Устройство для симметрирования трехфазных сетей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3762 2 3 3/26 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР 71 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССР М 1259408, кл. Н 02 3 3/26, 1983.Авторское свидетельство СССР Ь 1504724, кл. Н 02 3 3/26, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНЪХ СЕТЕЙ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании автоматических устройств для симметрирования напряжений и токов, а также компенсации реактивной мощности в трехпроводных трехфазных сетях с изменяющимися по характеру и величине нагрузками. Цель иэобретения -расширение функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности сети, Цель достигается тем, что устройство содержит симметризатор 1 с блоком линейных усилителей 4, формирователь 17 управляющих сигналов, датчики 5-7 активных и датчики 8-10 реактивных фазных проводимостей нагрузки 2, соединенной в звезду, а также датчики 11- 16 межфазных проводимостей нагрузки 3, . . соединенной в треугольник. Выходы датчиков подключены к формирователю управляющих сигналов, который содержит шесть операционных блоков. Сигналы, управляющие параметрами симметризатора, формируются по активной и реактивной проводимостям фаэ нагрузки, соединенной в звезду, по шести межфазным проводимостям нагрузки, соединенной в треугольник, 1 ил.в Фв(3) Изобретение относится к электротехникеи может быть использовано в симметрокомпенсирующих устройствах, предназначенныхдля симметрирования токов, уравновешивания напряжений и компенсации реактивноймощности в любых трехфазных сетях приподключении к ним трехфазных нагрузок,соединенных в звезду и в треугольник, изменяющихся по характеру и величине.Известно устройство для симметририрования трехфаэной четырехпроводнойсети, содержащее шестиэлементный сим. метризатор, датчики активной и реактивноймощностей фаз, вычислитель средней активной мощности, формирователь управляющихсигналов и блок линейных усилителей.Недостатком этого устройства являетсято, что оно не применимо в трехфазных сетях с несимметричной системой фаэных напряжений.Известно также устройство для симметрирования трехфазной сети с нагрузками,соединенными по схемам звезды и треугольника, содержащее шестиэлементныйсимметризатор, датчик фазных напряжений, датчик линейного напряжения, измеритель синфазной и квадратурнойсоставляющих фазных токов нагрузки, соединенной в звезду, измеритель квадратурных составляющих линейных токовнагрузки, соединенной в треугольник, фор, мирователь управляющих. сигналов и блокуправления симметризатором.Недостаток этого устройства состоит втом, что оно не позволяет автоматическикомпенсировать реактивную мощностьтрехфаэной сети,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет автоматической компенсации реактивноймощности сети.Использование изобретения позволитсоздавать симметрокомпенсирующие устройства трехфазных сетей с более высокими технико-экономическими показателямиза счет одновременного симметрированиятоков и напряжений, а также компенсацииреактивной мощности сети, содержащейлюбые нагрузки, соединенную в звезду и втреугольник.На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство содержит шестиэлементный симметризатор 1, нагрузку 2, соединенную в звезду, нагрузку 3, соединенную втреугольник, блок 4 линейных усилителей,датчики 5 - 7 активных фазных проводимостей, датчики 8 - 10 реактивных фазных проводимостей, датчики 11-16 активныхмежфазных проводимостей и формирова 5 10 15 20 25 30 35 40 тель 17 управляющих сигналов, в состав которого входят трехвходовые операционные блоки 18 - 20 и четырехвходовые операционные блоки 21-23,В этом устройстве датчики 5-7 активных фаэн ых проводимостей и датчики 8-10 реактивных фазных проводимостей выполняют те же функции, что измеритель синфаэной и квадратурной составляющих фазных токов нагрузки, соединенной в звезду, и датчик разных напряжений, а также блоки деления в формирователе управляющих сигналов прототипа. Датчики 11-13 активных межфазных проводимостей можно считать частично эквивалентными измерителю квадратурных составляющих линейных токов нагрузки, соединенной в треугольник, и датчику линейного напряжения, а также блокам деления в формирователе управляющих сигналов про.