Устройство для симметрирования трехфазных сетей Советский патент 1982 года по МПК H02J3/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для осушествлення автоматического симметрирования токов трехфазной четырехпроводной сети при подключении к ней несимметричной трехфазной нагрузк Известно, устройство для автоматического регулирования симметрии и уровня напряжений трехфазной системы, содержащее два исполнительных органа параллельного и последовательного включения измерительно-регулирующие органы токов обратной последовательности и системы регулирования напряжения и операционнь1е усилители 1 . Основными недостатками такого устройства являются сложность схем управления элементами исполнительного органа, низкое быстродействие, ограниченное поисковым методом перестройки элементов исполнительного органа, и низкая точность при симметрировании четырехпроводных трехфазных сетей, обусловленная тем, что такое устройство не позволяет компен сировать несимметрию, вызываемую токами нулевой последовательности. Известно также устройство для стабилизации симметрии токов многофазной системы, содержащее последовательно соединенные фильтр токов обратной последовательности, фазочувствительные выпрямители иа каждую фазу, подключенные по другим входам к фазорегулирующему устройству, линейные усилители, исполнительный орган 2. . К недостаткам этого устройства следует, от нести невысокие быстродействие и точность симметрирования. Невысокое быстродействие обусловлено наличием операции уравновешивания, которая осуществляется поиском требуемой. фазовой ориентации координатных полуосей с помощью фазорегупирующего устройства. Это же приводит к динамической погрешности. К тому же такое устройство не позволяет компенсировать токи нулевой последовательности, что также ограничивает его точность при использовании в четырехпроводных трехфазных сетях. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для симметрирювания трехфазных сетей, содержащее фильтр токов обратной последовательности, датчик действующего значе ния напря;Кення, три фазочувствительиых выпрямителя, два фазовращателя, три измерителя отношения двух напряжений и три линейных усилителя, подключенных к трехэлементному исполнительному органу компенсирующе му токи обратной последовательности, причем первые входы всех фазочувствительных выпрямителей объединены между собой и подключены на одно из напряжений сети, вторые входы выпрямителей, одного непосредственно и двух других через фазовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, выходы выпрямителей соединены с первыми входами измерителей отношения двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего значения напряжения, а выходы к линейным усил телям 31. Недостатком этого устройства является невысокая точность симметрирования четьфехпроводных трехфазных сетей, так как оно обеспечивает компенсацию только одной составляющей - токов обратной последовательности и не позволяет компеж ировать другую составляющую - токи нулевой последовательности. Цель изобретения - повышение точности симметрирования четырехпроводных трехфазны сетей за счет компенсации токов нулевой последовательности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для симметрирования трехфазных сетей, содержащее датчик действующего значения напряжения, фильтр токов обратной последовательности и блок преобразования, состоящий из двух фазовращателей, трех фазочувст вительных выпрямителей, трех измерителей отношения двух напряжений, причем первые входы всех фазочувствительиых выпрямителей объединены между собой и подключены на одно из напряжений сети, вторые входы выпрямителей, одного непосредственно и двух других через фазовращатели, подключены к вы ходу фильтра токов обратной последовательнос ти, а Выходы выпрямителей соединены с первы ми входами измерителей отношения двух напряжений, вторьце входы которых подключены к выходу датчика действующего значения напряжения, дополнительно введены соединенные последовательно фильтр токов нулевой последовательности, второй блок преобразования, содержащий два фазовращателя, три фазочувствительных выпрямителя и три измерителя отношения двух напряжений и три дополнительных линейных усилителей, подключенных к исполнительному органу, который выполнен щ стиэлементным для компенсации токов как обратной, так и нулевой : последовательностей, ja также три блока разностей, входы которых попарно подключенб к выходам соответствующих измерителей отношения двух напряжений первого и второго блоков нрЬобразования, а выходы - к входам первой группы линейных усилителей. