Изобретение относится к системам питания электросетей и распределения электрической энергии, а именно к устройствам для устранения или уменьшения асимметрии в многофазных сетях, и может использоваться в трехфазных электрических сетях для снижения несимметрии и стабилизации напряжений.The invention relates to power supply systems of electrical networks and distribution of electrical energy, and in particular to devices for eliminating or reducing asymmetry in multiphase networks, and can be used in three-phase electrical networks to reduce asymmetry and stabilize voltages.
Известно устройство симметрирования напряжений трехфазной сети, являющееся прототипом, которое компенсирует несимметрию напряжений за счет геометрического вычитания выделенного напряжения нулевой последовательности из напряжений всех трех фаз, для чего три группы последовательно соединенных вторичных обмоток трех понижающих однофазных четырехобмоточных трансформаторов с коэффициентом трансформации, равным трем, последовательно включаются каждая в провод соответствующей фазы так, чтобы происходило геометрическое вычитание выделенного на группах последовательно соединенных указанных вторичных обмоток напряжения нулевой последовательности из напряжений соответствующих фаз, а первичные обмотки данных трансформаторов соединяются в звезду и подключаются на фазное напряжение (см. патент на изобретение RU 2552377 С2, H02J 3/26, 18.07.2013).A device for balancing the voltage of a three-phase network is known, which is a prototype that compensates for voltage asymmetry by geometric subtraction of the selected zero-sequence voltage from the voltages of all three phases, for which three groups of series-connected secondary windings of three step-down single-phase four-winding transformers with a transformation ratio of three are connected in series each in the wire of the corresponding phase so that geometric subtraction of lennogo on groups of serially connected secondary windings of said zero sequence voltage of the respective phase voltages and the primary windings of the transformers are connected in a star data and connected to the phase voltage (see. patent RU 2552377 C2, H02J 3/26, 18.07.2013).
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности корректировать величину составляющих прямой последовательности напряжения на его выходе, что может потребоваться для компенсации падений напряжения на обмоточных группах последовательно соединенных вторичных обмоток при увеличении нагрузки или при недостаточной величине этих составляющих во входном сетевом напряжении из-за большого падения напряжения в проводах питающей линии.A disadvantage of the known device is the inability to adjust the magnitude of the components of the direct sequence of voltage at its output, which may be required to compensate for voltage drops on the winding groups of serially connected secondary windings with an increase in load or with an insufficient value of these components in the input mains voltage due to a large voltage drop in supply line wires.
Техническим результатом является расширение функциональности устройства без существенного увеличения его массогабаритных параметров и улучшение качества функционирования устройства за счет возможности компенсации падений напряжения на полных сопротивлениях обмоточных групп из последовательно соединенных вторичных обмоток вследствие протекающего по ним тока нагрузки.The technical result is to expand the functionality of the device without significantly increasing its overall dimensions and improving the quality of the functioning of the device due to the possibility of compensating for voltage drops at the impedances of the winding groups from series-connected secondary windings due to the load current flowing through them.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения, содержащем три обмоточных группы из трех одинаковых последовательно соединенных вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов, имеющих по одной первичной обмотке, на магнитопроводе каждого трансформатора размещается добавочная обмотка с ответвлениями через равное количество витков, начало которой присоединяется к началу первичной обмотки и началу крайней вторичной обмотки одной из обмоточных групп, конец, начало или ответвление добавочной обмотки посредством переключающей схемы по сигналу от блока управления подключаются к соответствующему входному фазному зажиму, конец первичной обмотки присоединяется к нулевому зажиму, число витков добавочной обмотки должно быть в четыре или более раз меньше числа витков первичной обмотки, а число ответвлений добавочной обмотки не ограничивается.The specified technical result is achieved by the fact that in a device for balancing and stabilizing a three-phase voltage, containing three winding groups of three identical serially connected secondary windings of three single-phase transformers having one primary winding, an additional winding with branches through an equal number of turns is placed on the magnetic circuit of each transformer, the beginning of which joins the beginning of the primary winding and the beginning of the extreme secondary winding of one of the winding groups, the end, The start or branch of the auxiliary winding is connected by a signal from the control unit to the corresponding input phase terminal, the end of the primary winding is connected to the zero terminal, the number of turns of the additional winding must be four or more times less than the number of turns of the primary winding, and the number of branches of the additional winding not limited to.
