UA82728C2 - Спосіб та пристрій для симетрування трифазних напруг - Google Patents

Description

Спосіб та пристрій для симетрування трифазних напруг відноситься до електротехніки та електроенергетики. Він призначений для зменшення несиметрії лінійних напруг у високовольтних та низьковольтних трифазних мережах, у тому числі в розподільчих чотирипровідних мережах. Пристрій може бути використаний для регулювання коефіцієнту несиметрії за зворотною послідовністю трифазних напруг, наприклад, для живлення трифазних двигунів та інших споживачів, чутливих приймачів до несиметрії трифазних напруг.

Відомий спосіб симетрування трифазних напруг на приймачах споживача, при якому змінюють ступінь несиметрії живильних напруг трифазної мережі (1|, при якому симетрію досягають параметрично, тобто незалежно від параметрів несиметрії напруг (величини та фазного кута). Для цього зменшують опір нульової послідовності трансформаторів та автотрансформаторів шляхом зміни схеми з'єднань. При цьому способі задовільно симетрують фазні трифазні напруги. Недолік способу полягає у тому, що параметричні способи принципово не можуть виконувати симетрування лінійних напруг трифазної мережі.

Відомий спосіб симетрування трифазних напруг (21, при якому симетрію досягають шляхом зміни опорів конденсаторних батарей та котушок індуктивності (реакторів). З цією метою перемикають виводи секцій конденсаторних батарей або/га котушок індуктивностей. Недолік способу - велика встановлена потужність реактивних елементів, яка складає не менше 11595 потужності приймача енергії.

Відомий спосіб симетрування трифазних напруг ІЗ-6Її, при якому симетрію досягають шляхом перемикання виводів трифазних або/та однофазних трансформаторів. Недолік способу - велика встановлена потужність трансформаторів, яка досягає 130-15095 і більше від потужності навантаження споживача.

Найближчим аналогом до способу, що заявляється є спосіб симетрування трифазних напруг І7|, при якому перемикають виводи обмоток однофазних вольтодобавочних трансформаторів за допомогою силових ключів, а середню точку силової схеми приєднують до нульової фази живильної мережі. Недолік способу - тривалість перерви електропостачання сягає від 100 мілісекунд до 300 мілісекунд, що перевищує допустиму норму перерви живлення у 10-30 разів. Крім того, спосіб має недостатню точність підтримання необхідної несиметрії, яка у багатьох випадках не повинна перевищувати 0,595-195.

У зв'язку з цим була поставлена задача: забезпечити неперервність електропостачання при перемиканні силових ключів у процесі регулювання симетрії лінійних трифазних напруг і підвищити точність симетрування.

Поставлена задача вирішена шляхом розширення області симетрування і розмежування вказаної області у відповідності до зміни фазного кута та модуля коефіцієнту несиметрії трифазних напруг, а саме тим, що у способі симетрування трифазних напруг споживача, при якому змінюють ступінь несиметрії напруг живильних трифазної мережі, для чого переключають виводи обмоток трансформаторів та автотрансформаторів з допомогою силових ключів та суміщають окремі фази різних систем напруг, трифазну систему напруг живильної трифазної мережі перетворюють у шестифазну систему напруг з нульовою фазою, шестифазну систему напруг повертають на фазний кут жл/б або -л/б, нульову фазу шестифазної системи напруг суміщають за потенціалом з однією лінійною фазою живильної трифазної мережі, а вказані перетворення проводять з допомогою перетворювача фаз, перед переключенням комутовану фазу трифазної мережі споживача відключають за допомогою силового ключа від однієї з фаз шестифазної мережі, після закінчення перехідних процесів у електричних колах указану комутовану фазу трифазної мережі споживача приєднують до іншої фази шестифазної системи напруг, а під час указаного переключення знижують опір нульової послідовності трифазної мережі споживача.

Трифазну систему напруг живильної мережі перетворюють у дванадцятифазну систему напруг з нульовою фазою, дванадцятифазну систему напруг повертають на фазний кут кл/б або -л/6, нульову фазу дванадцятифазної системи напруг суміщають за потенціалом з лінійною фазою живильної трифазної мережі, причому з її лінійною фазою, яку суміщають з нульовою фазою шестифазної системи напруг, а комутуючу лінійну фазу мережі споживача з допомогою силових ключів переключають між фазами як шестифазної, так і дванадцятифазної системи напруг.

Трифазну систему напруг живильної мережі перетворюють у вісімнадцятифазну систему напруг з нульовою фазою, вісімнадцятифазну систему напруг повертають на фазний кут кл/18 або -л/18, нульову фазу вісімнадцятифазної системи напруг суміщають за потенціалом з лінійною фазою живильної трифазної мережі, яку суміщають з нульовою фазою шестифазної системи напруг, а комутуючу лінійну фазу мережі споживача з допомогою силових ключів переключають між фазами як шестифазної та дванадцятифазної систем напруг, так і вісімнадцятифазної систем напруг.