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит трехфазный источник 1 питания, трехфазную переменную нагрузку 2, фильтр 3 токов обратной последовательности, фильтр 4 токов нулевой последовательности, датчик 5 действующего значения напряжения, блоки 6 и 7 преобразования, каждый из которых содержит фазовращатели 8 на -120° и фазовращатели 9 на +120°, по три фазочувствительных выпрямителя Ш и по три измерителя 11 отнощения двух напряжений, линейные усилители 12, блоки 13 разностей и исполнительный орган 14. В отличие . от известного в предлагаемом устройстве исполнительный орган 14 выполнен шестиэлементным, три из которых включены в треугольник, а трив звезду. Тем самым при определенных значениях параметров этих элементов обеспечивается компенсация токов как обратной, так и нулевой последовательностей. Феактивные проводимости каждого из щести элементов регулируются независимо от других , а выполнены они таким образом, что могут принимать как индуктивный, так и емкостной характер. Фильтры 3 и 4 токов обратной инулевой последовательностей подключены к симметрируемой трехфазной сети. На датчик 5 действующего значения напряжения подано одно из линейных или фазных напряжений, например фазы А симметрируемой цепи. Выходы каждого фильтра 3 и 4 подключены к первым входам трех фазочувствительных выпрямителей 10, входящих в состав блоков 6 и 7 преобразования соответственно, следующим образом: к нервому выпрямителю Непосредственно, к второму через фазовращатель 8 на-120° и к третьему через фазовращатель 9 на +120°. Вторые-входы всех фазочувствительных выпрямителей 10 объединены между собой и подключены к фазе А, а выходы их соединены с первыми входами соответствующих измерителей 11 отношения двух напряжений, вторые входы которых объединены между собой и подключены к выходу датчика 5 действующего значения напряжения. Выходы измерителей 11 отношения двух напряжений блока 7 преобразования через линейные усилители 12 подключены к злементам исполнительного органа 14, соединенным в звезду и обеспечивающим компенсацию токов нулевой последовательности. К выходам всех измерителей 11 отнощения двух напряжений блоков 6, 7 преобразования попарно подключены блоки 13 разностей следующим образом: первый блок 13 разности - к выходам первых измерителей 5. 96 11, второй блок 13 разности - к выходам вто рого измерителя 11 блока 6 преобразования и третьего измерителя 11 блока 7 преобразования третий блок 13 разности - к выходам третьего измерителя 11 блока 6 преобразования и второго измерителя 11 блока 7 преобразования. Выходы - блоков 13 разностей соединены через линейные усилители 12 с элементами исполнительного органа 14, соединенными в треугольник и обеспечивающими компенсацию токов обратной последовательности. Рассмотрим принцип действия предлагаемого устройства. Вначале получим соотношения, положенные в основу его работы. Условия компенсации токов обратной и нулевой последовательностей при симметричной системе напряжений можно записать в следующем виде i и (Yi -3Yi)-b.V io и YI - fo , где 2, ID - комплексы токов нагрузки соответственно обратной и нулевой последовательностей; :с :С. Ь f ID - комплексы токов симметризатора (исполнительного органа), соответственно обратной и нулевой последовательностей; и - действующее значение фазного напряжения сети; YlrYj.Yi- комплексы проводимостей, связанные с проводимостями элемен тов симметризатора Yд, Yg, , СА соотношениями (AYA+ аД YB+ Yl f (UYBc+ «Д YCA- a Д Yд6) ;(2 Yi |(Д a Д YC) В этих выражениях a e ° - оператор поворота на 120°, Д Y, Д Yg, Д Y., Д , Д YQJ.., Д д- параметры несимметричной части симметризатора, например ДYл YA-Yi/ Д YA YAB- Y.J, где Yi, YO - параметры симметричной части ;симметризатора, определяемые равенствами YO 2( YB+ YC), Y; |(Y;,8+ Y6C+ УСД),