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения, на которой сделаны следующие обозначения: 1 - блок управления, 2 - переключающая схема, 3 - входные фазные зажимы устройства, 4 - выходные фазные зажимы устройства, 5 - силовой трансформатор, 6 - добавочная обмотка, 7 - вторичная обмотка, 8 - первичная обмотка, 9 - нулевые зажимы устройства. В состав устройства входит три одинаковых однофазных трансформатора 5. Каждый трансформатор имеет одну первичную обмотку 8, три одинаковых вторичных обмотки 7 и одну добавочную обмотку 6. Число витков каждой из вторичных обмоток 7 в три раза меньше числа витков первичной обмотки 8. Соответствующие вторичные обмотки 7 (первые, вторые и третьи, если им присвоить в составе трансформаторов номера) соединены между собой последовательно, образуя три отдельных обмоточных группы. Число ответвлений добавочной обмотки 6 выполняется произвольным в зависимости от требований к точности поддержания напряжения на выходе устройства, а число витков обмотки 6 должно быть в четыре или более раз меньше, чем у первичной обмотки. Начало обмотки 6 присоединяется к началу первичной обмотки 8 и началу крайней вторичной обмотки 7 одной из обмоточных групп. Конец, начало и все ответвления добавочной обмотки 6 присоединены к соответствующей переключающей схеме 2. Внутри переключающей схемы 2 конец, начало и все ответвления добавочной обмотки 6 могут по отдельности электрически соединяться путем переключений с соответствующим входным фазным зажимом, также подключенным к переключающей схеме. Конец первичной обмотки 8 присоединяется к нулевому зажиму N. Управление переключениями внутри переключающей схемы 2 осуществляется посредством блока управления 1. Устройство симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения подключается к сети зажимами A1, B1, C1, N, а к нагрузке - зажимами А2, В2, С2, N. На принципиальной электрической схеме устройства возле начал соответствующих обмоток изображены точки.In FIG. 1 is a schematic electrical diagram of a device for balancing and stabilizing a three-phase voltage, on which the following notation is made: 1 - control unit, 2 - switching circuit, 3 - input phase clamps of the device, 4 - output phase clamps of the device, 5 - power transformer, 6 - additional winding, 7 - secondary winding, 8 - primary winding, 9 - zero clamps of the device. The device includes three identical single-phase transformers 5. Each transformer has one primary winding 8, three identical secondary windings 7 and one additional winding 6. The number of turns of each of the secondary windings 7 is three times less than the number of turns of the primary winding 8. Corresponding secondary windings 7 (first, second and third, if assigned to them as part of transformers) are interconnected in series, forming three separate winding groups. The number of branches of the auxiliary winding 6 is arbitrary depending on the accuracy requirements for maintaining the voltage at the output of the device, and the number of turns of the winding 6 should be four or more times less than that of the primary winding. The beginning of the winding 6 is connected to the beginning of the primary winding 8 and the beginning of the extreme secondary winding 7 of one of the winding groups. The end, the beginning and all branches of the auxiliary winding 6 are connected to the corresponding switching circuit 2. Inside the switching circuit 2, the end, the beginning and all branches of the additional winding 6 can be individually electrically connected by switching with the corresponding input phase terminal, also connected to the switching circuit. The end of the primary winding 8 is connected to the zero terminal N. The switching control inside the switching circuit 2 is carried out by means of the control unit 1. The three-phase voltage balancing and stabilization device is connected to the network by terminals A1, B1, C1, N, and to the load by terminals A2, B2, C2 , N. On the circuit diagram of the device near the beginnings of the corresponding windings, points are shown.