Для більшого розширення області симетрування трифазну систему напруг живильної мережі перетворюють у двадцятичотирьохфазну систему напруг з нульовою фазою, двадцятичотирьохфазну систему напруг повертають на фазний кут кл/18 або -л/18, нульову фазу двадцятичотирьохфазної системи напруг суміщають за потенціалом з лінійною фазою живильної трифазної мережі, яку суміщають з нульовою фазою шестифазної системи напруг, а комутуючу лінійну фазу мережі споживача з допомогою силових ключів переключають між фазами як шестифазної, дванадцятифазної та вісімнадцятифазної систем напруг, так і двадцятичотирьохфазної системи напруг.

Процеси перетворення трифазної системи напруг в шестифазну та дванадцятифазну та інші системи напруг суміщають в одному електромагнітному елементі.

Зниження опору нульової послідовності трифазної мережі споживача виконують за допомогою приєднаного до неї електромагнітного чотириполюсника, наприклад, фільтру струмів нульової послідовності.

Вимірюють модуль та фазний кут вектора напруги зворотної послідовності трифазної живильної мережі, за модулем та фазним кутом якого обчислюють порядковий номер того силового ключа, з допомогою якого комутовану лінійну фазу мережі споживача приєднують до виводів обмоток перетворювача фаз.

Вимірюють модулі трьох лінійних напруг живильної мережі, за модулями цих напруг обчислюють модулі напруг зворотної послідовності всіх трикутників напруг, утворених двома некомутованими фазами мережі споживача та кожною фазою перетворювача фаз, обчислені модулі порівнюють між собою і обирають той трикутник напруг, а отже і номер силового ключа, який забезпечує мінімальну несиметрію трифазної мережі споживача.

Відомий пристрій для симетрування трифазних напруг споживача |З), що має тристрижневий магнітопровід, на кожному стрижні якого розміщена перша та друга обмотки. Перша обмотка, яка розміщена на одному стрижні, та друга обмотка, яка розміщена на другому стрижні, між собою ввімкнені послідовно. Три такі послідовні з'єднання ввімкнені в зірку й променями приєднані до лінійних фаз трифазної мережі. Спільна точка зірки приєднана до нульової фази мережі. Пристрій задовільно симетрує фазні напруги. Недолік пристрою полягає в тому, що пристій принципово не може симетрувати лінійні напруги мережі.

Відомі пристрої для симетрування трифазних напруг (9-12), що включають котушки індуктивності (дроселі) та конденсаторні батареї, ввімкнені між лінійними фазами мережі. Серед таких пристроїв найбільш відомою є схема Штейнметца (|І9). В загальному випадку такі пристрої включають шість регульованих елементів, із яких три - котушки індуктивності, а три інші - конденсаторні батареї. Такі пристрої задовільно симетрують лінійні напруги трифазної мережі. Недоліки таких пристроїв: труднощі виконання регульованих котушок індуктивностей та конденсаторних батарей; висока вартість пристрою.

Відомі пристрої для симетрування трифазних напруг 1І3-6)Ї), які включають основні трифазні трансформатори та додаткові трифазні трансформатори, комутуючі ключі та блок керування. Трифазні основні та додаткові трансформатори мають різноманітні схеми приєднання між собою та мережею.

Наприклад, обмотки основних та додаткових трансформаторів між собою можуть бути з'єднані за Т- подібною схемою. Ці пристрої мають задовільні регульовані характеристики ступеню симетрії лінійних напруг. Недоліки пристроїв: порівняно велика встановлена потужність основних та додаткових трансформаторів, недостатньо жорстка зовнішня вольт-амперна характеристика та недостатня надійність роботи блоків керування.

Найближчим аналогом (прототипом) пристрою, який заявляється, є пристрій для симетрування напруг у трифазній чотирипровідній мережі із глухим заземленням нейтралі (7), який містить затискачі лінійних фаз живильної мережі та затискачі лінійних фаз споживача, трифазний трансформатор, три однофазні вольтодобавочні трансформатори, силові ключі та блок керування. Пристрій має меншу на 2595-3095 встановлену потужність за попередні пристрої. Недоліки пристрою: перерви електропостачання приймача електричної енергії при перемиканні силових ключів; велика (подвійна) установлена потужність; неточність роботи блоків керування. Останнє пояснюється тим, що симетрія лінійних напруг досягається шляхом пофазного керування у кожній фазі окремо за умови, що всі три лінійні напруги змінюються незалежно одна від інших, хаотично за випадковими законами.

У зв'язку з цим була поставлена задача: забезпечити неперервність електропостачання при перемиканні силових ключів у процесі регулювання симетрії лінійних трифазних напруг; зменшити встановлену потужність пристрою; підвищити точність і надійність роботи блоку керування.

