Устройство для симметрирования трехфазных сетей

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцмвлмстмческнхРеспублик и 961043(51) М. Кл. Н 023/26 Гооударстоенный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано лля осуществления автоматического симметрирования токов трехфазной четырехпроводной сети при подключе. нии к ней несимметричной трехфазной нагрузки.Известно устройство для автоматического регулирования симметрии и уровня напряжений трехфазной системы, содержащее два исполнительных органа параллельного и последователь. ного включения, измерительно - регулирующие органы токов обратной последовательности и системы регулирования напряжения и операционные усилители 11. Основными недостатками такого устройства являются сложность схем управления элементами исполнительного органа, низкое быстродей. ствие, ограниченное поисковым методом перестройки элементов исполнительного органа, и низкая точность при симметрировании четы рехпроводных трехфазных сетей, обусловленная тем, что такое устройство не позволяет компенсировать несимметрию, вызываемую токами нулевой последовательности. Известно также устройство для стабилизации симметрии токов многофазной системы, содержащее последовательно соединенные фильтр токов обратной последовательности, фазочувствительные выпрямители на 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 требуе. мой. фазовой ориентации координатных полуосей с помощью фазорегулирующего устройства, Это же приводит к динамической погрешности. К тому же такое устройство не позволяет ком. пенсировать токи нулевой последовательности, что также ограничивает его точность при использовании в четырехпроводных трехфазных сетях.Наиболее близким к предлагаемому являет. ся устройство для симметрирования трехфаз .ных сетей, содержащее фильтр токов обратной961043последовательности, датчик действующего значения напряжения, три фазочувствительныхвыпрямителя, два фазовращателя, три измерителя отношения двух напряжений итрнлинейных усилителя, подключенных к трехэлементному исполнительному органу компенсирующему токи обратной последовательности, причемпервые входы всех фазочувствительных выпря.мителей объединены между собой и подключены на одно из напряжений сети, вторые 1 Овходы выпрямителей, одного непосредственнои двух других через фазовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, выходы выпрямителей соединены с первыми входами измерителей отношения тч двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего зна. чения напряжения, а выходы к линейным усили. телям тЗ).Недостатком этого устройства является невысокая точность симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей, так как оно обеспечивает компенсацию только одной составляющей - токов обратной последовательности и непозволяет компенсировать другую составляю- эч целую - токи нулевой последовательности.Цель изобретения - повышение точности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей за счет компенсации токов нулевой ло. следов ательности.30Поставленная 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 фазочувствительных выпрямителей, трех измерителей отношения двух напряжений, причем первые входы всех фазочувствительных выпрямителей объединены между собой и подключены на одно из напряжений сети, вторые входы вы 40 прямителей, одного непосредственно и двух других через фазовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, а выходы выпрямителей соединены с первы. ми входами измерителей отношения двух напряжений, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего значения напряжения, дополнительно введены соединенные последовательно фильтр токов нулевой последовательности, второй блок преобразования, з 0 содержащий два фазовращателя, три фазочувст. вительных выпрямителя и три измерителя отношения двух напряжений и три дополнительных линейных усилителей, подключенных к исполнительйому органу, который выполнен 5 шестиэлементным для компенсации токов как обратной, так и нулевой: последовательностей, а также три блока разностей, входы которых попарно подключенЬ к выходам соответствующих измерителей отношения