Способ симметрирования трехфазной сети Советский патент 1989 года по МПК H02J3/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в симметрирующих устройствах или сим- метризаторах, предназначенных для автоматического симметрирования токов и напряжений в трехфазных сетях при подключении к ним трехфазньк нагрузок, соединенных в звезду и треугольник, изменяющихся по характеру и величине.

Цель изобретения - повышение точности симметрирования за счет симметрирования фазных напряжений.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемьй способ.

Устройство содержит симметрцзатор 1, нагрузку 2, соединенную в звезду, нагрузку 3, соединенную в треугольник, датчик 4 фазных напряжений, датчик 5 линейного напряжения, измеритель 6 синфазной и квадратурной

составляющих токов, измеритель 7 квадратурных составляющих токов, формирователь 8 управляющих сигналов и блок 9 управления симметризатором.

Сущность способа состоит в следующем.

Пусть нагрузка содержит потребители, соединенные в звезду и треугольник. Обозначим суммарные проводимости всех нагрузок, соединенных в звезду через Y Y, а суммарные проводимости всех нагрузок, соединенных в треугольник, - Y,g ,

V W Y - 6С СА

Симметризатор имеет в общем случае элементы, соединенные в звезду (с проводимостями Yfl, Yg, Y,,), и элементы, соединенные в треугольник (с

с с с

проводимостями Y,ig , Y бс . , причем элементы симметризатора чисто реактивные: Y -jb . Y е -jbg

уС

Л6

3150А

-Jb/,e ; Ygc -jbgci

Y -jbcl сд -Jb c;,.

Комплексы фазных (или линейных) токов в нагрузке соединенной в звезду, обозначим I

/ч

а комплексы линейных токов в нагрузке, среди- ненной в треугольник - Хд, 1, 1. Тогда комплексы общих токов нагрузки

f -f -t-j .-Г .

Л,- 1л + 1л IB - IB + Ifl IG c + I(-, Комплексы токов симметризатора

обозначим I, 1д, (.,, а комплексы

токов в линии сети (суммарных токов нагрузки и симметризатора) - Хд, Ig, ic, причем 1д + ig + ic 3Io 0.

Полагая линейные напряжения симметричными, так что система фазных напряжений содержит только составляющие прямой и, и нулевой Ug последовательностей, получим следующие соот-

ношения;

ii, (Y; + ЗУ;) +

tj, (Y; + 3Y,) + u/Y + иЛо 0

и Y

Uo Y; -,

(1)

(2)

где I, I - комплексы, составляющих прямой и обратной последовательностей токов

Ifl IB - -с

Как в-идно из соотношений (1) и (2), условие симметризации системы фазных напряжений (UQ 0) и системы токов (i-i, 0), приводит к следуюш м равенствам:

0;

- 3Y 1 О,.

(3) (4)

Из условия (3) получаем ,

Y -Y:

ас

г

Поскольку проводимости симметризатора чисто реактивные, то Y ,. i (где - - знак комплексного сопряжения). Таким образом, получаем систе- му уравнений для определения проводимостей Y, Yg ,

(Y + LY + ) Y

f

IH

Y;, 1 (.

LYi) -Y;

IHИз этих уравнений находим

f

1 2К «I

Y 1 IH

+ Y,

о j

- TY +Y L Jf IH AC

ОС

LYljH - -t- YOC(5)

Преобразуя соотношения (5) получим выражение для проводимостей симметризатора, соединенного в звезду:

ь4

4ч 1с

Ue

Uc

1-2 i +

и,

5Г - С

в Y+ с., - 2А- + 7з(Су - - B,)i

+

Ub

+ V3 (iis- -

- X

3-ГСу+ A - 2в + 1/3 (A. - GX);

-b o.

(6)

iril; 3 щ

X

I /IY

. I BY 9 Icy

f- ,

li,

ol

+ boc

e-tu

AY + B - 2Сч + -/3 (В X - A) ,

где I K i;,. , IK Iv sinv; соответственно й нфазная и квадратурная составляющие фазных токов I j, относительно фазных напряжений UK при k А, В, С.