Поставлена задача вирішена шляхом комутації ключів лише в одній фазі, а саме завдяки тому, що: у пристрій для симетрування трифазних напруг споживача, який містить затискачі лінійних та нульової фаз живильної трифазної мережі та затискачі лінійних та нульової фаз мережі споживача, силові ключі та блок керування, тристрижневий магнітопровід, на кожному стрижні якого розміщені принаймні по одній обмотці з виводами, які з'єднані між собою у трикутник, вершини якого приєднані до лінійних фаз живильної мережі, додано шість перших додаткових обмоток, розміщених по дві обмотки на кожному стрижні, та чотириполюсник з мінімально малим опором нульової послідовності, шість перших додаткових обмоток одними виводами з'єднані між собою і приєднані до затискача однієї з лінійних фаз живильної трифазної мережі, шість перших додаткових обмоток ввімкнені між собою у шестипроменеву зірку так, що потенціали других виводів шести перших додаткових обмоток є потенціалами шестифазної системи напруг, шість перших додаткових обмоток мають однакову кількість витків, кожен затискач другої і третьої лінійних фаз, а також затискач нульової фази живильної мережі приєднані по одному до одного із затискачів однойменних фаз мережі споживача, а затискач третьої (комутованої) лінійної фази мережі споживача приєднаний до кожного першого виводу всіх силових ключів, кожен другий вивід силового ключа по одному приєднаний до одного другого виводу шести перших додаткових обмоток шестифазної системи напруг, а затискачі лінійних та нульової фаз електромагнітного чотириполюсника приєднані відповідно до затискачів мережі споживача.

Шестифазна та дванадцятифазна системи напруг суміщені в перетворювачі фаз, у зв'язку з вказаним суміщенням до пристрою додано шість других додаткових обмоток, а кожна з шести перших додаткових обмоток виконана з двома проміжними виводами, перший з яких ділить кожну з шести перших додаткових обмоток у відношенні 0,5:0,5, а другий - у відношенні 37/2(1-37172), кожен з перших виводів шести других додаткових обмоток приєднаний по одному до одного другого проміжного виводу кожної з шести перших додаткових обмоток, а кожен з других виводів шести других додаткових обмоток по одному приєднаний до одного другого виводу силового ключа першої групи, кожен перший проміжний вивід кожної з шести перших додаткових обмоток по одному приєднаний до одного другого виводу силового ключа другої групи, кожен другий вивід кожної з шести перших додаткових обмоток по одному приєднаний до одного другого виводу силового ключа третьої групи, лінійна фаза живильної трифазної мережі, яка суміщена з нульовими фазами шестифазної та інших багатофазних систем напруг, приєднана до другого виводу одного силового ключа.

Електромагнітний чотириполюсник з мінімально малим опором нульової послідовності виконано у вигляді фільтру струмів нульової послідовності, обмотки якого ввімкнені у зигзаг.

Електромагнітний чотириполюсник з мінімально малим опором нульової послідовності виконано у вигляді фільтру струмів нульової послідовності, обмотки якого ввімкнені за Х-подібною схемою.

Розглянемо графічні матеріали.

На Фіг.1 показана блок-схема пристрою для симетрування трифазних напруг, який реалізує спосіб.

На Фіг.2,а на топографічному (фазорному) зображенні показане перетворення трифазної системи напруг у шестифазну.

На Ффіг2,в на топографічному зображенні показане суміщення трифазної системи напруг з шестифазною.

На Ффіг.З,а на топографічному зображенні показане перетворення трифазної системи напруг у дванадцятифазну систему.

На Ффіг.З,в на топографічному зображенні показане суміщення трифазної системи напруг з шестифазною та дванадцятифазною системами.

На Фіг.4 показана блок-схема пристрою для симетрування трифазних напруг споживача.

На Фіг.1 позначено: А, В, С, 0 та Ас, Вс, Сс, 0с - затискачі фаз живильної трифазної мережі та затискачі трифазної мережі споживача відповідно; 1 - перетворювач фаз трифазної системи напруг в одну або декілька багатофазних систем напруг; 2 - блок силових ключів; З - зменшувач опору нульової послідовності мережі споживача; 4 - блок керування; КІ, К2, КЗ, ..., Кі, ..., Кт - силові ключі.

На Фіг.2,а позначено: А, В, С, 0 - затискачі фаз живильної трифазної мережі; А1, А2, АЗ, ..., Аб та о - затискачі лінійних та нульової фаз утвореної шестифазної системи напруг відповідно.

На Фіг.2,в позначено: А, В, С - затискачі лінійних фаз живильної мережі; А1, А2, АЗ, ..., Аб та А - положення лінійних та нульової фаз шестифазної системи напруг відповідно після суміщення нульової фази (о) шестифазної системи напруг з однією лінійною фазою (А) живильної трифазної системи.

На Фіг.З,а позначено: А, Ві С, 0 - затискачі фаз живильної трифазної мережі; А7, Ав, А9, ..., А18 та о - затискачі лінійних та нульової фаз утвореної дванадцятифазної системи напруг відповідно.

На Фіг.3,8 позначено: А, В, С - затискачі лінійних фаз живильної мережі; А7, А2, АЗ, ..., Аб, А - положення затискачів лінійних та нульової фаз шестифазної системи напруг відповідно після суміщення нульової фази (о) шестифазної та дванадцятифазної систем напруг з однією лінійною фазою (А) живильної трифазної системи ; А7, А8, А9, ..., А18 - положення лінійних фаз утвореної дванадцятифазної системи напруг відповідно після суміщення нульової фази (о) шестифазної та дванадцятифазної систем напруг з однією лінійною фазою (А) живильної трифазної системи; 4, 5, 6, ..., 10 - вузли на топографічному зображення у системі електромагнітних зв'язків перетворювача трифазної системи напруг в шестифазну та дванадцятифазну систем напруг.