двух напряжений первого и второго блоков преобразования, 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 фаэовращатели 8 на -120 и фазовращатели 9 на+120, по три фазочувствительных выпрямителя 10 и по три измерителя 11 отношения двух напряжений, линейные усилители 12, блоки 13 разностей и исполнительный орган 14. В отличие от известного в предлагаемом устройстве испол. нительный орган 14 выполнен шестиэлементным, три из которых включены в треугольник, а три. в звезду. Тем самым при определенных значениях параметров этих элементов обеспечива. ется компенсация токов. как обратной, так и нулевой последовательностей. сРеактивные проводимости каждого иэ шести 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 и нулевой 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 наи 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 элементам исполнительного органа 14, соединенным в звезду и обеспечивающим компенсацию токов нулевой последовательности. К выходам всех измерителей 11 отношения двух напряжений блоков 6, 7 преобразования попарно подключены блоки 13 разностей следующим образом: первый блок 13 разности - к выходам первых измерителей(3) 11, второй блок 13 разности - к выходам второго измерителя 11 блока б преобразования итретьего измерителя 11 блока 7 преобразования,третий блок 13 разности - к выходам третьего .измерителя 11 блока б преобразования и вто 5рого измерителя 11 блока 7 преобразования.Выходы блоков 13 разностей соединены черезлинейные усилители 12 с элементами исполни.тельного органа 14, соединенными в треугольник и обеспечивающими компенсацию токов Ообратной последовательности.Рассмотрим принцип действия предлагаемогсустройства,Вначале получим соотношения, положенныев основу его работы.Условия компенсации токов обратной инулевой последовательностей при симметричнойсистеме напряжений можно записать в следуюшем виде где г, 1 о - комплексы токов нагрузки соответственно обратной и нулевой 25 последовательностей; с с 1 1 о - комплексы токов симметризатора (исполнительного органа), соответственно обратной и нулевой последовательностей; 30 О - действующее значение фазного напряжения сети; У Уг, У, - комплексы проводимостей, связанные с проводимостями элементов симметризатора Уд, УВ, Ус,Э 5УАВ,УВ, Уд соотношениями3( А В а ЬУс)У= - ,"(ЬУвс+ аЬ УСд+ а Ь УАВ); (2) Уг= (Ь УА+а ЬУЬ а Ь С) 3 В этих выражениях а = е- операторповорота на 120, Ь Уд, Ь УВ, Ь Ус, Ь УАВ,Ь У, Ь У- параметры несимметричной частисимметризатора, напримерЬ УА= Уд - Уо,Ь УАВ= УАВ - Уо,игде Уо. Уо - параметры симметричнои частисимметризатора, определяемыеравенствамиУо =-(Уд+ УВ+ Ус)Уоо =-(УАВ+ УВС+ Ь) Ь" = Ъ(ЬУдВ+ ЬУ,с+ЬО=ц бТаким образом, в уравнения компенсации(1)ивходят величины У У, Уг зависящие от шести параметров, ЬУ 8 ЬУс ЬУАВ ЬУВС ЬУсдТак как эти шесть параметров связаны двумя условиями (3), то число независимых параметров равно четырем. С другой стороны, два комплексных уравнения (1) эквивалент. ны четырем вещественным уравнениям, из которых могут быть определены все шесть пара , метров с учетом двух дополнительных условий (3). Решение системы уравнений (1) с учетом условий (3) упрощается, если прово. дить его в симметричной форме, Выполнив операцию комплексного сопряжения в уравнениях (1) и воспользовавшись условиями (3), получим симметричную систему уравнений, связывающую приращения параметров элементовсимметризатора- " (ЬУд+ о Ь Уя+ с Ь Ус.) =1 о1 Ф,3Ь(ЬУА+ " Ь"Вф" Ь УС) =-ц ог Ь У 4+ ЬУ + ЬУ - 0 "(ЬУ +"ЬУЫ" ЬУАВ)= - (г +о) 3 В д ЗО З(ЬУвс" Ь сд АВ) 30(ЬУ +ЬУ +ЬУ =0где знак + - комплексное сопряжение.Решая систему уравнений (4), находим Ь Уд О 1 пгоЬ УВ п(а 1 о) фЬ Ус= -- 1 (а 1 о)гО1Ь УЬс ЪО 1 тп(а 1 г а о)гЬ УСд =,1 м(а 1 г- о) Ь УАВ = 1(а г. - а 1 о) 23 г Подставляя в, выражения (5) комплексы токов 1 о = 1 о е; о; и 12 = 12 е2, полу.- ( чим961043 7Соотношения (6) позволяют определять параметрь 1 симметризатора по известным значениям токов о, 1 г нулевой и обратной последовательностей и сдвигу фаз Чо и Ч этих токов по отношению к опорному напряжению. Эти соотношения и положены в основу работы предлагаемогб устройства.