Устройство для регулирования и симметрирования напряжения трехфазной сети с нулевым проводом

Устройство для регулирования и симметрирования напряжения трехфазной сети с нулевым проводом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

) Ф (») 555498

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социал исти меских

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.07.75 (21) 2151679/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликовано 25.04 77.Бюллетень № 15 (45) Дата опубликования описания 02.06.77 (51) М. Кл.е

Н 02 Х 3/12

Н 02 J 3/26

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Ilo делам иэооретений и открытий (53) УДК 621.316. . 722:621.3 1 1. 1 (088.8) А, К. Шидловский, В. Г. Кузнецов, H. Н. Каплычный, В. А. Новский и B. Т. Третьяк (72) Авторы изобретения

Институт электродинамики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СИММЕТРИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения качества электрической энергии в трехфазных распределительных сетях с нулевым проводом, содержащих несимметрич- 5 ные и нелинейные нагрузки, а именно для симметрирования фазных напряжений, их симметричного регулирования и уменьшения токов высших гармоник, кратных трем.

Известны устройства, предназначенные 10 лишь для симметрирования режима четырехпроводной сети или только для регулирования и стабилизации переменного напряжения (11,(21 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования н симметрирования напряжений трехфазной сети с нулевым проводом, содержащее трахфазный электромагнитный аппарат, первичная обмотка которо- 20 го соединена по схеме "встречный зит заг", и вторичные вольтодобавочные обмотки с отводами(3 . Оно позволяет симметрировать фазные напряжения нагрузок и регулировать их уровень, 25

Регулирование напряжения осуществляется в этом случае путем переключения отводов вольтодобавочных обмоток. При автоматическом регулировании напряжения нагрузок через коммутирующие элементы протекают полные токи нагрузок, что влечет за собой увеличение установленной мощности коммутирующих элементов (биполярных коммутаторов), а следовательно и их стоимости.

Кроме того, регулирование осуществляется с разрывом токовых цепей нагрузок, что ухудшает качество электроэнергии.

Бель изобретения - повышение качества электрической энергии.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования и симметрирования напряжений в трехфазной сети с нулевым проводом, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат с первичной обмоткой, соединенной по схеме "встречный зитзаг, и вторичными вольтодобавочными обмотками, снабжено группами биполярных коммутаторов с блоком управления, одни полюсы которых соединены между собой и

555498

У, =Ц 1 —.Е

° / и м 1

И =а-U(С+ -е

6 (Я

ЛГ iso 1 .

4э (5) (Ь) подключены к соответствующему фазному выводу первичной обмотки, другие полюсы биполярных коммутаторов каждой группы подключены к трем фазным проводам сети, к которым подсоединены вторичные обмотки и вход блока управления.

Это позволяет осуществлять циклическое переключение выводов первичной обмотки по отношению к точкам соединения фазных про- 10 водов сети и концов вольтодобавочных обмоток для получения той или иной степени регулирования напряжения, Следовательно, векторы напряжений нагрузок сети формируются из векторов напряжений первичной

15 обмотки и дополнительных э.д.с. вольтодобавочных обмоток путем образования трех (в данном случае) определенных видов соединения первичной обмотки со вторичэ М

29 ными вольтодобавочными, когда магнитная связь между каждой из вольтодобавочных обмоток и двумя полуобмотками и первичной, расположенными на общем с вольтодобавочной обмоткой стержне электромагнит ного аппарата, остается даже при отсут25 ствии электрической связи между ними (т.е. при отключенных биполярных коммутаторах). Тем самым получают три (в данном случае) ступени регулирования уровня напряженйя нагрузок.

Э 30

Включение по циклическому закону трех определенных биполярных коммутаторов (по одному из каждой группы) и отключение

35 остальных осуществляет блок управления, который непрерывно производит "слежение за напряжением сети и воздействует на управляющие элементы биполярных коммутаторов в зависимости от режима работы

40 сети при необходимости получения определенной ступени регулирования уровня напряжения.

В качестве биполярных коммутаторов

45 использованы тиристорные переключатели переменного тока с число-импульсным управлением либо симисторы.

На фиг. 1 представлена векторная диа50 грамма напряжений, соответствующая получению средней ступени регулирования уров ня напряжения нагрузок; на фиг. 2 — векторная диаграмма напряжений, соответствующая получению минимальной ступени регулирования уровня напряжения нагрузок; на

55 фиг. 3 — векторная диаграмма, соответствующая получению максимальной ступени регулирования уровня напряжения; на фиг. 4 —устройство для регулирования и симметрирования напряжений электрической сети.

60 для случая, представленного на фиг. I, напряжения нагрузок можно определить из следующих выражений: где К - соотношение между индуктивностями вольтодобавочной 1 и основной L перв обмоток, т.е. К = Ьвд/1 перв, 4

U — напряжение сети.

Модули этих напряжений в этом случае равны и определяются как

Для случая, представленного на фиг. 2, напряжения нагрузок определяются следующим образом:

Модули этих напряжений;

Зля случая, представленного на фиг. 3, напряжения нагрузок определяются следующим образом:

Модули этих напряжений;

Соотношение между витками W и 9( обмоток равно

,Я S* (н,от О

Waepe 0

Пользуясь выражением (7), можно рассчитать требуемые ступени. симметричного регулирования уровня напряжения нагрузок для конкретного назначения к (t1 ), либо, наоборот.