На Фіг.4 позначено: А, В, С, 0 та Ас, Вс, Сс, Ос - затискачі живильної трифазної мережі та трифазної мережі споживача відповідно; 11 - перетворювач трифазної системи напруг в шестифазну та дванадцятифазну системи напруг; 12 - тристрижневий магнітопровід; 2 - блок ключів; З - зменшувач опору нульової послідовності мережі споживача; 4 - блок керування; 13, 14, 15 - обмотки, з'єднані у трикутник; 16, 21, 26, 31, 36, 41 - другі виводи шести перших додаткових обмоток, перші виводи шести перших додаткових обмоток приєднані до затискача лінійної фази А живильної мережі; 22, 25, 32, 35, 43, 44 - другі виводи шести других додаткових обмоток; 17, 20, 27, 30, 37, 40 - другі проміжні виводи шести перших додаткових обмоток, які ділять їх у відношенні 37/2:(1-3712); 18, 19, 28, 29, 38, 39 - перші проміжні виводи шести перших додаткових обмоток, які ділять їх у відношенні 0,5: 0,5; 23, 24, 33, 34, 42, 45 - перші виводи шести других додаткових обмоток; АТ1, А2, АЗ, ..., Аб - затискачі шестифазної системи напруг; А7, А8, А9, ..., А18 - затискачі дванадцятифазної системи напруг; К1, К2, КЗ.,..., К19 - силові ключі.

Дії способу.

Основні дії способу: в блоці 1 перетворюють трифазну систему напруг в одну або декілька багатофазних систем напруг; в блоці 2 комутовану лінійну фазу Ас мережі споживача перемикають з однієї фази багатофазних систем до іншої, а у блоці З зменшують опір нульової послідовності мережі споживача (Фіг.1).

Трифазну систему А, В, С, 0 лінійних напруг АВ, ВС, СА трифазної живильної мережі перетворюють у шестифазну систему А1, А2, АЗ, А4, А5, Аб напруг з нульовою фазою о і повертають її на фазний кут жвл/б або -л/6 (фіг.2,а). Нульову фазу о шестифазної системи напруг суміщають за потенціалом з однією лінійною фазою А живильної трифазної мережі (Фіг.2,8). Топографічне зображення Фіг.2,8 вказує на розташування векторів напруг на обмотках перетворювача фаз.

Переключення комутуючої фази Ас між фазами шестифазної системи напруг забезпечує зменшення величини несиметрії напруг мережі споживача утричі, що не завжди задовольняє вимоги експлуатації устаткування споживача, зокрема трифазних машин змінного струму.

Для підвищення точності симетрування трифазну систему А, В, С, 0 лінійних напруг АВ, ВС, СА трифазної живильної мережі додатково перетворюють у дванадцятифазну систему А?7,..., А18 напруг з нульовою фазою о і повертають її на фазний кут жл/б або -л/6 (Фіг.3,а). Нульову фазу о шестифазної системи напруг суміщають за потенціалом з однією лінійною фазою А живильної трифазної мережі (Фіг.3,в).

Переключення комутуючої фази Ас між фазами шестифазної та дванадцятифазної систем напруг забезпечує зменшення величини несиметрії напруг мережі споживача у п'ять разів.

У таблиці показана залежність кратності зменшення напруги зворотної послідовності при зростанні кількості багатофазних систем напруг перетворювача фаз 1.

Таблиця

Пет 7007777 кратність зменшення ши ши ех НН

ГЕ МИ ОНИ НИ ие У МВ ПИННИННИК ЗННИНННН 51777570 18 бів 01

Перед переключенням комутовану фазу Ас трифазної мережі споживача відключають за допомогою силового ключа, наприклад, КЗ від однієї з фаз шестифазної мережі, наприклад, АЗ. Одразу після відключення ключа КЗ у трифазній мережі споживача та пристрої для симетрування трифазних напруг відбуваються перехідні процеси, зокрема, у тиристорних або контакторних ключах, які заважають негайному ввімкненню нового силового ключа, наприклад, КА. Тому лише після закінчення перехідних процесів, тобто з витримкою часу, указану комутовану фазу Ас трифазної мережі споживача приєднують до іншої фази шестифазної системи напруг за допомогою, наприклад, ключа КА.

Для подальшого розширення симетруючих можливостей способу трифазну систему напруг перетворюють у вісімнадцятифазну, або/та у двадцятичотирьохфазну системи напруг. Процеси перетворення трифазної системи напруг в шестифазну, дванадцятифазну і т.д. системи напруг суміщають в одному електромагнітному елементі, наприклад, в автотрансформаторі. Це дає можливість істотно зменшити встановлену потужність елементів способу.

Для забезпечення неперервності живлення споживача при відімкненні комутованої фази Ас від джерела напруги знижують опір нульової послідовності трифазної мережі споживача. Зниження опору нульової послідовності виконують за допомогою електромагнітного чотириполюсника, який в 3-4 рази легший за електричний чотириполюсник і має жорсткішу зовнішню характеристику.

Процес підтримання симетрії трифазних напруг споживача на заданому рівні відбувається автоматично з допомогою блоку керування. Його проводять двома способами. За першим способом вимірюють модуль та фазний кут вектора напруги зворотної послідовності трифазної живильної мережі, а за модулем та фазним кутом вказаного вектора обчислюють той номер силового ключа, який забезпечує мінімальну несиметрію напруг мережі спожива.

