Симметрирующее устройство для подключения многофазной симметричной нагрузки к несимметричной многофазной питающей сети

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 72 О 621 Соко Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид 620/24-07 (тень М 915.03,80 3.78 (2 1) 2 59заявки Мо 51)м , 1.2 Н 02 7 3/2 22) Заявлено 240присоединением23) Приоритет -Опубликован осу венныи комитСССР изобретений крытий по делам и от(71) Заявитель Институт эле амики АН Украинской СС 4) СИММЕТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯМНОГОфАЗНОЙ СИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКИК НЕСИММЕТРИЧНОЙ МНОГОфАЗНОЙ ПИТАЮЩЕЙСЕТИ нец второй о фазе дроссел зажиму нагр звестного ус КПД не прев отки попзки 2) ойства ающий содержащ емкостную обмотка к единена к м - ко вт о по фазе стной вет 5 тавви,Изобретение относится к электроте нике, а именно к симметрирующим и распределительным устройствам,Из вест ны симметрирующие у стройства для подключения трехфаэной симмет ричной нагрузки к несимметричной питающей сети, содержащие в каждбй фазе взаимосвязанные нагрузочные и входные цепи, между которыми включены компенсирующие ветви, содержащие резистор 11.Однако известные устройства харак теризуются сложностью конструкции, так как они содержат многофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем, выполненный на основе асинхронного двигателя с заторможен" ным фазным ротором. Эти устройства имеют невысокие энергетические характеристики из-за значительных активных потерь мощности в реэистора.х,Известно устройство на каждую фазу активно ветвь н дроссель, одна рого одним концом подс питающей линии, а друг рой обмотке опережающе дросселя и активно-емк причем второй ко бмопережающего по яключен к фазному уНедостатком и трявляется низкий50%Целью изобретения является п шение КПД.Для этого симметрирующее устройство для подключения многофаэной симметричной нагрузки к несимметричной многофаэной питающей сети, содержащее дроссель и цепь, выполненную из последовательно соединенных резистора и конденсаторной батареи, снабжено входным преобразователем и фаз в та, где и щ, выходным преобразователем щ фаэ в В, где вУ, с выводом для подсоединения к симметричной нагрузке и дополнительными резисторами, включенными последовательно с дросселями, причем дроссели с дополнительными резисторами и цепи; выполненные иэ последователь- но соединенных резистора и,конденсаторной батареи, включены между входным и выходным преобразователями число их составляет щ, и они сос ляют замкнутый многоугольник, прнчем вершины многоугольника, образованные соединением вывода конденса- .тОрной батареи и выводом резистора,соединенного с дросселем, подсоединены к входному преобразователю числа фаэ, а вершины многоугольника,образованныесоединением выводовдросселя и выводом резистора, подсоединенного к выводу конденсаторнойбатареи, соединены с выходным преобразователем числа фаэ с выводомдпя подсоединения к симметричнойнагрузке,Преобразователи могут быть выполнены трансформаторными и между ихпервичными и вторичными обмотками" выполнена гальваническая связь. 15Входной преобразователь числафаз может быть выполнен в виде источника переменных напряжений с числомфаз, равным щ, причем в случае ис пользования в качестве входного Щпреобразователя источника переменных напряжений с числом Фаз,равным-" "ш, в качестве резисторов используют" внутренние активные сопротивлениядросселя и конденсаторной батареи.На фиг. 1 представлена функциональйая схема устройства; на Фиг,2 - топографическая диаграмма напряжений на"ветвях и нагрузке в каждой фазе; на фиг. 3 - одна из возможных схем работы генераторов; нафиг. 4 - блок-схема включения устройства в- случае его использованиякак вентиля энергии; на фиг. 5схема устройства при повышенном, числе Фаз генератора.Устройство имеет зажимы А, В, Спитающей трехфазной сети с несимметричным напряжением, входной преобразователь 1 и фаз в щ (например,3 в 9); электрический многоугольник 402, например, 18-ти угольник, выходной преобразователь 3 щ фаз в 8 Фаз(например, 9 в 3); симметричную, .например, трехфазную нагрузку 4,зажимы а, в, с нагрузки; активно" - индуктивные, состоящие из дросселя5 и раэистора б, а активноемкостйыеветви, состоящие из конденсаторнойбатареи 7 и резистора 8, соединеныв многоугольник, число сторон которого равно суммарному числу ветвей.Вершины многоугольника, образованные выводами, соединены с входнымпреобразователем 1 и фаэ в ш, а вершины многоугольника, образованныевыводами элементов 5 и 8, соединеныс.выходным преобразователем 3 щ фаэв .8 . Индуктивные сопротивлениядросселей равнымежду собой и емкост " нойу сопротивлению конденсаторныхбатарей. 60ссй.= - = Х (1)МСАктивные сопротивления всех резистоРов б и 8 также равны между собой:г= в Для обеспечения симметричного режима нагрузки 4 при несимметричном напряжении .питающей сети А, В, С, кроме условия (1), необходимо, чтобы имело место равенство:г =х у(Р (3)Работает устройство, следующим образом,При подаче несимметричной системы напряжения на зажимы А, Б, С на выходе преобразователя 1 имеет место также несимметричная многофазная система напряжений, состоящая из симметричных составляющих напряжений прямой и обратной последовательностей. При соблюдении условий (1) (3) симметричная составляющая напряжения обратной последовательности не проходит к зажимам, образованным элементами 5 и 8. При подаче на входе А, В, С симметричной системы напряжений с обратным чередованием на зажимах образованными элементами 5 и 8, напряжение равно нулю. Такимобразом, многоугольник, составленный из активно-емкостных и активно-индуктивных ветвей, при условии (1) - (3) является фильтром напряжения обратной последовательности, в результате чего на зажимах а, в, с нагрузки имеет место симметричная система напряжений при любой величине и фазном угле нагрузки. Выходной преобраэователь в фаз в 6 служит для согласования числа фаз электрического многоугольника с числом фаз нагруз-. ки.Увеличение числа фаэ иэ и в щ с помощью преобразователя 1 числа фаз необходимо для увеличения коэффициента полезного действия устройства.Для доказательства того, что при повышении числа фаз коэффициент полезного действия возрастает приведена топографическая диаграмма напряжений на двух ветвях (Фиг. 2), одна из которых образована элементами б и 5, а вторая элементами 7 и 8 (см, Фиг, 1), точки, образован- ные выводами элементов б и 7, характеризуют положение фаз исходной системы - фазных напряжений, полученной после умножения и фаэ в щ; й - эквивалентное сопротивление нагрузки для двух ветвей схемы,На топографической диаграмме показан случай оптимального значения сопротивления Внагрузки. Известно, что при симметрйи входной системы напряжений на ее выходе преобразователя имеет место симметричная система напряжений, точки фазы которой образуют равносторонний многоугольник (точки, образованные элементами б и 7, фиг, 2). Приняв напряжение между нулем (землей) и фазой за П,720621 20 определим из геометрических отношений основные параметры цепи.У(ь) = У 1 2 зп (у), (4)Напряжение на эквивалентной нагрузке В равно:) = Бр,соз(гп), (5)Напряжение на дросселе Б и конденсаторной батарее Н:- НКз.п ( - ) соя щ(6) Напряжение на резисторах г и г равно:(8)6 Токи в реактивных элементах равны 75= д; кроме того, токи в реактивных элементах равны токам резисторов.г щ 3 4 б 9 7 0,250 0,500 0,750 0,883 из которой видно, что повышениечисла фаз из 3-х до 9-ти позволяет более чем 3,5 раза увеличить коэффициент полезного действия. Величину числа фаэ щ устройства следует принимать в пределах .от 9 до 15. Преобразователи числа фаз с таким щ нашли применение для питания многофазных выпрямителей; таки" образом, в качестве преобразователей числа фазмогут быть использованы серийно выпускаемые.В качестве статических преобразователей числа фаз используются трансформаторные преобразователи, выполняющие гальваническое-разде- ление первичной и вторичной систем обмоток. Однако ввиду того, что в данной схеме используется два преобразователя, одиниз них для умень.шения установленной мощности может быть. выполнен с гальванической связью между обмотками, например, с помощью автотрансформаторного преобразователя, Применение такого преобразователя, работающего .с числом фаз щ = б, также необходимодля обеспе-. чения синусоидальной формы тока на элементах схемы и питающей сети.Предлагаемое устройство может применяться как направленный фильтр . электрической энергии, так как он пропускает энергию (фиг. 3) только в одну сторону, например, от генератора в нагрузку. Так в случае короткого замыкания в одном генераторе, второй генератор также оказывается в режиме короткого замыкания, Для Ток в нагрузке Т равен:Э:2 О сос-=оо(о)сос ( - ), 9)Оптимальное значение сопротивления активной нагрузки равно:ОНСОсстХ(опт= д = .( 1 0 )н(ом ЪДМощность активной нагрузки Рн равна: аР= У Ю= 2 83.л () соз Я ) . (11)Мощность потерь в резисторах д Р равнадР .= 2 У Э: = 2 х з 1 п (, ) созЯ(12) С учетом (11) и (12) определяем КПД цепиР Ю- =сов - (13)н Из (12) можно заключить, что коэффициент полезного , действия с увеличением числа фаз щ увеличивается. Расчетные данные зависимосТи )1, от щ приведены в таблице: 0,921 0,957 0,978, 0,987 ограничения токов короткого замыка ния используются ограничительныереакторы 9-10 и быстродействующиевыключатели 11-12, имеются сборныешины 13. Недостатками такой схемывключения являются: дополнительнаяреактивная мощность всети и эксплуатационные расходы на эксплуатацию. масляных выключателей. Кроме того,такая схема включения не обеспечива/ет устойчивой работы параллельноработающих генераторов, С цельюисключения взаимнОго влияния генераторов в нормальном