основной группы коммутаторов, осуществляющих циклическое переключение первичной обмотки и, соответственно, несрабатьшание при этом бесконтактной быстродействующей системы токовой защиты. Второе частное техническое решение предлагаемого устройства (фиг.З по принципу работы аналогично устройству по фиг 1, поскольку осуществляет циклическое переключение первичной обмотки ЗДТ. Более плавное регулирование напряжения без искажения формы кривой тока в этом варианте отсутствует из-за отсутствия дополнительных обмоток - возможно лишь плавное широтно-импульсное регулирование напряжения нагрузки. Следовательно, имеет место трехступенчатое регулирование напряжения. Данное частное техническое решение устройства имеет наиболее простую силовую схему, и, соответственно, наименьшую установленную мощность. Однако его недостатком является ограниченный диапазон регулирования напряжения нагрузки. Минимальное время между моментами смежных коммутаций тиристоров при переключении ступеней регулирования устройства ограничено временем восстановления тиристоров. Следовательно, -интервалы времени между переключениями ступеней регулирования можно изменять в широких пределах в зависимости от требований компенсации колебаний напряжения, обусловленных включением резкопеременных и двигательных нагрузок, или отклонений напряжений, обусловленных изменением напряжения на шинах центра питания, коэффициента трансформации распределительных трансформаторов, а также потерь напряжения в сети, определяемых изменением нагрузки фаз сети во времени. Формула изобретения 1. Устройство для регулирования и симметрирования напряжений в трехфазных четырехпроводных сетях, содержащее трехфазный вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) с первичнь1ми полуобмотками, соединенными по схеме встречный зигзаг, общая точка нулевых выводов которых подключена к нулевому проводу сети, и вторичными вольтодобавочными обмотками, включенными в рассечку каждого провода по три, по числу фаз сети, блока переключения ступеней регулирования напряжения, один анод и катод тиристоров их пар основной группы каждого из которых объединены и подключены к выходному зажиму вторичной обмотки ВДТ, соединенному с нагрузкой, о тличающе еся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения диапазона симметричного регулирования напряжения нагрузки, одна первичная полуобмотка выполнена секци