За другим способом вимірюють лише модулі трьох лінійних напруг живильної мережі, за модулями цих напруг обчислюють модулі напруги зворотної послідовності всіх трикутників напруг, утворених двома некомутованими фазами Вс та Сс мережі споживача та кожною фазою перетворювача фаз (від А до А18).

Обчислені модулі порівнюють між собою і обирають той трикутник напруг, а отже і номер силового ключа, який забезпечує мінімальну несиметрію трифазної мережі споживача.

Склад та влаштування пристрою. Розглянемо варіант виконання пристрою, який забезпечує п'ятикратне зниження несиметрії напруг мережі споживача. У такому пристрої трифазну систему напруг перетворюють у шестифазну та дванадцятифазну системи (таблиця).

Пристрій складається із (Фіг.4): затискачів А, В, С, 0 живильної трифазної мережі та затискачів Ас, Вс,

Сс, Ос трифазної мережі споживача; перетворювача фаз 1 трифазної системи напруг в шестифазну та дванадцятифазну; блоку керування 4 дев'ятнадцятьма силовими ключами; блоку ключів 2, який включає дев'ятнадцять ключів; зменшувача опору нульової послідовності мережі споживача 3. У свою чергу перетворювач фаз 1 складається із тристрижневого магнітопроводу 12 та п'ятнадцяти обмоток. Три обмотки 13, 14, 15 є мережевими: вони з'єднані у трикутник і приєднані до затискачів лінійних фаз живильної мережі А, В, С. До пристрою додано шість перших додаткових обмоток, перші виводи яких з'єднані між собою і приєднані до лінійної фази А живильної мережі. Другі виводи 16, 21, 26, 31, 36, 41 шести перших додаткових обмоток приєднані до других виводів силових ключів К18, К12, К10, К16, К14, Ка відповідно. Виводи 16, 21, 26, 31, 36, 41 шести перших додаткових обмоток становлять першу групу фаз дванадцятифазної системи напруг.

Для об'єднання шестифазних та дванадцятифазних систем в одному електромагнітному елементі- автотрансформаторі кожна з шести перших додаткових обмоток має по два проміжні виводи. Перші проміжні виводи 18, 19, 28, 29, 38, 39 шести перших додаткових обмоток ділять їх у відношенні 0,5:0,5. Другі проміжні виводи 17, 20, 27, 30, 37, 40 шести перших додаткових обмоток ділять їх у відношенні 371/2:(1-37172),

Проміжні виводи, які ділять шість перших додаткових обмоток пополам, є фазами А, А2, АЗ, А4, А5, Аб шестифазної системи напруг і приєднані до других виводів силових ключів К1-Кб відповідно. До пристрою додано шість других додаткових обмоток. Кожний із перших виводів 23, 24, 33, 34, 42, 45 шести других додаткових обмоток по одному приєднаний до першого проміжного виводу 40, 38, 20, 17, 27, 30 шести перших додаткових обмоток. Другі виводи 22, 25, 32, 35, 43, 44 шести других додаткових обмоток є другою групою фаз А7, А13, А11, А17, АУ9, А15 відповідно і приєднані по одному до одного другого виводу силових ключів К7, К13, К11, К17, КУ, К15 відповідно. Затискач фази А трифазної живильної мережі приєднаний до другого виводу силового ключа К19. Затискачі двох некомутованих лінійних фаз Вс та Сс, а також затискач нульової фази 0с мережі споживача приєднані до однойменних затискачів В, С та 0 фаз живильної мережі.

А комутована лінійна фаза Ас мережі споживача приєднана до всіх перших виводів силових ключів К1-К19.

Топографічні зображення Фіг.2 а, фіг.2,в, Фіг.З,а, Фіг.3,в, які ілюструють спосіб, безпосередньо зв'язані з виконанням пристрою, блок-схема якого подана на фіг.4. Так, вузли А! та 5, А2 та 6, АЗ та 7, А4 та 8, А5 та 9, Аб та 10 на топографічному зображенні Фіг.3,в відповідають проміжним виводам обмоток 39 та 40, 28 та 27,19 та 20, 38 та 37, 29 та 30, 18 та 17, показаних на Ффіг.4.

Робота пристрою. Роботою пристрою керує блок керування 4. При відсутності несиметрії лінійних напруг у живильній мережі А, В, С блок керування включає силовий ключ К19, який подає симетричну систему напруг у мережу споживача Ас, Вс, Сс. Блок керування постійно з певним інтервалом вимірює модулі трьох лінійних напруг живильної мережі, за модулями цих напруг обчислює модулі напруг зворотної послідовності всіх дев'ятнадцяти трикутників напруг, утворених двома некомутованими фазами Вс та Сс мережі споживача та кожною фазою перетворювача фаз 1 (від А до А18). Обчислені модулі блок керування порівнює між собою і обирає ту фазу, генеровану перетворювачем фаз 1, а отже і номер силового ключа, наприклад, К2, який забезпечить мінімальну несиметрію трифазної мережі споживача. Природно, що далі через певний відрізок часу несиметрія напруг живильної мережі зміниться за величиною та фазою. Блок керування знову з певним інтервалом вимірює модулі трьох лінійних напруг живильної мережі, за модулями цих напруг знову обчислює модулі напруг зворотної послідовності всіх дев'ятнадцяти трикутників напруг, утворених двома некомутованими фазами Вс та Сс мережі споживача та кожною фазою перетворювача фаз 1 (від А до А18). Обчислені модулі блок керування знову порівнює між собою і обирає ту фазу, генеровану перетворювачем фаз 1, а отже і номер силового ключа, наприклад, К15, який забезпечить мінімальну несиметрію трифазної мережі споживача.