режиме и при коротком замыкании, что способствуетповышению устойчивости работы генераторов, целесообразно использовать 45 известное устройство, Включение уст ройства между генератором и сборны-ми шинамй (фиг. 4) позволяет при коротком замыкании в генераторенепропускать энергию от сборных шин к 50 генератору, Принципиальная с схемаиспользующая заявляемое устройство,показана на фиг, 4, где изображенгенератор - выходной и выходной преобразователи числа фаэ 1 и 3, 2электрический многоугольник, выполненный из активно-индуктивных и активно-емкостных ветвей, 13 - сборныешины. В этом случае с целью исключения входного преобразователя числа фаз генератор может изготавливаться с повышенным числом фаз, в резуль- тате чего можно существенно умень"шить установленную мощность устройства. Схема соединения источникапеременного напряжения с заявляемымустройством и сборными шинами показана на фиг. 5, где изображен генератор, 2 - электрический многоугольник, выполненный из активно-реактивных цепей, 3 - выходной преобразователь числа фаз и 13 - сборные шины, Генератор имеет повышенное чис 5ло фаз, например, 21, что позволяет получить высокий коэффициент полезного действия, равный 0,978,уменьшить установленную мощность10устройства, увеличить устойчивостьпри параллельной работе генераторов.Как видно иэ приведенной вышетаблицы при числе фаз от 21 до 27и выше практически отпадает надобность во включении резисторов. В 15этом случае в активно-индуктивнуюи активно- емкостную цепь необходи"мо включить резисторы сравнительномалого сопротивления (второго порядка малости) . Такой порядок малости 20имеют омические сопротивления дросселей и конденсаторных батарей. Поэтому в целях обеспечения нормальнойработы устройства при числе фаз от21 и выше необходимо исключить изактивно-реактивных ветвей резисторы,Учет потерь в реактивных элементахцелесообразно учитывать при проектировании устройств с числом вравнь 1 м 9-15.ЗОПредлагаемое устройство можетбыть использовано: для питания электрических трехфаэных потребителей,чувствительных к несимметрии напряжений от трехфазной сети, питающейодновременно мощные несимметричныенагрузки, для питания выпрямительныхустановок с малыми пульсациями удвоенной частоты, обусловленными несимметрией питающего напРяжения,для питания накала ламп радиотехнических устройств, как фильтр направления энергии, например, отисточника к потребителю,Технико-экбномические преимущества симметрирующего устройства посравнению с известными состоят всущественном повышении КПД устрой- .ства до 0,88-0,96, в то время какКПД известных устройств находитсяв пределах 0,25-0,5.50Формула изобретенияСимметрирующее устройство для подключения многофаэной симметрич ной нагрузки к несимметричной многофазной питающей сети, содержащеедроссель и цепь, выполненную изпоследовательно соединенных резистора и конденсаторной батареи,отличающееся тем, что,с целью повышения коэффициента полезного действия, оно снабжено входным преобразователем и фаз в щ,где и в , выходным преобразователем в фаз в Д , где щЗ,с выводомдля подсоединения к симметричнойнагрузке и дополнительными резисторами, включенными последовательно с дросселями, причем дросселис дополнительными резисторами и цепи,выполненные из последовательносоединенных резистора и конденсаторной батареи, включены между входными выходным преобразователями, числоих составляет ю, и они образуютзамкнутый многоугольник, вершиныкоторого, образованные соединениемвывода конденсаторной батареи и выводом дополнительного резистора,подсоединены к входному преобразователю числа фаз, а вершины многоугольника, образованные соединением выводом дросселя и выводом резис.тора, соединены с выходным преобразователем числа фаз.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователи выполнены трансформаторными и между их первичными и вторичными обмотками выполнена гальваНическая связь,3. Устройство по п, 1-2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с цельюуменьшения установленной мощности,входной преобразователь числа фазвыполнен в виде источника переменных напряжений с числом фаз, равным в.4. Устройство по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в случае использования в качестве входного преобразователя источника переменных напряжений с числом фаз, равным ю, в качестве резисторов используют внутренние активные сопротивления дросселя и конденсаторной батареи. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1Авторское свидетельство СССРМ 184965, кл. Н 02 Т 3/26, 1964,2, Авторское свидетельство СССР9 464938, кл. Н 02 д 3/26, 1973.720621 Составитель Л. Дементьевактор А. Челюканов Техред О, Андрейко Корректо тец Заказ 532 филиал ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Мираж 783 Ш 1 ИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, РаушПодпис нокомитета СССРоткрытиЯкая наб., д, 4/