Фильтр симметричных составляющих Советский патент 1979 года по МПК H02J3/26 

Данное изобретение относится к области элек ротехники, в частности, к области устройств сим метрирования режимов многофазных сетей н мо жет быть использовано в силовой преобразовательной технике для симметрирования системы питающих напряжений. Изобретение также может быть использовано для предотвращения в сетях колебаний потребляемой мощности, связанных с изменением нагрузки, и в схемах параллельной работы сшосронных генераторов Известны схемы однофазных и многофазных фильтров напряжений обратной и прямой последовательстей. Фильтры с трехфазным выходом состоят обыч но из трех одинаковых однофазных фильтров, напряжения на первичных зажимах которых изм няются в порядке круговой последовательности Недостатками таких фильтров являются слож ность настройки, связанная с необходимостью строгого совпадения параметров однофазных фильтров или регулировкой симметрии выходной системы напряжений, а также наличие потерь активной мощности на имеющихся в их схемах активных компепсирующих согротивлениях. Известен также трехфазный фильтр нагфяжения отрицательной и положительной последовательности, выполняемый на основе асинхронного двигателя с заторможенным ротором 2. Такой фильтр содержит асинхронный двигатель с расположенными на статоре и роторе симметричными обмотками, выполненньш по типу трехфазной асинхронной мащины с фазным заторможенным роторам и являющийся по сути трехфазным трансформатором с вращающимся полем, и три активных компенсирующих сопротивления, равные по величине сопротивлению взаимоиндукции между обмотками статора и ротора при совпадении их осей. Концы одноименных фазных обмоток статора и ротора соединены и к местам соединения подключены звездой три активных компеисирующих сопротивления. Входная система напряжений подводится к свободным концам статорной обмотки, а симметричная трехфазная нагрузка подключается к свободным кощам роторной обмотки (или наоборот). При использовании такого устройства в качестве фильтра обратной последовательности оси обмоток ротора сдвигают по отношению к осям одноименных обмоток статора на плюс 90 электрических градусов. Фильтр щзямой последовательности можно получить, сдвинув оси обмоток ротора по отношению к осям одноименных обмоток статора на минус 90 электрических градусов или поменяв вход и выход фильтра напряжений обратной последовательности. Однако, недостатком такого фильтра симмет ричных составляющих, как и всех известных, является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за наличия в нем потерь активной мощности на активных компенсирующих сопротивлениях. Этот недостаток ограничивает применение таких фильтров маломощными устройствами измерительной техники и автоматики. Целью изобретения является повышение КПД фильтра симметричных составляющих путем уст ранения активных компенсирующих сопротивлеНИИ и связанных с ними потерь активной мощности. Поставленная цель достигается благодаря тому, что фильтр симметричных составляющих, вы полненный на основе трехфазного т|)ансформатора с вращающимся магнитным полем, оси одноименных первичных и вторичных фазных обмоток которого сдвинуты на 90 электрических гра дусов, дополнительно снабжен трехфазным пре образователем стабильного напряжения в стабильный ток, трехфазным мостовым выпрямителем и накогщтельным конденсатором, к выводам которого через ключ подсоединена активная нафузка или инвертор, гц)ичем вход указанного трехфазного преобразователя подсоединен к выводам соединеьшых между собой одноименных пфвичных и вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора, к вьгходу трехфазного преобразователя подключен трехфазный мостовой выпрямитель, к вьшодам постоянного тока которого подсоединен Накопительный конденсатор. На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Оно содержит трехфазный трансформатор с вращающимсямагнитным полем. Оси одноименных фазных 1 и вторичных 2 обмоток двигателя сдвинуты на угол ( , равный 90 электрическим градусам. Концы одноименных фазных первичных обмо ток AI, BI, С, и вторичных - Аг, трехфазного трансформатора соединены. К местам соединения АЗ, Вз, Cj через трехфазный преобр азователь стабильного нагряжения в стабильый ток 3 и трехфазный мостовой выпрямитель подключен накопительный конденсатор 5. К обкладкам накопительного конденсатора через ключ 6 подключена произвольная полезая активная нагрузка 7 или инвертор 8, рабоающий на произвольные щины переменного тока Л, В и С или собственную нагрузку. Примен ние в предлагаемом устройстве трехфазного преобразователя стабильного напряжения в стабильный ток позволяет получать КПД заряда накопительного конденсатора, близкий к 100%, в то время как при заряде конденсатора от источника постоянного напряжения КПД заряда равен 50%. Устройство работает следующим образом. Входная система напряжений подводится к свободным концам первичных обмоток трехфазного трансформатора с вращающимся магнитным полем, а симметричная трехфазная нагрузка подключается к свободным концам вторичных обмоток трансформатора. i При сдвиге осей первичных обмоток на плюс 90 электрических градусов относительно осей одноименных вторичных обмоток устройство работает как фнлыр симметрнтых составляющих обратной последовательности. Величина выходного напряжения пропорциональна величине натфяження обратной последовательности на входе, а так как на выход используются линейные напряжения, то составляющие нулевой последовательности в них отсутствуют. Мощность, не отдаваемая фильтром в нагрузку, гфнсоединенную к свободным концам вторичной обмотки трёхфазного трансформатора, через трехфазный преобразователь стабильного напряжения в стабильный ток и выпрямнтельный мост поступает в накопительный конденсатор. По достижении на накопительном конденсаторе onредепенного напряжения замыкается ключ, и накопленная конденсатором энергия отдается в произвольную полезную активную нагрузку илн через инвертор на щкны переменного тока, или его собственную нагрузку. Таким образом, на накопительный ковденсатор необходимая мощность отводится по требуемому для работы фильтра закону, что достигается настройкой фильтра, в то же время, накопленная в конденсаторе знергия берется различными способами, не связанными непосредственно с работой фильтра. Трехфазный фильтр прямой последовательности можно получить, поменяв местами вход и выход фильтра обратной последовательностн илн осуществив сдвиг осей первичных обмоток трансформатора на минус 90 электрических градусов относительно осей одноименных вторичНых х бмоток.