555498

Устройство для регулирования и симмет» рирования напряжений электрической сети (см. фиг. 4) подключено к зажимам питаю шей сети и содержит: блок 1 управления; группы 2 биполярных коммутаторов и собственно электромагнитный аппарат 3 с первичной обмоткой 4-9, включенной по схеме

"встречный зигзаг" и вторичными вольтодобавочными 10, 11 и 12 обмотками; несимметричные 13, 14 и 15; ком-10 мутирующие элементы (биполярные коммута« торы); 16-24 — тиристорные переключатели переменного тока (симисторы); выпрямитель 25; пороговые устройства 26 и 27; дешифратор 28; трехканальный блок 29 вы- 15 держки времени; собирательную схему ИЛИ

30; блок 3 1 автоматического отключения и зашиты; системы 32, 33 и 34 управления тиристорными переключателями (симисторами). 20

В зависимости от величины напряжения фаэ сети возможны три случая получения требуемой ступени регулирования уровня напряжения нагрузок.

1, Фазные напряжения U, U, U находятся в допустимом диапазоне изменения напряжения сети U = U, т.е.U доп,нижн аЧ У дол. вггрх.

При этом тиристорные переключатели 30

22, 23 и 24 включены, а остальные от- с ключены (соответствующая векторная диаграмма на фиг. 1).Такое состояние обусловлено тем, что напряжение 0 постоянного тока, выпрямленное блоком 25 н про- 85 упр порциональное напряжению сети U выше напряжения nopora U>< У доп.нижн. порогового устройства 26 и ниже напряжения порога па доп.верхН порогового устройства 27, Дешифратор 28 выделяет 40 такую комбинацию логических нулей" и единиц» с выходов устройств 26 и 27 (т.е. в данном случае на выходе устройстве

26 логическая единица", а на выходе уст ройства 27-"нуль") и по одному из трех своих выходов воздействует лишь на одну иэ трех систем управления, а именно систему 34, Предварительно срабатывают блоки 29 и

31. Блок 29 необходим для устранения sp влияния кратковременного и случайного изменения установившегося уровня напряжения сети, а блок 31 отключает на время задержки Т = (2 + 5) Тс (Тс — период напряжейия сети) все тиристорные пе- б5 реключатели для ликвидации междуфазных к.з. и служит для устранения других аномальных режимов. Поэтому лишь через время 1; . сисгема управления 34 вклюЗОА чает тиристориые переключатели 22, 23 60 и 24. Поскольку дополнительные напряжения вольтодобавочных обмоток составляют (2,5 - 10)% от P то напряжения нагрузок и фаз сети в этом случае приблизительно равны и определяются выражениями (1) и (2), т.е. достигается средняя ступень регулирования уровня напряжения.

П, При возрастании напряжения в сети

U до значения верхней границы допустимого диапазона U доп верхи и выше. т.е. при U U V оба дон. верх. доп. нижн., пороговых устройства 26и 27 находятся в сработавшем состоянии и на их выходах логические "единицы". Дешифратор 28 выделяет такое сочетание сигналов на его входах и по своему уже второму выходу воздействует на другую систему управления (по сравнению со случаем, рассмотренным выше), а именно на систему 33, которая через Г „включает переключатели 19, 20 и 21 (остальные тирнсторные переключатели отключены). Напряжение нагрузок в этом случае снижается (см. фиг. 2) на величину в соответствии с выражениями (3) и (4), т.е. получается минимальная, ступень регулирования уровня напряжения нагрузок.

П1, При снижении U до значения нижней границы допустимого днапазонаQ доп.„нижн . изменения напряжения сети и ниЖе, т.е.U<+

cЦ доп.нижн доп.верхи. на выходах устройств 26 и 27 (27 логические "нули", и дешифратор по своему уже третьему выходу воздействует на устройства 31 и 32, т.е. ранее включенные тиристоры отключают ся и через время Г д включаются лишь требуемые в этом случае тиристорные переключатели 16, 17 и 18. Следовательно, уровень напряжения нагрузок возрастает (см. фиг. 3) на величину в соответствии с выражениями (5) и (6) и тем самым достигается максимальная стуценъ симметричного регулирования уровня напряжения нагрузок.

Таким образом, уровень напряжения нагрузок изменяется в допустимом диапазоне при изменении напряжения сети в широких пределах.

Крома того, предложенное включение тиристорных переключателей, по сравнению с подключением последних к отводам вольтодобавочных обмоток 10, 11 и 12, позволяет существенно снизить установленную мощность силовых многослойных структур, так как протекающий рабочий ток через тиристоры в данном случае в 1/l1 раэ ниже, что является благоприятным фактором при применении тиристоров (симисгоров) в распределительных сетях. Существенным

555498 так же является то, что регулирование напряжения происходит без разрыва токовых цепей нагрузок.

Таким образом, предложенное комплексное устройство способствует повышению ка- б чества электрической энергии в низковоль ных распределительных сетях и сочетает в себе функции как симметрирукхцего устройства, так и регулятора табилизатора напряжения нагрузок. 10

Формула изобретения

Устройство для регулирования и симметрирования напряжений трехфазной сети с )5 нулевым проводом, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат с первичной обмоткой, соединенной по схеме встречный зигзаг, и вторичными вольтодобавочными обмотками, о т л и ч а ю ш е е с я тем, 20 что с целью повышения качества электрической энергии, оно снабжено группами биполярных коммутаторов с блоком управления, одни полюсы которых соединены меж» ду собой и подключены к соответствующему фазному выводу первичной обмотки, другие полюсы биполярных коммутаторов каждой группы подключены к трем фазным проводам сети, к которым подсоединены вторичные обмотки и вход блока управления.

Источники информации, принятые во внимания при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

М 458919, М. Кл. Н 02 У 3/26, 1973.

2. Патент США М 3700925, кл. 307252 Q 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

0о 454632, М. Кл. Н 02 Я3/12, 1973 (прототип).

555498 иг.

С оставитель К. Фотина

Редактор P. Киселева Техред Q. Луговая Корректор С. Болдижар

Заказ 470/27 Тираж 902 Подписное

UHNHIIN Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4