Фильтросимметрирующее устройство Советский патент 1980 года по МПК H02J3/26 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических сетях с несимметричными и нелинейными нагрузками для одновременного симметрирования режима и компенсации реактивной мощности на основной частоте сети, а также фильтрации высших гармонических.

Известны фильтро-симметрирующие устройства (ФСУ) с соединением двух индуктивных и одного емкостного элементов по схеме звезда 1 и 2. На основной частоте питающей сети установленная мощность этих ФСУ соизмерима с мощностью несимметричной нагрузки.

Одним из основных недостатков таких устройств является низкое индуктивное значение коэффициента мощности на входе схемы cosO 0,561.

Известны также ФСУ, состоящие из индуктивности с промежуточным отводом, делящим ее на равные магнитосвязанные часта 3.

Выводы индуктивности имеют гальваническую связь с двумя фазами сети. Промежуточныи отвод индуктивности через конденсатор гальванически связан с третьей фазой сети.

Для получения требуемого значения коэффициента мощности симметрированной сети последовательно к каждой части индуктивности подключены воздушные индуктивности. Так как мощность последних не превьпцает 8% мощности индуктивности, то при использования ФСУ ДЛЯ целей симметрирования однофазной нагрузки н фильтрации высших гармонических

10 установленная мощность его реактивных элементов, как н в ФСУ 1, соизмерима с мощностью однофазной нагрузки.

В ФСУ с электромагнитной связью 3, принятом за прототип, также как и в ФСУ 1,

15 на одно из линейных напряжений подключены ТОЛЬКО индуктивные элементы, имеющие на частотах высщих гармонических большое сопротивление.

На другие же линейные напряжения подклю20чень индуктивно-емкостные элементы.