Следует отметить, что при преобразовании фильтра одной последовательности в фильтр другой последовательности основные параметры устройства не меняются.

Так как трехфазные первичные и вторичные обмотки трансформатора выполняются симметричными, то практически исключается напряжение небаланса и асимметрия системы напряжений обратной последовательности.

Использование юобретения позволит исключить потери активной мощности на имеющихся в известных схемах фильтров симметричных составляющих активных кo meнcиpyющнx сопротивлений, что полезно использовать на произвольной активной нагрузке или передать через инвертор на произвольные шины переменного тока или на его собственную нагрузку мощность, не пропускаемую фильтром в нагрузку на его выходе, значительно повысив, таким образом, КПД фильтра. При зтом знергия, не отдаваемая фильтром в нагрузку rta его выходе и накапливаемая в накопительном конденсаторе, может быть взята различными способами, не связанными непосредственно с работой фильтра, или через инвертор передана на произвольные шины племенного тока,- или на его собственную нагрузку. Таким образом, достигается также необходимая гибкость в использоватп энергии, отводимой фильтром.

Формула изобретения Фильтр симметричных составляющих, выполненпьш на оаюве Т11схфазного трансформатора с вращающимся полегл, осиодноименных первичных и вторичных фазных обмоток которых сдв1шуты на 90 электрических градусов, отличающийся тем, что, с целью повыщения коэффициента гюлезного действия, он снабжен трехфазным преобразователем стабильного напряжения в стабш1ып й ток, трехфазным мостовым выпрям ггелем, кгаочем и накопительным конденсатором с вьшодом для подключения к нагрузке, причем вход указанного трехфазного п-реобразо:г1тапя тгодсосдинен к выводам соедгайгисых мел-:. собой первичных и BTOpiTOifcfx обгюгек тр21 сформатора, к-выходу трехфазного ггреойразователя (юдключен трехфазный мостовой выгтрямггсль, к выводам постоянного которого подсоедш накопительный ко щенсатср, второй вывод которого подсоединен к выводу ключа, при этом второй вьтод ключа подюгючен ко второ,у выводу для подключения нагрузки.

Источники Ш1фср мадии, принятые во внимание при эксперт 5зс

1.Фабрикант В. Л. Ф етьтры симметричных составляющих, М-Л., ГЭИ, 1962, с. 122.

2.Авторское свщетельство СССР N 157007, кл. Н 02 1 3/26, 1963.