Изобретение относится к электрот нике, а именно к симметрирующими распределительным устройствам. Известны симметрирующие устройст ва для подключения трехфазной симме ричной нагрузки к несимметричной питающей сети, содержащие в каждЬй фазе взаимосвязанные нагрузочные и входные цепи, между которыми включены компенсирующие ветви, содержащие резистор 1. Однако известные устройства хара теризуются сложностью конструкции, так как они содержат многофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем, выполненный на основе асинхронного двигателя с заторможен ным фазным ротором. Эти устройства имеют невысокие энергетические характеристикй из-за значительных активных потерь мощности в резисторах.. Известно устройство, содержащее на каждую фазу активно-емкостнхпо ветвь и дроссель, одна обмотка кото рого одним концом подсоединена к тштающей линии, а другим - ко второй обмотке опережающего по фазе дросселя и активно-емкостной ветви причем второй конец второй обмотки опережающего по фазе дросселя полключён к фазному зажиму нагрузки 23. Недостатком известного устройства является низкий КПД, не превышающий 50%. .... Целью изобретения является повышение КПД. Для этого симметрирующее устройство для подключения многофазной симметричной нагрузки к не.симметричной многофазной питающей сети, содержащее дроссель и цепь, выполненную, из последовательно соединенных резистора и конденсаторной батареи, снабжено входным преобразователем п фаз в т, где п; го, выходным преобразователем m фаз в Z, где т В, с выводом для подсоединения к симметричной нагрузке и дополнительными резисторами,, включенными последовательно с дросселями, причём дрос-сели с дополнительными резисторами и цепи; выполненные из последовательно соединенных резистора и. конденсаторной батареи, вк.пючены между входным и выходным преобразователями, число их составляет т, и они-составляют замкнутыя многоугольник, причем вершины многоугольника, образо ванныё соединением вывода конденсаторной батареи и выводом резистора соединенного с дросселем, подсоеди нены к входному преобразователю чи ла фаз, а вершины многоугольника, образованныесоединением выводов дросселя и выводом резистора, подсо диненного к выводу конденсаторной батареи, соединены с выходным преобразователем числа фаз с выводом дпя подсоединения к симметричной нагрузке. Преобразователи могут быть выпол нены трансформаторными и между их первичными и вторичными обмотками выполнена гальваническая связь. Ёходной преобразователь числа фаз может быть выполнен в виде исто ника переменных напряжений с числом фйз, равным т, причем в случае использования в качестве входного преобразователя источника переменных напряжений с числом фаз,равным га, в качестве резисторов используют внутренние активные сопротивления дросселя и конденсаторной батареи. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2- топографическая диаграмма напр жений на ветвях и нагрузке в каждой фазе; на фиг. 3 - одна из возможных схем работы генераторов; на фиг. 4 - блок-схема включения устройства в случае его использования Как вентиля энергии; на фиг. 5 схема устройства при повышенном.чис ле фаз генератора. Устройство имеет зажимы А, В, С питающей трехфазной сети с несиммет ричным напряжением, входной преобра зователь 1 п фаз в m (например, 3в 9); электрический многоугольник 2, например, 18-ти угольник, выходной преобразователь 3 m фаз в t- фаз (например, 9 в3) ; симметричную, например, трехфазную нагрузку 4, зажимы а, в, с нагрузки; активноиндуктивные, состоящие из дросселя 5 и разистора 6, а активноемкостные ветви, состоящие из конденсаторной батареи 7 и резистора 8, соединены в йиогоугольник, число сторон которого равно суммарному числу ветвей Вершины многоугольника, образованные выводами, соединены с входйым преобразователем 1 п фаз в т, а вер шины многоугольника, образованные выводами элементов 5 и 8, соединены с. выходным преобразователем 3 m фаз в . Индуктивные сопротивления дросселей равнымежду собой и емкос ному сопротивлению конденсаторных батарей. u.u4 X . (1) Активные сопротивления всех рези торов б и 8 также равны между собой Гв г. Для обеспечения симметричного режима нагрузки 4 при несимметричном напряжении .