Після моменту відключення живлення комутованої фази Ас від живильної мережі подальше живлення комутованої фази (навантаження однієї фази споживача) відбувається від зменшувача опору нульової послідовності, який у моменти переключення генерує напругу, а сам зменшувач опору нульової послідовності живиться у моменти переключення від двох лінійних фаз В та С, а також від нульової фази 0.

В описаному варіанті пристрій для симетрування трифазних напруг зменшує модуль напруги зворотної послідовності у 5 разів. Явище несиметрії трифазних напруг описується і нормується з допомогою коефіцієнту К2и несиметрії напруг за зворотною послідовністю, який визначається з виразу (1). ч/21/2 (двеєво? сяг -зи2нредве во? ово сеанс АВ АВ" ВСЯ - САУ)

Кат ч/21/2 т (двбзво соди рев ВоЙ ово СА конс АВР АВ" -ВОЄ ОА")

У більшості розподільчих мереж коефіцієнт К2и несиметрії напруг за зворотною послідовністю менший го (7 - Згідно Стандарту Європи ЕМ 50160-94 та Міждержавного стандарту ГОСТ 13109-97, до якого приєдналась Україна (ДСТУ ГОСТ 13109-97), нормально допустиме значення коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю встановлене на рівні 295). Але у 1095-1595 розподільчих мереж коефіцієнт К2и з імовірністю, більшою 595, перевищує нормально допустиме значення 295 і досягає значень 2,595-10905. Крім того, ряд високоефективного устаткування, наприклад, асинхронні двигуни закордонного виробництва, вимагають зниження коефіцієнту К2и до рівню 0,595-195.

Виходячи з реальної несиметрії (2,590-1090) лінійних напруг у розподільчих мережах, використання пристрою за даним способом дає можливість забезпечити зниження рівня несиметрії до 0,595-295.

В окремих випадках коефіцієнт К2и несиметрії напруг за зворотною послідовністю перевищує 1095. У цих випадках необхідно використати варіант виконання пристрою за даним способом при перетворенні трифазної напруги не тільки у шестифазну та дванадцятифазну, але й у вісімнадцятифазну систему напруг та двадцятичотирьохфазну. У таких випадках кратність зниження коефіцієнту несиметрії напруг за зворотною послідовністю може досягти 7-9, що задовольняє запитам практики.

Перевірка дієвості способу та пристрою. Дієвість способу та пристрою перевірена на математичній моделі, яка підтвердила виконання вимог і характеристик як способу, так і пристрою.

Область застосування. Пристрій за даним способом доцільно застосовувати у випадках, коли коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю у живильній розподільчій трифазній мережі не задовольняє або діючим стандартам, або жорсткішим вимогам експлуатації у плані несиметрії напруг живильної мережі. Такий пристрій крім симетрування лінійних напруг мережі симетрує також фазні напруги.

Відомо, що несиметрія лінійних напруг в 3,595-4,090 зменшує термін служби асинхронних звичайних двигунів удвічі. Компактні асинхронні двигуни часто виходять з ладу при коефіцієнті несиметрії за зворотною послідовністю, рівному 2,090-2,590 і менше. В результаті симетрування лінійних напруг зменшуються втрати енергії в електричних машинах і зменшується їх нагрівання. Як наслідок, збільшується термін служби електричних машин змінного струму і збільшується надійність роботи технологічних ліній виробництва.

Застосування симетруючих пристроїв дозволяє в 3-9 разів зменшити пульсації напруги на виході багатофазних випрямлячів та тиристорних перетворювачів. Такі пульсації викликають значні труднощі при їх усуненні іншими пристроями, наприклад, фільтрами-пробками, налаштованими на частоту 100Гц, 200Гц і т.д.

Джерела посилань 1. Шидловский А.К., Новский В.А., Капльічньй Н.Н. Стабилизация параметров злектрической знергии в распределительньх сетях. - АН УССР, Институт злектродинамики. - Киев: Наукова думка, 1989. с.312. 2. Куренев С.Н., Гашев М.А., Еремеев А.С. Вьіравнивание неодинаковой нагрузки фаз в трехфазной системе. - Злектричество, 1939, Ме3, с.63-66.

З. Каржавов Б.Н., Бродовский В.Н., Рьбкин Ю.П., Геруцкий Г.М. Устройство для симметрирования трехфазного напряжения. Авторское свидетельство СССР, Ме741371 НОгОЗ/26, 1980. 4. МеСіаіп датез Е., 5Кой Номагіа. Патент США Ме4288737, 505Е1/34, 88.09.1981. 5. Непкеї, еї. аІ. Оемісе г сопігої! ої пе ехсйацоп сиггепі тог 5 їпгее рпазе депегаюг. Патент США Моб791301.

