Фильтр симметричных составляющих напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02J3/26 

1. ..

Изобретение относится к устройствам преобразования и распределения электрической энергии, используемым преимущественно для устранения несимметрии в многофазных сетях и является усо вершенствО ванием известного устройства, описанного в авт. св. № 157007.

В основном изобретении по авт. св. № 157007 описан фильтр симметричных составляющих, используемый в многофазных сетях, преимущественно для фильтрации напряжений прямой или обратной последовательностей. Этот фильтр выполнен в виде асинхронного двигателя с заторможенным ротором, с расположенными на статоре и роторе симметричными обмотками. Концы одноименных фазных обмоток статора и ротора соединены и к местам соединения подключены «звездой три активных сопротивления, равные по величине сопротивлению взаимоиндукции между обмотками, статора и ротора при совпадении их осей.

Входная система напряжений подводится к свободным концам статорных обмоток, а симметричная трехфазная нагрузка подключается к свободным концам роторных обмоток (или наоборот).

При использовании такого устройства в качестве фильтра обратной последовательности оси обмоток ротора сдвигают по отношению к осям идноимениых оомоток стаюра на и.чюс Эи э.ектрнческих градусов. Фильтр прямой пoc.leдuliaтeJlьнocгli можно получить, поменяв местами вход и выход фильтра напряжении оорагнои последовательности iiati сдвинув осл оо.могок ротора по отношению к .1 одноименных оОмоток сгашра на минус УО электрическнл. градусов.

-ледует отметить, что при преооразона НИИ фильтра однои последовательносги в фильтр другоа последовате шносгн основные нарамегры устройства не меняются.

1 ак как трехфазные оомотки на статоре и роторе выполняются симметричными, то практически исключается напряжение неЬаланса и асимметрня системы напряжении обратной последовательностн.

Однако, при работе такого фильтра на активную нагрузку, а на нрактпке такой режим является наиболее распространенным, коэффициент полезного действия () не превышает 0,828, а коэффициент мощностн не превышает 0,/U/, что затрудняет применсппе такого фильтра в силовых сетях.

Целью дополпительного изобрегення является повышение коэффициента полезного действия и коэффициента мощностн нри работе фильтра на активную нагрузку.

Это достигается тем, что в фильтре симметричных составляющих ио авт. св. № 157007 последовательно с каждой фазной обмоткой статора и ротора включены конденсаторы, емкость которых выбирается из условий резонанса с иолной индуктивностью соответствующей обмотки.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема описываемого устройства; на фиг. 2 - кривые зависимости КПД предлагаемого фильтра и КПД фильтра по авт. св. № 157007 от сопротивления активной нагрузки.

Онисываемый фильтр симметричных составляющих содержит асинхронный двигатель с фазным заторможенным ротором, расположенными на статоре 1 и роторе 2 симметричными обмотками, являющийся по сути трехфазным трансформатором с вращающимся магнитным полем.

Оси одноименных обмоток статора и jpoтора сдвинуты в пространстве на угол равный 90 электрическим градусам.

Последовательно с каждой фазной обмоткой статора включены конденсаторы Cj, последовательно с каждой фазной обмоткой ротора - конденсаторы Cz. Емкости включенных такнм образом конденсаторов GI и Сз выбираются из условий резонанса с полпой индуктивностью фазных обмоток статора и ротора соответственно.

Одноименные фазные обмотки статора н ротора соединены. К местам соединения Л, В и С подключены «звездой три активных соиротивления, равные по величине сонротивлению взаимоиндукции между одноименными фазными обмотками статора и ротора нри совпадении их осей.

Входная система напряжений подводнтся к свободным концам А, В н С обмоток статора, асимметричная трехфазная нагрузка подключается к свободным концам А, В и С обмоток ротора (или наоборот).

При сдвиге осей обмоток ротора относительно осей одноименных обмоток статора на плюс 90 электрических градусов предлагаемое устройство используется в качестве фильтра напряжений обратной последовательности. Фильтр прямой носледовательности можно получить, поменяв местами вход и выход фильтра обратной последовательности или сдвинув оси обмоток ротора относительно одноименных обмоток статора на минус 90 электрических градусов.

Отметим, что при преобразовании фильтра одной последовательности в фильтр другой носледовательности основные нараметры устройства не меняются. И, поскольку трехфазные обмотки на статоре и роторе выполнены симметричными, то ирактически исключены напряженне небаланса н асимметрия сисгемы выходных нанряжений.

Входные и выходные обмотки предложенного фнльтра можно разместить только на статоре или только па роторе. В этом случае отпадает необходимость в выпо:1нении пазов соответственно на роторе или на статоре.

На фиг. 2 кривая 3 изображает зависимость КПД иредлагаемого фильтра от активной нагрузки, а кривая 4 - зависимость КПД фильтра ио авт. св. N° 157007 от такой же нагрузкн. Актнвная нагрузка при этом онределена отнощением фазного сопротивления RU трехфазной нагрузки на выходе фильтра к фазному комиенсирующему сопротивлению R, равному но величиие полному сопротивлению взаимоиндукции между одноименнымн фазными обмотками статора и ротора при совпадении их осей.

Из графика (кривые 3 н 4) следует, что

КПД описываемого фильтра значительно выше, чем КПД фильтра по авт. св. № 157007, а при отклонениях от режима согласовання фазного сонротивления активной нагрузки с фазным компенсирующим

сопротивлением не больщих 25% (точнее

при 0, 1,32) КПД 0,98. При

А

ЭТОМ, во всем возможном диапазоне нагрузок коэффициент мощности на входе фильтра равен «единице.

Использование новых элементов - конденсаторов, значительно уменьшает потери мощности в фильтре нрн его работе на активную нагрузку, обеспечивая па входе

фильтра потребление только активной мощности, которая практически вся поступает в нагрузку. В результате значительно увеличивается КПД и коэффициент мощности, что расширяет сферу применения

фильтра симметричных составляющих на силовые цепи, оставляя его таким же конструктивио нростым как фильтр симметричных составляющих по авт. св. № 157007.

Формула изобретения

Фильтр симметричных составляющих напряжения по авт. св. № 157007, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия н коэффициента мощности при работе фильтра на активную нагрузку, последовательно с каждой фазной обмоткой статора и ротора включены конденсаторы, нричем емкость конденсатора удовлетворяет условию резонанса с иолной индуктивностью соответствующей обмотки.

к.п-д