Аналогично с учетом равенства (4) находим проводимости симметризатора, соединенного в треугольник:

, с Г 1схI BX

ее 3 VTTf;.

-1 i.- ; .-11

.)1.

Сх

.71

BX

- 2 г I.AXI

3 ТПГГ 7

тг- (iL IAJ - -т

2 ГА

ил

7 и

(7)

ГТ - т

- Су -Ау

b

flft

- 2 Г Ik. .

3 17Г 1(1;; - 1 ) J 3 L VS .)Выражение (6) и (7) для двух групп элементов симметризатора, соединенных в звезду и в треугольник.

515

описывают сущность способа и определяют операции, необходимые для формирования управляющих сигналов, воздействующих на элементы симметриза- тора при автоматическом симметрировании в -зависимости от несимметрии токов и напряжений в трехфазных сетях. В этих выражениях симметричные составляющие проводимостей симметриза- торов для простоты опущены.

Кроме приведенного, возможны три других варианта данного способа.

Вариант 2. Создание искусственного нуля с помощью 3 маломощных эле

ментов, соединенных в звезду, например 3 конденсаторов малой емкости.

г

В этом случае выражение для bg принимает вид:

вс

2.Г 1с 3L ТТи

COS - TTTf ° 3

(1с COS ), Аналогично выглядят выражения для

о с

проводимостей и

Вариант 3. Симметрирование проводят в два этапа; н а первом этапе

.с , с 1 с

вводят проводимости Oft, bg, b (- и

устраняют перекос фазных напряжений, после этого на втором этапе, измеряют токи в линии 1л, Ig, If-. В получившейся на первом этапе симметричной системе фазных напряжений

/3 Цд V3 и. Уз Uc и

Л

, + у

с + Т

Ч д А + Т

ly - фазовые сдвиги Ig , 1. относительно линейных напряжений , .U. j , I c фазовые сдвиги токов „ , 1, относительно

Ь фазных напряжений

UB, Uc. .,

ормулЕг (7) упрощаются, на

Вс

зи.

(I ( cos ( - Ig cos Vg) зтг- dcy

Аналогично записываются выражения для Ьс4 и Ьдр.

Вариант 4. Если несимкетрия фаз- ных-напряжений мала, т.е. Uo/U, 1,. то предьщущей формулой можно пользоваться и при симметрировании в один этап.

Все пол. ченные варианты взаимосвязаны, но для конкретизации формулировки способа остановимся на первом из них, как наиболее общем.

Датчик 4 фазных напряжений служит для измерения действующих значений фазных напряжений U, Uj,, , датчик 5 - для измерений действующего значения линейного напряжения U. Датчики 4 и 5 могут быть построены на основе преобразователей среднеквад- ратических значений электронных вольтметров. Измеритель 6 предназначен для измерения синфазных IjH, lex сх квадратурных 1д, 1, 1(1 составляющих фазных токов 1д, 1, I нагрузки 2, соединенной в звезду, а измеритель 7 - для измере0

5

0

5

0

АЧ

1с

ния квадратурных составляющих I Ig , l линейных токов 1, 1, нагрузки 3, соединенной в треугольник . Измерители 6 и 7 могут быть выполнены, например, на основе фазо- чувствительных. выпрямителей. Формирователь 8 управляющих сигналов служит для формирования шести управляющих сигналов согласно соотношениям (6) и (7). Он может быть выполнен на операционных блоках - делите- . лях и сумматорах, аналоговых или цифровых, в зависимости от входных сигналов. Управляющие сигналы с выхода формирователя 8 подаются на блок 9 управления симметризатором, который автоматически коммутирует проводимости шестиэлементного симмет- ризатора, чем обеспечивается симметрирование токов и напряжений трехфазной сети.

Для компенсации реактивной, мощности и поддержания cos 1 1 в устройство необходимо ввести измеритель реактивной мощности нагрузки и в формирователе 8 учитывать еще одну составляющую Q/U при формировании, например, трех управляющих сигналов, воздействующих на элементы.симметриза- тора, соединенные в звезду.