Так как в этом случае сопротивление взаимоиндукции частей индуктивности на фильтрацию высших гармоник влияния не оказывает, то для ослабления нес шусовдальности в питающе сети эквивалентные сопротивления воздушной индуктивности и конденсаториой батареи на частотах одной из высших гармоник подбираются равными нулю. В результате большой асимметрии упомянутых двухполюсников ФСУ, даже на частотах фильтруемых высших гармоник, в питающей сети наблюдается существенная остаточная нескнусоидальность питающего напряжения. Из-за недостаточной эффективности фильтрации прототипа в ряде случаев и в особенности в электрических сетях с повышенным содержанием высших гармоник не удается добиться требуемого качества электрической энергии в них. С целью ослабления несинусоидальности нап жения сети в требуемых пределах и ненарушения симметрии режима на основной частоте сети требуется дополнительная установка трехфазных симметричных силовых фильтров, что ведет к существенному ухудшению весогабаритных показателей установленного оборудования. Цель изобретения - повышение эффективности фильтрации высших гармоник в электри ческой сети и снижение мощности установленного оборудования. Это достигается тем, что фильтро-симметрирующее устройство, содержащее индуктивный элемент с двумя магнитосвязанными соед1шенными последовательно обмотками, общая точка которых чере конденсатор подсоединена к одной из фаз сети, и двумя дополнительными обмотками, связанными с магнитосвязанны ми, выводы которых присоединены к двум фазам сети, снабжено двумя конденсаторами, каждый из которых подсоединен одним выво.дом к выводу одной из магнитосвязанных обмоток, а вторым выводом - к вьшоду связанной с ней дополнительной обмотки. На чертеже изображена электрическая схема ФСУ. ФСУ HlvieeT индуктивность 1 с промежуточным отводом, делящим ее на равные магнитйсвязанные части, конденсаторную батарею 2, дополнительные конденсаторы 3 и 4, воздушные индуктивности 5 и 6. Индyкт fflнocть 1, воздушные индуктивности 5 и 6 и дополнительные конденсаторы 3 и 4 имеют гальваническун связь с двумя фазами А и В сети. Промежуточный отвод индуктивности 1 через конденсатор 2 гальванически связан с третьей фазой сети С. К этой и вторюй фазам (С, В) подключена несимметричная нагрузка 7 На основной частоте питающей сети конденсатооы 3 и 4 полностью или частично компенсируют индуктивности 5 и 6 соответственно. Так как мощность угюмяшутых реактивных элементов мала в обоих случаях, то векторы пульсирующих мощностей индуктивности 1 и конденсаторной батареи 2 ФСУ практически совпадают по фазе и находятся в противофазе с вектором пульсирующей мошлости несимметричной нагрузки 7. Достш-ается равенство установленных мощностей элементов ФСУ и несимметричной нагрузки. Подключение реактивных элементов ФСУ позволяет рационально осуществить не только полное симметрирование режима на основной частоте сети, но и частигшое симметрирование, при котором использование реактивных элементов устройства может повышаться дополнительно. Условие полного симметрирования предлагаемого устройства может быть записано в таком виде . v.b-., где S „ - кажущаяся мошность несимметричп ной нагрузки; 5Qj- суммарная реактивная мощность кон денсаторов и индуктивностей устройства. В зависимости от характера сопротивления сети, соотношения реактивных мощностей в узле подключения нагрузок и MOLUHOCTH элементов ФСУ получаются различные значения коэффициента мощности сети. Требуемое значение коэффициента мощности сети (при сохранении приведенного условия симметрирования) получается соответствующим подбором мощностей индзт тивности 1 и конденсаторной батареи 2. Это оказывается возможным вследствие того, что изменение мощности индуктивности 1 не вызывает нарушения условия фильтрации высших гармонических. Условие фильтрации для заявляемого устройства имеет следующий вид: где Х и емкостные сопротивления конденсаторной батареи и дополнительного конденсатора; ь - индуктивное сопротивление воздушной индуктивности; - порядковый номер фильтруемой гармоники. При использовании дополнительных конденсаторов приведенное выше условие фильтрации в отличие от прототипа справедливо для трех двухполюсников ФСУ и при выполнении этого условия и указанных выше условий одним заявляемым устройством обеспечивается не только симметрирование режима и компенсаци реактивной мощности на основной частоте сети но и устраняется несинусоидальность во всех фазных и линейных напряжениях сети (без дополнительно установленного оборудования), к тому же энергетические характеристики устройства остаются высокими. Использование новых элементов - дополнительных конденсаторов выгодно отличает предлагаемое фильтро-симметрирующее .устройство от указанного прототипа, так как в связи с этим возникают дополнительные фильтровые звенья и увеличивается эффективность фильтрации высших гармонических в трехфазных и линейных напряжениях сети. В результате не требуется установка дополнительной мощности оборудования (трехфазных симметричных фильтров), что позволяет для повышения качества электрической энерги в сетях с несимметричными и нелинейными нагрузками симметрирования режима сети, получения требуемого значения коэффи11иента мощности на основной частоте и фильтрации высших гармонических, использовать одно.опи сьгааемое комплексное устройство. Формула изобретения Фильтро-симметрируюшее устройство, содержащее индуктивный элемент с двумя магнито f( «- 7 6 связанными соединенными последовательно обмотками, общая точка которых через конденсатор подсоединена к одной из фаз сети, и двумя дополнительными обмотками, связанными с магнитосвяэанными, выводы которых присоединены к двум фазам сети, отличающееся тем, что, с целью повьииения эффективности фильтрации высших гармоник в электрической сети и снижения мощности установленного оборудования, оно снабжено двумя конденсаторами, каждый из которых подсоединен одним вьшодом к вьшоду одной из магнитосвязанных обмоток, а вторым выводом - к выводу связанной с ней дополнительчой обмотки. Источники информации, принятые во внима1ше при экспертизе 1.Кузнецов В. Г. и Шидловский А. К. Фильтро-симметрирующие устройства дпя повышения качества электроэнергии в сетях. - Электричество, № 2, 1976, с. 27-32. 2.Шидловский А. К., Кузнецов В. Г., Москаленко Г. А. и Михайлец Ю. С. Анализ фильтро-симметрирующих устройствс улучшенными знергетическими показателями. - В кн. Повышение эффективности устройств преобразователей техники. Институт электродинамики АН УССР, К., 1976, с. 13-14. 3.Авторское свидетельство СССР И 549857. кл.,Н 02 Т 3/26, 1975.