Укажем также, что

Д у{, (Д Д YB + Д YC.)O

Д Y; (Д ДYgc- Д 0

А Ьщ; jg- (Ij sin if-i - lo sin4o)i

1

sin ( a+120)-lo sin (V120°) At)g llj sin (42-120°)-losin (%+120°) Таким образом, в уравнения компенсации (1) входят величины Y, Y , Yj зависящие от шести параметров Д Y, Д YB, Д YC, Д YAB- Д Ygc, Д YCAТак как эти шесть параметров связаны двумя условиями (3), то число независимых параметров равно четырем. С другой стороны, два комплексных уравнения (1) эквивалентны четырем вещественным уравнениям, из которых могут быть определены все щесть параметров с учетом двух дополнительных условий (3). Решение системы уравнений (1) с учетом условий (3) упрощается, если проводить его в симметричной форме. Выполнив операцию комплексного сопряжения в уравнениях (1) и воспользовавшись условиями (3) , получим симметричную систему уравнений, связывающую приращения параметров элементов симметризатора . JJ( ос Д YB+ YC) J 1о-, l(ДYA+oc2ДYgtcc Д YC) - to-, Д Хд+ ДY5 + ДYc О ;(4) J(ДYg +aДYcд+a ДYдв)i. + ) T(AYBc4-- AYc KxAY (, io) ДYg,. где знак - комплексное сопряжение. Решая систему уравнений (4), находим YAb |1-|(аЬ -а io)-, Подставлял в. выражения (5) комплексы токов |о ID и ч , получим -12о sin %, Д bg - sm( % -120°), Д be (40 +120)-, 79 Соотношения (6) позволяют определять параметры симметризатора по известным значениям 7ОКОВ 1о, U нулевой и обратной после довательностей и сдвигу фаз Чд к 1 эт токов по отношению к опорному напряжению. Эти соотношения и положены в основу работы предлагаемого устройства. Составляющая тока обратной последователь ности с выхода фильтра 3 обратной гюследовательности поступает на первые входы трех фазочувствительных выпрямителей 10 .первого блока 6 преобразования, причем на второй и третий фазочувствительные выпрямители со сдвигом по фазе на -120° и +120°, осуществл емым фазовращателями 8 и 9 соответственно. Аналогично составляющая тока нулевой последовательности с выхода фильтра 4 пулевой последовательности подается на первые входы трех фазочувствительных выпрямителей 10 блока 7 преобразования. На другие входы всех фазочувствительных выпрямителей 10 подается напряжение фазы А симметрируемой цепи. На выходе каждого из фазочувствительных выпрямителей 10 формируется напряжение, нро порциональное соответственно l sinf-j, l2 sin ( Ч -120°); Ij sin ( Чч ) фазочувствительнь}мн выпрямителями блока 6 преобразования и 1о lo-sin ( Чо -120°) IQ sin ( +120°) - фазочувствитеяь}1ыми выпрямителями блока 7 преобразования. С вы ходов фазочувствительных выпрямителей 10 напряжения поступают на первые входы измери телей 11 отношения двух напряжений, на другие входы которых подается действующее значение напряжения с выхода датчика 5. На выходах измерителей 11 отношения двух напряжении блока 7 преобразования образуются напряжения, пропорциональные прирУ ццениям па раметров А Ьд Д bg ДЬс тех элементов симметризатора, которые предназначены для компенсации токов нулевой последовательности. Знак этих напряжений определяет характер приращения - индуктивный или емкостный. Напряжения с выходов измерителей 11 попарно согласно последним трем уравнениям системы (6), подаются на блоки 13 разностей, на выхо дах которых образуются сигналы, пропорциональные приращениям параметров и А Ьдй симметризатора, компенсирующего токи обратной последовательности. Напряжения с выходов измерителей 11 отношения двух напряжений блока 7 преобразования и с выходов блоков 13 разностей усиливаются линейт ми усилителями 12 и подаются на нспопкнтельный орган 14, в котором производится соответствующее изменение параметров реактив ных элементов. Причем, как следует из выра жений (6), эти приращения связаныне только с токами обратной, но и нулевой последовательности. Тем самым обеспечивается повышение точности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей за счет компенсадаи токов нулевой последовательности. Формула изобретения Устройство для симметрирования трехфазных сетей, содержащее линейные усилители, подключенные к исполнительному органу, датчик действующего значения напряжения, фильтр токов обратной последовательности и блок преобразования, состоящий из двух фазовращателей, трех фазочувствительных выпрямителей, трех измерителей отношения двух напряжений, причем первые входы всех фазочувствительных выпрямителей объединены между собой и подключены к одной из фаз сети, вторые входы выпрямителей, одного непосредственно и .двух других через фазовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, а выходы выпрямителей соединены с первыми входами измерителей отношения двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего значения напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей, в него дополнительно введены соединенные последовательно фильтр токов нулевой последовательности, второй блок преобразования, содержащий два фазовращателя, три фазочувствительных выпрямителя и три измерителя отношения двух напряжений дополнительных линейных усилителей, подключенных к исполнительному органу, который выполнен щестизлементным для компенсации токов как обратной, так и нулевой последовательности, а также три блока разностей, входы которых попарно подключены к выходам соответствующих измерителей отношения двух напряжений первого и второго блоков преобразования, а выходы - к входам первой группы линейных усилителей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 244495, кл. И 02 J 3/26, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 243701, кл. И 02 J 3/26, 1969. 3.Авторское свидетельство СССР № 2920870, кп. Н 02 J 3/26, 1980 г.