Предлагаемый способ обеспечивает не только симметрирование системы фаэ- фазных токов, но и автоматическое

симметрирование системы фазных напряжений 13 трехфазных сетях при любой- нагрузке, параметры которой мо- гут произвольно изменяться во времени. Следовательно, в трехфазных сетях с несимметричной нагрузкой, приводящей к перекосу системы фазных напряжений, отпадает необходимость в нулевом проводе, а перекос фазных напряжений устраняется автоматическим симметризатором.

Это принципиально важный результат, который обеспечивает два исключительно существенных преимущества. Во-первых, устранение нулевого провода позволяет получить значительный экономический эффект за счет экономии идущего, на него материала, его изготовления и установки. Во-вторых,

качество (или точность) симметрирования трехфазных напряжений в предлагаемом способе выше, чем при использовании нулевого провода. Это объясняется тем, что предлагаемый способ позволяет в принципе полностью устранить несимметрию фазных напряжений, в то время как применение нулевого провода лишь уменьшает перекос системы фазных напряжений. Уменьшение этого перекоса, как известно, достигается за счет увеличения проводимости нулевого провода, т.е. увеличения его сечения и соответственно расхода материала. : Если же в качестве нулевого провода используется заземление, устранение

перекоса фазных напряжений полностью исключает токи и напряжения, наводимые в земле токами нулевой последовательности.

Таким образом, применение изобретения в устройствах симметрирования трехфазных сетей позволяет повысить качество симметрирования и получить значительный экономический эффект. Формула изобретения Способ симметрирования трехфазной сети с нагрузками, соединенными по схемам звезды и треугольника, заключающийся в измерении синфазных и квадратурных составляющих фазных токов, а также действующего значения фазного напряжения и в формировании шести управляющих сигналов, воздействующих на соответствующие проводимости шестиэлементного симметризатора, три из которых соединены в звезду, а три других - в треугольник, причем управляющие сигналы для элементов симметризатора, соединенных в звезду, формируют в соответствии с выражениями:

Ь + С - 2AJ- Л (С,- В,))

10

bg + AY - V3 (АХ - с,);

Ь /3 (В,-- А,),

0

5

0

5

где А В,

X

А,, В,, С,, С,

- вычисляемые проводимости,

отличающийся тем, что, с целью повышения точности симметрирования за счет симметрирования системы фазных напряжений, измеряют дейст- вующие значения двух других фазных напряжений, указанное измерение синфазных и квадратурных составляющих фазных токов производят раздельно для нагрузки, соединенной в звезду и треугольник, причем для нагрузки, соединенной в звезду, измеряют

1 г. и квадратур- .. И

, , g , I (; , составляющие фазных токов относительно одноименных фазных напряжений U, Ug, U и для нагрузки, соединеной в - реугольник, измеряют квадратурные составляющие 1д , Ig , 1 линейных токо.в относительно линейного напряжения между двумя другими фазами и при формировании управлящих сигналов симметризатора указанные величины А, А,

синфазные

Hfcie 1 , If

т т бх

BX BY, I

CY вычисляют как А

0 В

f у и j -ivf Vx- jC iJi -ifn-ji in.ii j

1лх/Ул, AY Гл./ил, в, , X 1 с-х

/и

а формирование управляющих сигналов

элементов симметризатора, соединенных в треугольник, осуществляют в соответствии с выражершями

8с

СА

- ifCx 3 Я

2 ГАх 31

73

50

Л8

-2Г2 ll

где и, и , Uf. - действующие значения фазных напряжений нагрузки, соединенной в звезду;

и - дeйcтвvющee значе- л

вне линейного напряжения нагрузки.

«Q CJ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического симметрирования токов и напряжений в трехфазных сетях. Цель изобретения - повышение точности симметрирования за счет симметрирования фазных напряжений. Измеряют синфазные и квадратурные составляющие фазных токов нагрузки, соединенной в звезду и в треугольник, и формируют шесть управляющих сигналов согласно полученным формулам, проводимости шестиэлементного симметризатора изменяют в соответствии с управляющими сигналами. 1 ил.

Редактор Л.Пчолинская

Составитель И.Мирошников

Техред М.Моргентал Корректор Н.Борисова

Заказ 5260/52

Тираж 608

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное