(54) ФИЛЬТР СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
1
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам симметрирования режимов многофазных сетей, и может быть использовано в силовой преобразовательной технике для симметрирования системы питающих напряжений, а также для предотвращения в сетях колебаний потребляемой мощности, связанных с изменением нагрузки, и в схемах параллельной работы синхронных генераторов.
Известны различные схемы однофазных и многофазных фильтров напряжений прямой и обратной последовательностей.
Наиболее, распространенные однофазные фильтры выполняются из активно-реактивных контуров, между которыми может быть также и взаимоиндуктивная связь.
Трехфазные фильтры симметричных составляющих сострят обычно из трех одинаковых однофазных фильтров, напряжения на первичных зажимах которых изменяются в порядке круговой последовательности 1..
Недостатками таких фильтров являются сложность настройки, связанная с необходимостью строгого совпадения параметров однофазных фильтров или регулировки симметрии выходной системы напряжений, а
также трудность использования активной мощности, рассеиваемой на активных компенсирующих сопротивлениях.
Известен также трехфазный фильтр напряжения прямой и обратной последовательностей, содержащий асинхронный двигатель с заторможенным ротором, являющийся по сути трехфазным трансформатором с вращающимся магнитным полем, и три активных сопротивления, равных по величине сопротивлению взаимоиндукции между первичными и вторичными обмотками трансформатора и подключенных звездой к выводам соединенных одноименных первичных и вторичных обмоток. Оси одноименных обмоток сдвинуты в пространстве на 90 эл. град. (2.
Недостатком такого фильтра, как и всех
5 известных, является больщая погрещность за счет трудностей точной настройки фильтра, в частности, точного выполнения и стабилизации в процессе работы активных компенсирующих сопротивлений, на которых
0 рассеивается значительная активная мощность. Полезное использование этой мощности, например для обогрева, также зат-: руднено, поскольку для каждого обогревателя необходим свой согласующий трансформатор и новая, достаточно сложная настройка фильтра. Это ограничивает применение таких фильтров в силовой преобразовательной технике.
Цель изобретения - уменьшение погрешности фильтра симметричных составляюших за счет упрош,ения и повышения точности его настройки.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что фильтр симметричных составлющих, содержащий трехфазный трансформатор с враш,аюш,имся магнитным полем, оси соединенных между собой одноименных первичных и вторичных обмоток которого сдвинуты на 90 эл. град, и три одинаковых активных сопротивления, соединенных в звезду, дополнительно снабжен тремя конденсаторами и вторым трехфазным трансформатором с вращающимся магнитным нолем, первичные и вторичные фазные обмотки которого имеют одинаковое число витков, одноименные фазные обмотки сдвинуты в пространстве одна относительно другой и соединены между собой, а к выводам этих соединений подключены звездой конденсаторы, емкости которых выбраны из условий резонанса с индуктивностями обмоток второго трансфор.матора, при этом к выходу второго трансформатора подсоедниены активные сопротивления, а его вход подключен к выводам, выполненным в точке соединения первичных и вторичных обмоток первого трансформатора, причем угол сдвига одноименных фазных обмоток второго
трансформатора jS равен arc cos ()
где х и Xj - полные сопротивления взаимоиндукции соответственно первого и второго трансформаторов, а R - величина активного сопротивления.
На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.
Фильтр содержит два трехфазных трансформатора с вращающимся магнитным полем. Оси одноименных фазных первичных 1 и вторичных 2 обмоток первого трансформатора сдвинуты на угол ci, равный 90 эл. град. Одноименные фазные обмотки .соединены между собой, к выходам их соединений 3, 4 и 5 подключен своим входом второй трехфазный трансформатор 6 с вращающимся магнитным полем. Его одноименные фазные первичные 7 и вторичные 8 обмотки также соединены, и к выходам соединений 9, 10, 11 подключены звездой конденсаторы 12, емкость которых выбрана из условий резонанса с индуктивностями фазных обмоток. К выходным клеммам 13, 14, 15 второго трансформатора подключены звездой активные сопротивления 16. Оси вторичных обмоток этого трансформатора сдвинуты относительно осей одноименных его первичных обмоток на угол Д который согласован с величиной активных сопротивлений
равенство J5 arccos (- - 1) arccos
х(г -1) где М 1 и М коэффициенты
взаимоиндукции первого и второго трансформаторов между одноименными фазными обмотками при совпадении их осей; Xi J-a)Mi и X2.( -|- со Mi- полные сопротивления взаимоиндукции соответственно первого и второго трансформаторов при совпадении их одноименных обмоток, а R - величина активного сопротивления 16. Такое выражение для угла j можно получить из равенства отношения фазных напряжений на клеммах 3, 4, 5 к алгебраической сумме подходящих к клеммам фазных первичных и вторичных токов первого
трансформатора сопротивлению X -i -1- caMi, необходимого для фильтров симметричных составляющих, выполняемых на основе трансформаторов с вращающимся полем.