Опубл. 9.9.2004. б. Такіаїпеп, єї а. Сотрепзайоп теїйпой Тор а мойаде ипраіїапсе. Патент США Моб6972976, опубліковано 66.12.2005. 7. Белоусов В.С., Золотарева О.П. Устройство для симметрирования трехфазньїх напряжений в трехфазньх сетях с глухим заземлением нейтрали. Авторское свидетельство СССР, Моб17797, ногіЗ/26,1978. 8. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О., Музиченко 0.0. Фільтр струмів нульової послідовності. Патент України,

Ме34226А, НО2НОО7Т/08, 2001. Бюл. Ме1. 9. Шидловський А.К., Музиченко О.Д. Симетруючі пристрої. - Київ: Техніка, 1970, с.164. 10. Аідпег М. Оіє Зуттеїйієгипд ипзуттеїйізспреїавієїег Огенвзіготпеїгі асп пипепає Аийв-дієїснКгеєїве. -

ЕТ, 1936, 57, М 34; 35, 5. 971-974; 997-1002. 11. Вадег МУ. Оіе Отуапашпод аег Еіпрпазепіаві іп зуттеїйізсне Огензіготіаві. - ЕТ, 1950, 71 ,М 12, 5.302- 305. 12. Жежеленко И.В., Рабинович И.И., Божко В.М. Качество злектрической знергии на промьішленньх предприятиях. Киев. - Издательство «Техника». - 1981. - 160с.

ша ши зе і ет | ; до ! ; н

О-- ; ши ше ші с тк ті Ос ше ШІ я т Ос

І 1 і «М сн я

СОКИ З

О є ; А 1 2 4

Сет

Ї шия й

Фіг.

А ва

О-о -е- б В А з

Фіг, 2.а два АВ д Мая їм ЩА / фуд

Жов ; ./ во у

Свиня ! ! а фіг. 2.в

А ме б АВ кт М дв с ді ; до і дів КД ; : дій й Фіг. 3.8 ма би

Аї шо Аве м п діви

Ек ся ЛНУ ми, в / зж т) ки дів т

Мала 2 / 3 д Фіг. З.в Ш де

В ; и ТНТВНШЦЦШЦЦЦШЦННу і ге о нини ин Ки ва ки щи шен «7 І ! ук: 14 Е ЕІ

І ЕЇ б нед ло зві ! ї щі 5 ) пг-н РЕ: я ВИ: вили ЩеЗИ З Др я і З рча І КЕ» ЖЕ

Ге: Не сЇ Ше ! ря мини жи з ГІ я

ЦЕ Пс» ї НИ пинини ШИ

Ше 9

І « 13 11 0-2

І | ГПО рачки 1 щ- явки пий. СЕ п имованнх Ме Ж ПЕ ЛА ОНА Я ин

АЕН ре ---- 8-1 КВ |!

ОД нн

МИ Мк ми Мн М я НОВ ВОНИ НСС М плн ни ШИ о і -СА- АВК рочко

НІШ но пох НЕ ин Є нишишишишшшиЕ сте птн кя 4 пдв Кі ! - ! і дів, КІВ і

А А

! ідів- КІВ ни КЕ

ОМ и

Claims (12)

1. Спосіб симетрування трифазних напруг споживача, при якому змінюють ступінь несиметрії живильних напруг трифазної мережі, для чого перемикають виводи обмоток трансформаторів та/або автотрансформаторів за допомогою силових ключів та суміщають окремі фази різних систем напруг, який відрізняється тим, що трифазну систему напруг живильної трифазної мережі перетворюють у шестифазну систему напруг з нульовою фазою, шестифазну систему напруг повертають на фазний кут вл/б або -л/б, нульову фазу шестифазної системи напруг суміщають за потенціалом з однією лінійною фазою живильної трифазної мережі, а вказані перетворення проводять за допомогою перетворювача фаз, перед перемиканням комутовану фазу трифазної мережі споживача відключають за допомогою силового ключа від однієї з фаз шестифазної мережі, після закінчення перехідних процесів у електричних колах указану комутовану фазу трифазної мережі споживача приєднують до іншої фази шестифазної системи напруг, а під час указаного перемикання знижують опір нульової послідовності трифазної мережі споживача.

2. Спосіб за п. І, який відрізняється тим, що трифазну систему напруг живильної мережі перетворюють у дванадцятифазну систему напруг з нульовою фазою, дванадцятифазну систему напруг повертають на фазний кут нл/б або -л/б6, нульову фазу дванадцятифазної системи напруг суміщають за потенціалом з лінійною фазою живильної трифазної мережі, причому з її лінійною фазою, яку суміщають з нульовою фазою шестифазної системи напруг, а комутуючу лінійну фазу мережі споживача за допомогою силових ключів перемикають між фазами як шестифазної, так 1 дванадцятифазної систем напруг.

3. Спосіб за пп. 1 та 2, який відрізняється тим, що трифазну систему напруг живильної мережі перетворюють у вісімнадцятифазну систему напруг з нульовою фазою, вісімнадцятифазну систему напруг повертають на фазний кут гл/18 або -л/18, нульову фазу вісімнадцятифазної системи напруг суміщають за потенціалом з тією лінійною фазою живильної трифазної мережі, яку суміщають з нульовою фазою шестифазної системи напруг, а комутуючу лінійну фазу мережі споживача за допомогою силових ключів перемикають між фазами як шестифазної та дванадцятифазної систем напруг, так і вісімнадцятифазної систем напруг.