- тотипа. Отличие состоит в том, что в прототипе получают три сигнала, пропорциональных реактивным межфазным проводимостям, а в данном изобретении-шесть сигналов, пропорциональныхактивным межфазным проводимостям. Поэтому в устройство дополнительно введены три датчика активных межфазных проводимостей и, кроме того, все шесть датчиков активных межфазных проводимостей отличаются схемным выполнением и схемой подключения. В то же время функционирование всех датчиков 5 - 16 проводимостей может быть основано на методе измерения соответствующих токов и напряжений, что будет показано ниже.Получим аналитические зависимости, определяющие сущность изобретения.Запишем известные выражения для составляющих обратной и нулевой последова-. тельностей суммарных фазных токов сети 1 А, 1 в, 1 с:2 = 01(У 1 - 3 т 1) + Оо т 2; 4у уо = 01 т 2+ 0 от о = О, (2)где 12,о - комплексы действующих значений составляющих обратной и нулевой последовательностей фаэных токов сети;01, Оо - комплексы действующих значений прямой и нулевой последовательностей фазных напряжений сети;У о, У 1, У 2, У 1- элементы матриц-столбцов, полученных из суммарных фазных и межфазных проводимостей с помощью преобразований:1737621 системы уравнений для определения параметров симметризатора 1, которые в матричной форме имеют вид: ЬС сд Удв О уй М.Н 1 г Ф З ЪН Г 1) Уд Ув Ус Уд, Увс, У д -суммарных проводимостей нагрузок 2,3 и1 симметризатора 1, например,- 1 СсАУчитывая свойство матриц Я, описываеое равенством 3 "33, находим решение равнений (5) и (6): Используя условие уравновешивания мфазных напряжений (О. = О) и симметриро- увания токов(12 -0), из соОтноаений.(1) и(2) 20имеЕм:Ф он Ю н(8) УЮЯ .1У 1 сУ 1 н+ -(У 1 н+У 1 с). Уу,. ,)Из формул (7) и(8) запишем выраженияКак известно, для компенсации реак- . для одной из проводимостей элементов тивной мощности в сети необходимо выпол-. 35 симметризатора 1, соедйненнйх в звезду и ненйе условий: . в треугольник, например.Ь д и, Ьсвс:В У с=-У;У с=-У(9) ИЛИ ДЛЯ РЕаКтИВНЫХ ПРОВОДИМОСтвй СИММЕт Ь. ВС - о( (У 2 н + У гн - ЗУ Ь + У он, (10)ризатора 1 Ь ос, Ь оси нагрузок 2,3 Ьон Ь м. Проводимости остальных элементовсимметризатора 1 получают циклическойперестановкой индексов А, 8, С, Преобразуя выражейия (9) и (10), нахо 1Е 1. йЬ ос + ЗЬ ос = (Ь он+ ЗЬ он) = в(Уон + ЗУ он),диме 1 ЮВ. 11Ьос. Ьон вУон., Ь ос- Ь он" вУон с 1 2Ь дв"- (д в-дд)+дв,вс+дд,ад1 2Ь вс- у -(цс-д в)+ус;сд+яв.дв 3(12)1 2Ь сд - у - (д д - д с) + дд,де+ дс,дс),Соотношения для проводймостей сим метризатора 1 примут наиболее простойВиД, ВСлИ ПОлбжить; что соответствует естественному техническому решению: "звезда" симметризатора 1 компенсирует звезду нагрузки 2, а. "треугольник" симметриэатора 1- "треугольник" нагрузки 3.Примем также во внимание, что, по скольку проводимости симметризаторэ 1 ччто реактивные, то У 1 с - -У гс " Угн и У гс -У 1 с, где- знак комплексного сопряжения, С учетом этого получаем две1 е Фгде 9 д, д в, дс и Ьд, Ь в, Ь с - активные и реактивные фазные проводимости нагрузки, соединенной в звезду;дв,вс; дд,сд; 9 с,сд; дв,дв: 9 д,дв: 9 с,вс - активные межфазные проводимости, где в индексе указаны линейный ток и линейное напряжение нагрузки 3, соединенной в треугольник.Укаэанные проводимости могут быть определены по соответствующим токам и и напряжениям или мощностям и напряжениям, например:ФРд =,Ьд -1 дх, Р, 1 ду С д,Од О Од Я1 вхвс Рв,всРв,вс = - = -Одгде 1 дх, 1 ду - синфазная и квадратурная составляющие фазного тока А относительно фазного напряжения Од нагрузки 2, соединенной в звезду;Р д, 0 д - активная и реактивная мощности фазы А нагрузки 2, соединенной в звезду;вхвс - синфазная составляющая линейного токав нагрузки 3, соединенной в треугольник, относительно линейного напряжения Овс;Рв.вс - активная межфазная мощность, определяемая линейным током 1 в и линейным напряжением Овс нагрузки 3, соединенной в треугольник;Ол - действующее значение линейного напряжения.Выражения (11), (12) для двух групп элементов симметризатора 1, соединенных в звезду и в треугольник,. описывают сущность предлагаемого устройства и положены в основу его работы.Токовые цепи датчиков 5 и 8, 6 и 9, 7 и 10 активных иреактивных фазных проводимостей включены попарно последовательно в фазы, а их цепи напряжения подключены к фазным напряжениям нагрузки 2, соединенной в звезду. Постоянные напряжения с выходов датчиков 5 - 7, пропорциональные активным проводимостям д д, д в, д с фаз нагрузки 2, подаются соответственно на первый, второй и третий входы, а постоянные напряжения с.