Устройство симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения работает следующим образом. На первичной обмотке каждого трансформатора получается напряжение, равное геометрической сумме напряжения на добавочной обмотке, зависящего от числа включенных в работу ее секций, и фазного напряжения соответствующей фазы сети. В отличие от прототипа, на каждом выходном фазном зажиме устройства относительно нулевого провода получается напряжение, равное геометрической разности напряжения, действующего на первичной обмотке соответствующего трансформатора, и напряжения, выделяющегося на соответствующей обмоточной группе из одинаковых последовательно соединенных вторичных обмоток указанного трансформатора. На каждой обмоточной группе из вторичных обмоток, как и у прототипа, выделяется составляющая напряжения нулевой последовательности, однако в отличие от прототипа это составляющая откорректированного добавочной обмоткой сетевого напряжения, действующего на зажимах первичной обмотки. Таким образом, в устройстве несимметричные фазные напряжения вначале увеличиваются по модулю посредством добавочной обмотки на определенное количество процентов, зависящее от числа включенных в работу витков этой обмотки, а затем осуществляется их симметрирование путем геометрического вычитания из них составляющих нулевой последовательности, выделенных на обмоточных группах из вторичных обмоток. Переключение ответвлений добавочных обмоток трансформаторов производится посредством переключающей схемы по сигналу от блока управления, контролирующего уровень фазных напряжений на выходе устройства симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения, причем переключение должно происходить одновременно и на одинаковые позиции, то есть всегда в каждом из трансформаторов в зависимости от уровня фазных напряжений на выходе устройства симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения должны быть одновременно задействованы одинаковые числа витков добавочных обмоток или посредством переключающей схемы все добавочные обмотки должны быть выведены из работы. Использование добавочных обмоток позволяет повышать величину составляющих прямой последовательности напряжения на выходе устройства симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения, что может потребоваться для компенсации падений напряжения на обмоточных группах из вторичных обмоток при увеличении нагрузки или при недостаточной величине этих составляющих во входном сетевом напряжении из-за большого падения напряжения в проводах питающей линии, и в конечном итоге увеличивает число возможных случаев применения рассматриваемого устройства, а также качество его функционирования.A device for balancing and stabilizing a three-phase voltage operates as follows. On the primary winding of each transformer, a voltage is obtained equal to the geometric sum of the voltage on the auxiliary winding, depending on the number of sections included in the operation, and the phase voltage of the corresponding phase of the network. Unlike the prototype, at each output phase terminal of the device relative to the neutral wire, a voltage is obtained equal to the geometric difference of the voltage acting on the primary winding of the corresponding transformer and the voltage released on the corresponding winding group from the same series-connected secondary windings of the specified transformer. On each winding group of the secondary windings, as in the prototype, a zero-sequence voltage component is allocated, however, unlike the prototype, this is a component of the mains voltage corrected by the additional winding acting on the primary winding clamps. Thus, in the device, the asymmetric phase voltages are initially increased modulo by means of an additional winding by a certain number of percent, depending on the number of turns of this winding included in the work, and then they are balanced by geometric subtraction of the zero sequence components isolated on the winding groups from secondary windings. The switching of branches of the additional transformer windings is carried out by means of a switching circuit based on a signal from a control unit that controls the level of phase voltages at the output of a three-phase voltage balancing and stabilization device, and switching must occur simultaneously at the same positions, that is, always in each of the transformers depending on the level of phase the voltages at the output of the three-phase voltage balancing and stabilization device must be simultaneously activated dinakovye number of turns of the additional windings or by means of a switching circuit all additional winding should be withdrawn from work. The use of additional windings makes it possible to increase the components of the direct sequence of voltage at the output of the three-phase voltage balancing and stabilization device, which may be required to compensate for the voltage drops on the winding groups from the secondary windings when the load increases or when these components are insufficient in the input mains voltage due to a large drop voltage in the wires of the supply line, and ultimately increases the number of possible applications we consider th device, as well as the quality of its operation.
