Устройство для компенсации колебаний напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02J3/12 

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для питания стабилизированным напряжением различных цепей малой мощности (например, 1-2 KB А), чувствительных к колебаниям и отклонениям напряжения, например, систем автоматического управления, выполненных на элементах Логика-Т или подобных им. В ряде случаев указанные системы предназначены для автоматического управления группой электродвигателей достаточно большой мощности, которые при пусках потребляют значительный ток и тем самым создают глубокие колебания напряжения сети, нарушающие нормальную работу цепей управления, если они питаются от этой же сети. Для уменьшения влияния колебаний напряжения на работу цепей малой мощности обычно применяются ферромагнитные, электронные или полупрово никовые стабилизаторы напряжения l Указанные устройства обладают рядом недостатков, из которых главным является инерционность, при глубокой посадке напряжения его допустимый уровень косстанавливается не мгновенно, а спустя не менее 0,010,02 с. Этого времени достаточно для потери информации в ячейках памяти системы программного управления. Кроме того, нижний предел входного напряжения стабилизаторов, при котором гарантируется выходное напряжение в допустимых пределах, ограничен 85% номинального напряжения. К .этому следует добавить высокую стоимость и удельную массу (20 кг и более на кВт мощности) стабилизаторов напряжения. Более надежными и экономичными являются устройства, основанные на, принципе, компенсации падения напряжения в линии путем моделирования отрицательного сопротивления в цепи нагрузки. К таким устройствам относятся продольная емкостная компенсация и сдвоенные реакторы 23Однако их габариты значительно превышают габаритУ цепей малой мощности, поэтому их применение нецелесообразно в тех случаях, когда требуется устранение колебаний напряжения в цепях малой мощности без устранения их в цепи силовой нагрузки . , Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из трансреактора, средний вывод обмотки которого подключен к источнику энергии, а крайние выводы подключены к двум цепям нагрузки (спокойной и ударной), параллельно обмотке или ее части, включено сопротивление, активное или полное, причем указанные трансреакторы находятся во всех трех фазах сети З.

Недостатком известного устройства является неэкономичность в условиях, когда одна из нагрузок имеет несоизмеримо малую мощность: габариты устройства малы по сравнению с электросиловой установкой, но весьма велики по сравнению с устройством автоматики или другими цепями малой нагрузки. . .

Цель устройства - повышение надежности при подключении нагрузок различной мощности, снижение массы, габаритов и стоимости в несколько раз в услови ях, когда мощность цепей для которых осуществляется стабилизация напряжения, много меньше мощности силовой нагрузки. .

Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для компенсации колебаний напряжения, содержащем трансреакторы, шунтированные резисторами, включенные последовательно в питающую сеть, выводы которых подключены к источнику энергии и к двум цепям трехфазной нагрузки различной мощности, один трансформатор выполнен двухобмоточным, причем.его пер-, вичная обмотка включена последовательно в пит акяцую сеть и к одному из выводов для подключения нагрузки большой мощности, его вторичная обмотка одним выводом подсоединена к выводу для подсоединения нагрузки малой мощности, второй трансреактор снабжен двумя первичными обмотками, включенными встречно в две другие фазы питающей сети, причем вторичные обмотки указанного трансреактора подсоединены встречно к первичным обмоткам со стороны источника питания, а вторые выводы вторичных обмоток подсоединены к двум другим выводам для подсоединения нагрузки малой мощности.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство состоит из двух однофазных трансформаторов с немагнитным забором.в магнитопроводе (трансреакторов) 1, 2 и трех активных сопротив;г1ений 3-5. Трансреактор 1 снабжен перэвичной обмоткой 6, включенной в первую фазу сети последовательно силовой йагрузке, и вторичной обмоткой 7, включенной в эту же фазу последовательно нагрузке цепи малой мощности, причем обе обмотки имеют общую точку со стороны источника питания и направлены встречно друг другу по отношению к общему магнитному потоку. Трансреактор 2 снабжен двумя

одинаковыми первичными обмотками 8 и 9, включенными последовательно i силовой нагрузке соответственно во вторую и третью фазы и встречно направленными, а также двумя вторичными обмотками 10 и 11, которые включены встречно между собой и последовательно в цепь малой мощности соответственно во вторую и третью фазы, а с одноименными обмотками 8 и 9

также имеют общую точку и также направлены встречно. Сопротивления 3-.5 включены параллельно первичным обмоткам соответственно 6, 8 и 9.

Устройство работает на принципе формирования отрицательного взаимного сопротивления.

Сопротивление первичной обмотки трансреактора 6 вместе с параллельным сопротивлением 3 образуют комплексное сопротивление, моделирующее сопротивление внешней питающей сети в масштабе 1:К. Поэтому падение нат пряжения На первичной .обмотке пропорционально току силовой нагрузки и в точности повторяет все изменения падения напряжения в сети , но уменьшено в К раз. Если коэффициент трансформации трансреактора также равен К, на вторичной обмотке 7 падение напряжения в К раз больше, чем на первичной, т.е. по величине и фазе равно падению напряжения в сети. Но ввиду встречного включения первичной и вторичной обмоток напряжение вторичной обмотки противоположг но по знаку (т.е. сдвинуто по фазе на 180) падению напряжения в сети и тем самым полностью его компенсирует.)