питающей сети А, В, С, кроме условия (1), -необходимо, чтобы имело место равенство: г x.tg() Работает устройство .следующим образом. При подаче несимметричной системы напряжения на зажимы А, Б, С на выходе преобразователя 1 имеет место также несимметричная многофазная система напряжений, состоящая из симметричных составляющих напряжений прямой и обратной последовательностей. При соблюдении условий (1) (3) симметричная составляющая напряжения обратной последовательности не проходит к зажимам, образованным элементами 5 и 8. При подаче на входе А, В, С симметричной системы напряжений с обратным чередованием на зажимах образованными элементами 5и 8, напряжение равно нулю. Таким образом, многоугольник, составленный из активно-емкостных и активно-индуктивных ветвей, при условии (1) - (3) является фильтром напряжения обратной последовательности, в результате чего на зажимах а, в, с нагрузки имеет место симметричная система напряжений при любой величине и фазном угле нагрузки. Выходной преобразователь m фаз в и служит для согласования числа фаз электрического многоугольника с числом фаз нагруз-. КИ. ., . Увеличение числа фаз из п в m с помощью преобразователя 1 числа фаз необходимо для увеличения коэффициента полезного действия устройства. Для |ДОказ,ательства того, что при повышении числа фаз коэффициент полезного действия возрастает приведена топографическая диаграмма напряжений на двух ветвях (фиг. 2), одна из которых образована элементами 6 и 5, а вторая элементами 7 и 8 (см. фиг. 1) , точки, образова1Нные выводами элементов 6 и 7, характеризуют положение фаз исходной системы - фазных напряжений, полученной после умно5кения п фаз в т; Кц - эквивалентное сопротивление Нагрузки для Двух ветвей схемы. На топографической диаграмме показан случай оптимального значения сопротивления Е нагрузки. Известно, что при симметрии входной системы напряжений на ее выходе преобразоват.еля имеет место симметричная система напряжений, точки фазы которой образуют равносторонний многоугольник (тОчки, огразованные элементами 6и 7, фиг. 2) . Приняв напряжение между нулем (землей) и фазой за Од, определим из геометрических отношений основные параметры цепи. Чб,) R 2 (4) Напряжение на эквивалентной нагругке RH равно: и„ Цд- coslTs)- . (5) Напряжение на дросселе Uy и конденсаторной батарее Uj и 5 UR-- cosC- V (б) Напряжение на резисторах г и Гд равно: Ue Ui UQ- sin(). Ток в резисторах с учетом (3) и (7) : ().(8) Токи в реактивных элементах равны Jg J-f ; кроме того, токи в реактивных элементах равны токам резисторов. Ток в нагрузке JH равен: ). С9) Оптимальное значение сопротивления активной нагрузки равно: ЦнСопт)X « оптГа . . -.2п (10) H(.om1 Мощность активной нагрузки Р равна: sin(-) costly ).() РН 2 Мощность потерьв резисторах д Р равна: и «. ллР . (S) созШ(12) с учетом (11) и (12) определяем КПД цепи М13) Из (12) можно заключить, что коэффициент полезного , действия с увеличением числа фаз m увеличивается , Расчетные данные зависимости п, от m .приведены в таблице:
из которой видно, что повышение числ фаз из 3-х до 9-ти позволяет более чем 3,5 раза увеличить коэффициент полезного действия. Величину числа фаз m устройства следует принимать в пределах .от 9 до 15. Преобразователи числа фаз с таким п нашли применение для питания многофазных выпрямителей; таким образом, в кэ;честве преобразователей числа фаз могут быть использованн серийно выпускаемые.
В качестве статических преобразователей числа фаз используются трансформаторные преобразователи, выполняющие гальваническое разделение первичной и вторичной систем обмоток. Однако ввиду того, что в данной схеме используется два преобразователя, ОДИН из них для уменьшения установленной мощности может бь1Ть. выполнен с гальванической связью между обмотками, например, с помощью автотрансформаторного преобразователя. Применение такого преобразователя, работающего с числрмфаз m fc, также необходимо для обеспечения синусоидальной формы тока на элементах схемы и питающей сети.