выходов датчиков 8-10, пропорциональные реактивным проводимостям Ь д, Ь в, Ь с фаз нагрузки 2, на четвертый, пятый и шестой входы формирователя 17. управляющих сигналов.Токовые цепи датчиков 11 и 14, 12 и 15, 13 и 16 активных межфазных проводимостей включены попарно последовательно в линии нагрузки 3, соединенной в треугольник, Цепи напряжения этих датчиков подключены соответственно на линейные напряжения Осд, Одв, Одв, Овс, Осд Овс.Постоянные напряжения с выходов датчи ков 11-16, пропорциональные активныммежфазным проводимостям, подаются соответственно на седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатые входы формирователя 17 управляющих сиг налов.В формирователе 17 управляющихсигналов по входным напряжениям, поступающим с датчиков 5 - 16, образуются постоянные напряжения, пропориональ ные реактивным проводимостям Ь д, Ьсв,Ь с и Ьдв, Ь вс, Ь сд симметризатора 1.сДля формирования первой группы из трех напряжений служат трехвходовые операционные блоки 18-20, а для формирования 20 второй группы из трех напряжений - четырехвходовые операционные блоки 21-23.На входы операционных блоков 18 - 20 входные напряжения поступают в соответствии с выражениями (11), а на входы операцион ных блоков 21 - 23 - в соответствии с выражениями (12), С выходов операционных блоков 18,19,20 и 21,22,23 постоянные напряжения, псоопорциональные псооводимостям Ьд, Ь В, Ь с и Ь дв, Ь Вс, Ьсд,с с 30 подаются по шести выходам формирователя17 управляющих сигналов через блок 4 из шести линейных усилителей на входы шести- элементного симметризатора 1, подключенного к трехфазной сети. В симметризаторе 1 35 производится соответствующая перестройкапараметров реактивных элементов согласно выражениям (11) и (12), справедливым для любой трехфазной сети с изменяющейся во времени нагрузкой. При этом осуществля ются автоматическое симметрирование токов, уравновешивание фазных напряжений и компенсация реактивной мощности. Ф ормула изобретения 45 Устройство для симметрирования трехфазных сетей, содержащее последовательно соединенные формирователь управляющих сигналов, блок линейных усилителей и шестиэлементный симметризатор, подключен ный к источнику трехфазного напряжения,три датчика активных и три датчика реактивных фазных проводимостей; включенных попарно в каждую. фазу нагрузки, соединенной в звезду, а также три датчика межфаз ных проводимостей, токовые цепи которыхвключены в соответствующую линию нагрузки, соединенной в треугольник, причем выходы шести датчиков фазных проводимостей и трех датчиков межфаэных проводимостей подключенных к девяти входамФ10 1737621 Составитель М.МинцРедактор А.Маковская Техред М,Моргентал Корректор М.Максимишинец Заказ 1901 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул;Гагарина, 101 формирователя управляющих сигналов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей за счет автоматической компенсации реактивной мощности сети, в нем указанные три 5 датчика межфазных проводимостей выполнены активными и дополнительно введены три других датчика активных межфазных проводимостей, токовые цепи которых включены последовательно с токовыми це пями датчиков активных межфазных проводимостей первой группы, цепи напряжения каждой пары датчиков. активных межфаэных проводимостей подключены к линейным напряжениям между данной фазой и 15 двумя другими фазами, а выходы введенных датчиков активных межфазных проводимостей соединены с десятым, одиннадцатым и двенадцатым входами упомянутого форми 20 рователя управляющих сигналов, который содержит три трехвходовых и три четырехвходовых операционных блока, выходы которых являются выходами формирователя управляющих сигналов, причем три входа первого операционного блока соединены соответственно с третьим, вторым и четвертым входами, три входа второго операционного блока - с первым, третьим и пятым входами, три входа третьего операционного блока - с вторым, первым и шестым входами, четыре входа операционного блока - свторым, первым, одиннадцатым и седьмым входами, четыре входа пятого операционного блока - с третьим, вторым, девятым и восьмым входами, четыре входа шестого операционного блока - с первым, третьим, десятым и двенадцатым входами формирователя управляющих сигналов,