Второй трансреактор служит той же цели, но отличается тем, что снабжен двумя первичными обмотками 8 и 9/ включенными встречно в различные фазы силовой нагрузки. Поэтому его намагничивающий ток равен разности двух линейных токов силовой нагрузки, т.е. превышает каждый из них в f3 раз и сдвинут по отношению к току первой фазы не на 120, а на 90. Комплексное, сопротивление каждой обмотки должно быть в три раза меньше, чем у первого трансреактора,.а падение напряжения получаются меньше в ./3 , так что с учетом дoпoлнkтeльного сдвина по фазе 30, этого достаточно для сохранения симметрии трехфазного напряжения. Врезультате габариты трансреактора 2 практически такие же, как для 1, а в целом устройство в 1,5 раза меньше, чем при включении трех одинаковых трансреакторов в три фазы линии.

Для изготовления устройства необходимы два магнитопройода, лучше Ш-образной формы, позволяющие обеспечить воздушный зазор 1-2 мм (например при мощности цепей до 1 кВт достаточны сердечники типа Ш-32). Исходным параметром расчета является полное сопротивление провода трехфазной сети до места подключени устройства i. Если мощность понизительного трансформатора питающей подстанции соизмерима с мощностью электросиловой установки рассматриваемой сети, следует учесть сопротивление короткого замыкания понизи тельного трансформатора. Если Z неизвестно, его можно определить приб лиженно по наибольшему пусковому току силовой нагрузки и падению линейного или фазного напряжения в мо мент потребления этого тока АЦд АЦф Ч1Г 1 Число витков вторичной обмотки 6 трансреактора 1 определяется, исходя из наибольшего компенсируемого фазно го напряжения (В) и сечения магнитопровода S (см ) по формуле (при частоте 50 Гц): а сечение провода - исходя из длительного тока цепи малой мощности. Коэффициент транс рмации К долже быть одинаковым для обоих трансреакторов и выбирается в зависимости от требуемой точности стабилизации напряжения, но не более.отношения мощностей силовой нагрузки и цепей, для которых предназначено устройство (обычно в 3-5 раз меньше этого соотношения) . Число витков первичной обмотки 6 трансреактора 1 равно

Если последнее выражение дает дробный результат, можно несколько изменить W или К в ту или иную сторону.

После сборки трансреактора и подключения активного сопротивления, выполненного, например, из константановой шинки сечением 1х 10 мм длиной 0,3-0,5 м (если в сопротивлении линии-преобладает индуктивная составляющая, активное сопротивление не тЕ)ебуется), производится регулировка воздушного зазора магнито- провода. При этом замеряется полное сопротивление трансреактора, приведенное к числу витков вторичной обмотки, путем подачи небольшого напряжения (50-100 в; переменного тока на вторичную обмотку и измерения тока и на вторичную обмотку и измерения тока и напряжения. Зазор подбиФормула изобретения

Устройство для компенсации колебаний напряжения, содержащее трансреакторы, шунтированные резисторами, включенные последовательно в питающую сеть, выводы которых подключены к источнику энергии и к двум цепям

трехфазной нагрузки различной мощности, отличающееся тем, что с целью повышения надежности при подключении нагрузок различной мощности, один трансреактор выполнен двухобмоточным, причем его первич ная oisмотка включена последовательно в питающую сеть и к одному из выводов для подключения нагрузки большой мощности,1 его вторичная обмотка одним выводом подсоединена встречно

к первичной обмотке со стороны источника энергии, а ее второй вывод подсоединен к выводу для подсоединения нагрузки малой мощности, вто- рой трансреактор снабжен двумя первичными обмотками, включенными. рается так, чтобы соблюдалось соотношение:и : а 2 1,5KZ. Чтобы сопротивление неизменялось в процессе работы устройства, перед стягиванием магнитопровода в зазор, закладываются заполняющие прокладки из картона, гетенакса и т.п. Аналогично изготавливается второй трансреактор. Цри таком же магнитопроводе и зазоре число витков каждой из двух первичных обмоток 8 и 9 должно быть в YS раз меньше числа витков первичной обмотки 6 трансреактора 1 (может быть округлено до целого числа). Соответственно во столько раз число витков обмоток 10 и 11 меньше числа витков обмотки 7, так как коэффициенты трансформации должны быть одинаковыми. Сопротивление трансреактора, приведенное к любой из дв-ух вторичных обмоток, должно получиться в три раза меньше, чем для первичного трансреактора, т.е. i 2Для этого нужно, чтобы каждое из активных сопротивлений 4 и 6 было в 1,5 раза меньше соответствующего :сопротивления 3 трансреактора 1. Устройство обеспечивает стабилиза- . |цию трехфазного напряжения в пределах +3% с мгновенной компенсацией глубо к11х падений напряжения (например, на 40-50%), вызванных пуском двигателей и резкими изменениями механической, электрической, технологической нагрузок при питании цепей автоматики и силовой нагрузки от общей трехфазной линии,и понизительной подстанции.

встречно в две другие фазы питающей сети, причем вторичиые обмотки указанного трансреактора подсоединены встречно к первичным обмоткам со стороны источника питания, а вторые выводы о&моток подсоединены к двум другим выводам для подсоединения нагрузки малой мощности.

Источтски информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Вересов Г.П., Смуряков Ю.Д. Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. М., Энергия, 1978, с. 105-123.

2.Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. М., Энергия, 1977, с. 89-94,

3.Электричество. - 1979, 6, с. 15, рис. 1 (прототип).