Предлагаемое устройство может применяться как направ лённый фильтр электрической энергии, так как он пропускает энергию (фиг. 3) только в одну сторону, например, от генератора в нагрузку. Так в случае короткого замыкания в одном генераторе, второй генератор также оказывается в режиме короткого замыкания. Для
ограничения токов короткого заМыкания используются ограничительные реакторы 9-10 и быстродействующие выключатели 11-12, имеются сборные шины 13. Недостатками такой схемы, включения являются: дополнительная реактивная мощность всети и эксплуатационные расходы на эксплуатацию масляных выключателей. Кроме того, такая схема включения не рбеспечивает устойчивой работы параллельно работающих генераторов. С целью
исключения взаимного влияния генераторов в нормальномрежиме и при коротком замыкании, что способствует повышению устойчивости работы генераторов, целесообразно использовать
известное устройство. Включение устройства между генератором и сборными шин.ами (фиг. 4) позволяет при коротком замыкании в гёнёраторене пропускать энергию сборных шин к
генератору. Принципиальная схема , исполъзующа1Я зая:вляемоё устройство, показана на фиг. 4, где изображен генератор - выходной и выходной преобразователи числа фаз 1 и 3, 2 - .
электрический многоугольник, выполненный из активно-индуктивных и активно-ёмкс1стных ветвей, 13 - сборные шины, В этом случае с целью исключения входного преобразователя числа фаз генератор может изготавливаться с повышенным числом фаз, в результате чего можно-существенно уменьшить установленную мощность устройства. Схема соединения источника., переменного напряжения с заявляемым
устройством и сборними шинами показана на фиг. 5, где изображен генератор, 2 - электрический многоугольник, выполненный из активно-реактивных цепей, 3 - выходной преобразователь числа фаз и 13 - сборные шины. Генератор имеет повышенное число фаз, например, 21, что позволяет получить высокий коэффициент полезного действия, равный 0,978, уменьшить установленную мощность устройства, увеличить устойчивость при параллельной работе генераторов
Как видно из приведенной выше таблицы при числе фаз от 21 до 27 и выше практически отпадает надобность во включении резисторов. В этом случае в активно-индуктивную . и активно- емкостную цепь необходимо включить резисторы сравнительно малого сопротивления (второго порядка малости). Такой порядок малости имеют омические сопротивления дросселей и конденсаторных батарей. Поэтому в целях обеспечения нормально работы устройства при числе фаз от 21 и выше необходимо исключить из активно-реактивных ветвей резисторы Учет потерь в реактивных элементах целесообразно учитывать при проектировании устройств с числом т/ равным 9-15.
Предлагаемое устройство может бы ьйСпользовйно: для питания элекрических трехфазных потребителей, чувствительных к несимметрии напряжений от трехфазной сети, питающей одновременно мощные несимметричные нагрУзки, для питания выпрямительны установок с малыми пульсациями удвоенной частоты, обусловленными несимметрией питающего нап|)яжения, для питания накала ламп радиотехнических устройств, как фильтр направления энергии, например, от источника к потребителю...
технико-экономические преимущества симметрирующего устройства по ср авнению с известными состоят в существенном повЕлдении КПД устройства до 0,88-0,96, в то время как КПД известных устройств находится в пределах 0,25-0,5.
Формула изобретения
Симметрирующее устройство для подключения многофазной симметричной нагрузки к несимметричной много фазной питающей сети, содержащее дроссель и цепь,выполненную из последовательно соединенных резистора и конденсаторной батареи, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, оно снабжено входным преобразователем п фаз в т, где , выходным преобразователем m фаз в , где m:.TijC выводом для подсоединения к симметричной нагрузке и дополнительными резисторами, включенны1и1и последовательно с дросселями, причем дроссели с дополнительными резисторами и цепи, 5 выполненные из последовательно
соединенных резистора и конденсаторной батареи, включены между входным и выходным преобразователями, число их составляет т, и они образуют
o замкнутый многоугольник, вершины которого, образованные соединением вывода конденсаторной батареи и выводом дополнительного резистора, подсоединены к входному преобразователю числа фаз, а вершины многоугольника, образованные соединением выводом дросселя и выводом резистрра, соединены с выходнь1м преобразователем числа фаз.
Источники информации,
принятые во внимание при экспертизе
т
Фиг. 9