4. Спосіб за пп. 1-3, який відрізняється тим, що трифазну систему напруг живильної мережі перетворюють у двадцятичотирифазну систему напруг з нульовою фазою, двадцятичотирифазну систему напруг повертають на фазний кут тл/18 або -л/18, нульову фазу двадцятичотирифазної системи напруг суміщають за потенціалом з тією лінійною фазою живильної трифазної мережі, яку суміщають з нульовою фазою шестифазної системи напруг, а комутуючу лінійну фазу мережі споживача за допомогою силових ключів перемикають між фазами як шестифазної, дванадцятифазної та вісімнадцятифазної систем напруг, так і двадцятичотирифазної системи напруг.

5. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що процеси перетворення трифазної системи напруг в шестифазну та дванадцятифазну та інші системи напруг суміщають в одному електромагнітному елементі.

6. Спосіб за пп. 1-5, який відрізняється тим, що зниження опору нульової послідовності трифазної мережі споживача виконують за допомогою приєднаного до неї електромагнітного чотириполюсника, наприклад фільтра струмів нульової послідовності.

7. Спосіб за пп. 1-6, який відрізняється тим, що вимірюють модуль та фазний кут вектора напруги зворотної послідовності трифазної живильної мережі, за модулем та фазним кутом якого обчислюють порядковий номер того силового ключа, за допомогою якого комутовану лінійну фазу мережі споживача приєднують до виводів обмоток перетворювача фаз.

8. Спосіб за пп. 1-6, який відрізняється тим, що вимірюють модулі трьох лінійних напруг живильної мережі, за модулями цих напруг обчислюють модулі напруг зворотної послідовності всіх трикутників напруг, утворених двома некомутованими фазами мережі споживача та кожною фазою перетворювача фаз, обчислені модулі порівнюють між собою 1 вибирають той трикутник напруг, а отже і номер силового ключа, який забезпечує мінімальну несиметрію трифазної мережі споживача.

9. Пристрій для симетрування трифазних напруг споживача, який містить затискачі лінійних та нульової фаз живильної трифазної мережі та затискачі лінійних та нульової фаз мережі споживача, силові ключі та блок керування, тристрижневий магнітопровід, на кожному стрижні якого розміщені принаймні по одній обмотці з виводами, які з'єднані між собою у трикутник, вершини якого приєднані до лінійних фаз живильної мережі, який відрізняється тим, що додатково має шість перших додаткових обмоток, розміщених по дві обмотки на кожному стрижні, та чотириполюсник з мінімально малим опором нульової послідовності, шість перших додаткових обмоток одними виводами з'єднані між собою і приєднані до затискача однієї з лінійних фаз живильної трифазної мережі, шість перших додаткових обмоток ввімкнені між собою у шестипроменеву зірку так, що потенціали других виводів шести перших додаткових обмоток є потенціалами шестифазної системи напруг, шість перших додаткових обмоток мають однакову кількість витків, кожен затискач другої 1 третьої лінійних фаз, а також затискач нульової фази живильної мережі приєднані по одному до одного із затискачів однойменних фаз мережі споживача, а затискач третьої (комутованої) лінійної фази мережі споживача приєднаний до кожного першого виводу всіх силових ключів, кожен другий вивід силового ключа по одному приєднаний до одного другого виводу шести перших додаткових обмоток шестифазної системи напруг, а затискачі лінійних та нульової фаз електромагнітного чотириполюсника приєднані відповідно до затискачів мережі споживача.

10. Пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що шестифазна та дванадцятифазна системи напруг суміщені в перетворювачі фаз, при цьому до пристрою додано шість других додаткових обмоток, а кожна з шести перших додаткових обмоток виконана з двома проміжними виводами, перший з яких ділить кожну з шести перших додаткових обмоток у відношенні 0,5:0,5, а другий - у відношенні 3777:(1-3777), кожен з перших виводів шести других додаткових обмоток приєднаний по одному до одного другого проміжного виводу кожної з шести перших додаткових обмоток, а кожен з других виводів шести других додаткових обмоток по одному приєднаний до одного другого виводу силового ключа першої групи, кожен перший проміжний вивід кожної з шести перших додаткових обмоток по одному приєднаний до одного другого виводу силового ключа другої групи, кожен другий вивід кожної з шести перших додаткових обмоток по одному приєднаний до одного другого виводу силового ключа третьої групи, лінійна фаза живильної трифазної мережі, суміщена з нульовими фазами шестифазної та інших багатофазних систем напруг, приєднана до другого виводу одного силового ключа.

11. Пристрій за пп. 9 та 10, який відрізняється тим, що електромагнітний чотириполюсник з мінімально малим опором нульової послідовності виконано у вигляді фільтра струмів нульової послідовності, обмотки якого ввімкнені у зигзаг.

12. Пристрій за пп. 9 та 10, який відрізняється тим, що електромагнітний чотириполюсник з мінімально малим опором нульової послідовності виконано у вигляді фільтра струмів нульової послідовності, обмотки якого ввімкнені за л-подібною схемою.