Составляющая тока обратной последовательности с выхода фильтра 3 обратной последо. вательности поступает на первые входы трех О фазочувствитепьных выпрямителей 10 .первого блока 6 преобразования, причем на второй и третий фазочувствитепьные выпрямители со сдвигом по фазе на - 120 и +120, осуществляемым фазоврашателями 8 и 9 соответственно. 15 Аналогично составляющая тока нулевой последовательности с выхода фильтра 4 нулевой последовательности подается ца первые входы трех фазочувствительцых выпрямителей 10 блока 7 преобразования, На другие входы 20 всех фазочувствительных выпрямителей 10 подается напряжение фазы А симметрируемой цепи. На выходе каждого из фазочувствитепьцых выпрямителей 10 формируется напряжение, про цорциональное соответственно 3апУ, 25 г ап ( Ч 2 - 120)1 1 г ао ( 1 +120) фазо. чувствитепьць 1 ми выпрямителями блока 6 преобразования и 1 О япЧо; 1, ып 1 Чо 120); о ып ( Ро +120 ) - фазочувствитепьцыми выпрямителями блока 7 преобразования. С вы. ЗО ходов фазочувствительных выпрямителей 10 напряжения поступают на первые входы измерителей 11 отношения двух напряжений, ца другие входы которых подается действующее значение напряжения с выхода датчика 5. На выходах измерителей 11 отношения двух напряжений блока 7 преобразования образуютсянапряжения, пропорциональные приращениям па раметров Ь Ьд Ь Ь 8 ЬЬ тех элементов симметризатора, которые предназначены для компенсации токов нулевой последовательности. Знак этих напряжений определяет характер приращения - индуктивный или емкостный. Напряжения с вь 1 ходов измерителей 11 попарно, согласно последним трем уравнениям системы 445 (6), подаются на блоки 13 разностей, на выхо. дах которых образуются сигналы, пропорциональные приращениям параметров ЬЬ с ЬЬд и Л ЬАв симметризатора, компенсирующего токи обратной последовательности. Напряжения50 с выходов измерителей 11 отношения двух напряжений Ьпока 7 преобразования и с выходов блоков 13 разностей усиливаются линейными усилителями 12 и подаются ца исполнительный орган 14; в котором производится соответствующее изменение параметров реактив 15 8ных элементов, Причем, как следует из выра жений (6), эти приращения связаныне только с токами обратной, но и нулевой последовательности, Тем самым обеспечивается повышениеточности симметрирования четырехпроводных трехфазных сетей за счет компенсации токов нулевой последовательности,Формула изобретенияУстройство для симметрирования трехфазныхсетей, содержащее линейные усилители, подключенные к исполнительному органу, датчик дей.ствующего значения напряжения, фильтр токовобратной последовательности и блок преобразования, состоящий из двух фазовращатепей,трех фазочувствительных выпрямителей, трехизмерителей отношения двух напряжений, при.чем первые входы всех фазочувствитепьцыхвыпрямителей объединены между собой и подключены к одной иэ фаз сети, вторые входывыпрямителей, одного непосредственно и.двухдругих через фаэовращатели, подключены к выходу фильтра токов обратной последовательности, а выходы выпрямителей соединены с пер.выми входами измерителей отношения двухцапряжеций, вторые входы которых подключены к выходу датчика действующего значениянапряжения, о т л и ч а ю гц е е с я тем,что, с цепью повышения точности симметрировация четырехпроводных трехфазных сетей, в него дополнительно введены соединенные последовательно фильтр токов нулевой поспедова.тельности, второй блок преобразования, содержащий два фазовращателя, три фазочувствительных выпрямителя и три измерителя отношения двух напряжений дополнительных линейных усилителей, подключенных к исполнительному органу, который выполнен шестиэлемецтным для компенсации токов как обратной,так и нулевой последовательности, а также триблока разностей, входы которых попарноподключены к выходам соответствующих из-мерителей отношения двух напряжений перво.го и второго блоков преобразования, а выходы - к входам первой группы линейныхусилителей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Нф 244495,кл. Н 02,3 3/26, 1969.2. Авторское свидетельство СССР У 243701,кл, Н 02 Л 3/26, 1969.3. Авторское свидетельство СССР У 2920870,кл. Н 02 1 3/26, 1980 г.