Устройство для регулирования и симметрирования напряжения трехфазной сети с нулевым проводом

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик 1) Дополнительное к авт, свид-ву2) Заявлено 04.07,75 (21) 2151679/07(51) М. Кл,еН 027 3/1 Н 02 ГЗ/2 ием заявкис присо осударственный комитетСовета Министров СССРпо делам иэооретенийи открытий 23) Приоритет(45) Дата опубликования описания 02.06.77 ий, В. Г. Кузнецов, Н. Н, Каплычн А. Новский и В, Т. Третьяк А,К.Ши 72) Авторы изобретения титут электродинамики АН Украинской ССР 71) Заявитель 54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СИММЕТРИРОВАНИ НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ 5 эле Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения качества электрической энергии втрехфазных распределительных сетях с нулевым проводом, содержащих несимметричные и нелинейные нагрузки, а именно длясимметрирования фазных напряжений, ихсимметричного регулирования и уменьшения токов высших гармоник, кратных трем.Известны устройства, предназначенныелишь 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 и симметрированиянапряжений трехфазной сети с нулевым проводом, содержащее трахфазный электромагнитный аппарат, первичная обмотка которого соединена по схеме "встречный зитзаг", и вторичные вольтодобавочные обмотки с отводами 131, Оно позволяет симметрировать фазные напряжения нагрузок ирегулировать их уровень,Регулирование напряжения осуществляется в этом случае путем переключения отводов вольтодобавочных обмоток. При автоматическом регулировании напряжениянагрузок через коммутирующие элементыпротекают полные токи нагрузок, что влечет за собой увеличение установленной мощности коммутирующих элементов (биполярных коммутаторов), а следовательно и их О стоимости.Кроме того, регулирование осуществляется с разрывом токовых цепей нагрузок, чтоухудшает качество электроэнергии.Цель изобретения - повышение качествактрической энергии.Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для регулирования и симметрирования напряжений в трехфазной сети снулевым проводом, содержащее трехфазный О электромагнитный аппарат с первичной обмоткой, соединенной по схеме "встречныйзитзаг", и вторичными вольтодобавочнымиобмотками, снабжено группами биполярныхкоммутаторов с блоком управления, одни 25 полюсы которых соединены между собой и555498 1 ц 1=1 ц,1=ОДля случая, прнапряжения нагрузщим образом: а ф тавленногоопределяютс К .;по 1Д, Во Модули этих напряже 1 д 11 = цюц 1 = це Для случая, предстапряжения нагрузок о фиг, 3, следуюеделяютс им образом:( Д 3 зо ф пер Соотношение м обмоток рави ками ер(7), можно рассчи . симметричного репряжения нагрузокения к ( и ), либо Пользуясь выр ать требуемы улирования ур ля конкретног аоборот. ением ступе вня н назн подключены к соответствующему фазномувыводу первичной обмотки, другие полюсыбиполярных коммутаторов каждой группыподключены 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 водов сети и концов вольтодобавочных обмоток для получения той или иной степени регулирования напряжения, Следовательно, векторы напряжений нагрузок сети формируются из векторов напряжений первичной обмотки и дополнительных э.д,с, вольтодобавочных обмоток путем образования трех ( в данном случае) определенных видов соединения первичной обмотки со вторичными 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 отсутствии электрической связи между ними (т.е. при отключенных биполярных коммутаторах). Тем самым получают три ( в данном случае) ступени регулирования уровня напряженйя нагрузок. Включение по циклическому закону трех определенных биполярных коммутаторов (по одному из каждой группы) и отключение3 остальных осуществляет блок управления, который непрерывно производит "слежение за напряжением сети и воздействует на управляющие элементы биполярных коммутаторов в зависимости от режима работы4 сети при необходимости получения определенной ступени регулирования уровня напряжения. В качестве биполярных коммутаторов использованы тиристорные переключатели переменного тока с число-импульсным уп равлением либо симисторы. На фиг. 1 представлена векторная диаграмма напряжений, соответствующая полу 50 чению средней ступени регулирования уров ня напряжения нагрузок; на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений, соответствующая получению минимальной ступени регулирования уровня напряжения нагрузок; на фиг. 3 - векторная диаграмма, соответствующая получению максимальной ступени регулирования уровня напряжения; на фиг. 4 - устройство для регулирования и симметрирования напряжений электрической сети. Для случая, представленного на фиг. 1, напряжения нагрузок можно определить из следующих выраженийОЙ мф 1У =а УС+тегде К - соотношение между индуктивностями Вольтодобавочной .