Из выражения для угла видно, что необходимое согласование можно осуществить для произвольных сопротивлений |{, удовлетворяющих неравенству R би)-. Таким образом, выбирая, например Мг 5Mi, в предлагаемом фильтре могут быть использованы в качестве компенсирующих произвольные сопротивления от R X) до R $150(х)М ЮОХ.
Применяемые в устройстве трансформаторы с вращающимся магнитным полем могут быть выполнены на основе асинхронного двигателя с заторможенным ротором, причем первичные и вторичные обмотки первого трансформатора могут быть выполнены только на статоре или только на роторе.
Второй трехфазный трансформатор с подключенными к нему емкостями при /
5 const представляет собой индуктивноемкостной преобразователь источника стабильного напряжения в источник стабильного тока. В предлагаемом устройстве угол может плавно изменяться, реализуя для каждого конкретного сопротивления R необходимый режим согласования.
Устройство работает следующим образом Выходная система напряжений подводится к свободным выводам первичной обмотки 1 первого трансформатора с вращающимся магнитным полем, а симметричная трехфазная нагрузка - к свободным выводам вторичных обмоток 2 первого трансформатора.
При сдвиге осей обмоток относительно осей одноименных обмоток на плюс 90 эл.
град, устройство работает как фильтр обратной последовательности. Фильтр прямой последовательности можно получить, сдвинув оси обмоток относительно одноименных обмоток на минус 90эл. град, или поменяв
5 вход и выход всего устройства местами.
Мощность, не отдаваемая фильтром в нагрузку, через второй трехфазный трансформатор с вращающимся магн1 тным полем, к клеммам 9, iO, 11 которого подсоединены звездой конденсаторы 12 и который служит для согласования его входных и выходных параметров, поступает на активные сопротивления 15. Условием согласования является выполне ние равенства J3 arccos 1). которое очень просто и точно осуществляется на практике. Для этого на вход всего фильтра необходимо подать не пропускаемую в согласованном режиме на выход последовательность напряжений и поворотом вала второго трехфазного трансформатора добиться равенства ее нулю на выходе фильтра. При изменении сопротивлений изменяется только угол поворота трансформатора. Точность настройки при этом определяется точностью выполнения самого трансформатора и не зависит от точности подключаемых сопротивлений, что позволяет в одной и той же схеме фильтра использовать промышленные потребители активной энергии, с различным входным сопротивлением. Причем таким же поворотом вала может быть осуществлена коррекция температурной нестабильности сопротивлений. Применение в фильтре симметричных составляющих второго трансформатора с вращающимся магнитным полем и включенных в звезду конденсаторов позволяет более чем на 30% уменьшить его погрешности за счет повышения и упрощения точности его настройки. Кроме того, в предлагаемом устройстве достигнута необходимая гибкость в использовании отводимой фильтром энергии для различных промышленных потребителей энергии с разным входным сопротивлением. Формула изобретения Фильтр симметричных составляющих, содержащий трехфазный трансформатор с вращающимся полем, оси одноименных первичных и вторичных фазных обмоток которого сдвинуты на 90 электрических- градусов и три активных сопротивления, соединенных в звезду, отличающийся тем, что, с целью настройки, он снабжен тремя конденсаторами и вторым трехфазным трансформатором с вращающимся магнитным полем, первичные и вторичные обмотки которого выполнены с одинаковым числом витков, одноименны фазные обмотки сдвинуты в пространстве одна относительно другой и соединены между собой, причем в точках их соединения выполнен выводы, к, которым подсоединены выводы конденсаторов, соединенных в звезду, вход второго трансформатора подсоединен к выводам, выполненным в точке соединения первичных и вторичных обмоток первого трансформатора, а к выходу второго трансформатора подсоединены активные сопротивления, при этом угол сдвига фазных обмоток второго трансформатора j3 равен arccos( - 1), ,- полные сопротивления аимоиндукции соответственно первого и второго трансформаторов; R - величина активного сопротивления, а емкости конденсаторов выбраны из условий резонанаса с индуктивностями обмоток второго трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Фабрикант В. Л. Фильтры симметричных составляющих. М-Л., Госэнергоиздат, с. 61-82, 1962. 2.Авторское свидетельство СССР № 157007, кл. Н 02 J 3/26, 1926.