г и основной Ь перв обмоток, т.е. К =вЫ перв0 - напряжение сети.Модули этих напряжений в этом случае равны и определяются как Модули этих напряжений;Устройство для регулирования и симмеч 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 нагрузки; коммутирующие элементы (биполярные коммута торы); 16-24 - тиристорные переключатели переменного тока (симисторы); выпрямитель 25; пороговые устройства 26 и 27;дешифратор 28; трехканальный блок 29 вы Ь держки времени; собирательную схему ИЛИ 30; блок 3 1 автоматического отключения и зашиты; системы 32, ЗЗ и 34 управления тиристорными переключателями (симисторами). 20В зависимости от величины напряжения фаэ сети возможны три случая получения требуемой ступени регулирования уровня напряжения нагрузок.1, Фазные напряжения 1), О , 1) на- ф ходятся в допустимом диапазоне изменения напряжения сети 0 = О, т.е ) доп,нижн аЧ 11дол. вЕРх.При этом тиристорные переключатели30 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 проУпр порциональное напряжению сети 0, вышенапряжения порога Уп - У доп,нижн, порогового устройства 26 и ниже напряжения порОГа 1) - 0 доп.верх порогоВОГО устройства 27, Дешифратор 28 выделяет 40 такую комбинацию логических нулей" и вданицф с выходов устройств 26 и 27 (т.е. в данном случае на выходе устройстве 26 логическая "единица", а на выходе усч ройства 27-"нульф) 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 50 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- О 5 реключатели для ликвидации междуфазных к.з. и служит для устранения других аномальных режимов. Поэтому лишь через время Всистема управления 34 вклю 3 ОАчает тиристориые переключатели 22, 23 60 и 24. Поскольку дополнительные напряжения вольтодобавочных обмоток составляют(2,5 10)% от Ято напряжения нагрузок и фаз сети в этом случае приблизительно равны и определяются выражениями (1) и (2), т.е, достигается средняяступень регулирования уровня напряжения.П, При возрастании напряжения в сетидо значения верхней границы допустимого диапазона У и в р и выше,т,е. при 0 0 У обадоп. верх. доп. нижн.,пороговых устройства 26 и 27 находятсяв сработавшем состоянии и на их выходахлогические "единицы". Дешифратор 28 выделяет такое сочетание сигналов на еговходах и по своему уже второму выходувоздействует 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 соответствиис выражениями (3) и (4), т.е, получается минимальная, ступень регулированияуровня напряжения нагрузок,П 1, При снижении 0 до значения нижнейграницы допустимого днапазона) допнижнизменения напряжения сети и ниже, т,е.0сЦдоп.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 отключаюгся и через время Г включаются лишьтребуемые в этом случае тиристорные переключатели 16, 17 и 18, Следовательно,уровень напряжения нагрузок возрастает(см. фиг. 3) на величину в соответствии свыражениями (5) и (6) и тем самым достигается максимальная стуценъ симметричного регулирования уровня напряжения нагрузок,Таким образом, уровень напряжения нагрузок изменяется в допустимом диапазоне при извинении напряжения сети в широких пределах.Кроме того, предложенное включение тиристорных переключателей, по сравнению сподключением последних к отводам вольтодобавочных обмоток 10, 11 и 12, позволяет существенно снизить устаноженнуюмощность силовых многослойных структур,так как протекающий рабочий ток через тиристоры в данном случае в 1/ и раэ ниже,что является благоприятным факторомпри применении тиристоров (симисторов) враспределительных сетях. Существеннымтак 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 низковолы- ных распределительных сетях и сочетает в себе функции как симметрирукхцего устройства, так и регуляторатабилизатора напряжения нагрузок. 10 Формула изобретения Устройство для регулирования и симметрирования напряжений трехфазной сети с 16 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 щ 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. 307- 252 Ц, 1972.3. Авторское свидетельство СССР Ио 454632, М, Кл. Н 0253/12, 1973 (прототип).555498 оставител Техред О Фотинавая Коррект Р. Киселев Болдижар Заказ 470/2 ЦНИИПССР илиал ППП фПатент" г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 902 Государственного комитета по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, РПодписноеСовета Министровоткрытийушская наб д. 4/