Устройство для регулирования и симметрирования напряжений в трехфазных четырехпроводных сетях

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для широкодиапазонного регулирования и стабилизации уровня фазных напряжений , симметрирования их режима и улучшения гармонического состава в низковольтных распределительных сетях с неоднородными, несимметричными и нелинейными нагрузками, а также в системах электропитания. Цель изобретения - повышение эффективности и расширение диапазона симметричного регулирования напряжения нагрузки, Эта цель достигается благодаря тому, что в устройстве, содержащем трехфазный вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) с первичными полуобмотс S ками 7-9 и 10-12, одна первичная (Л полуобмотка вьшолнена секционированной , а ВДТ снабжен обмотками (16

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) 4 02 .1 3/2б

Ю

1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3 59 1556/24-.07 . (22) 20.05 ° 83 (46) 15 ° 10.86. Бюл. Р 38 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, В.А. Новский, Н.Н. Каплычный,,К.А. Липковский и В.В. Голубев (53) 621.316.761.21(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 555498, кл. Н 02 3 3/26, 1975.

Авторское свидетельство СССР

1023524,-кл. Н 02 Т 3/26, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

И СИИИЕТРИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ТРЕХФАЗНЫХ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫХ СЕТЯХ (57) Изобретение относится к области электротехники и предназначено для широкодиапазонного регулирования и стабилизации уровня фазных напряжений, симметрирования их режима и улучшения гармонического состава в ниэковольтньпс распределительных се" тях с неоднородными, несимметричными и нелинейными нагрузками, а также в системах электропитания Цель изобретения — повышение эффективности и расширение диапазона симметричного регулирования напряжения нагрузки.

Эта цель достигается благодаря тому, что в устройстве, содержащем трехфазный вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) с первичными полуобмотками 7-9 и 10-12, одна первичная полуобмотка выполнена секционированной, а ВДТ снабжен обмотками (161264264

16и) (18"18 в) по количеству отводов ственной коммутации, включающий тириполуобмоток ВДТ, включенных с ними сторы 34-35, коммутирующие конденв зигзаг и встречно, а каждый блок саторы 36 и 37, дросселя 38 и 39 и

19-21 переключения. ступеней регу- раэделителный диодный мост (40-43). лирования содержит узел общей искус- 1 з.п. Ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для широкодиапазонного регулирования и стабилизации уровня фаэных напряжений, симметрирования их режима и улучшения 5 .гармонического состава в низковольтных распределительных сетях с неоднородными, несимметричными и нелинейными нагрузками, а также в системах электропитания.

Цель изобретения — повышение эф1 фективности и расширение диапазона симметричного регулирования напряжения нагрузки.

На фиг. 1 представлена принципи- .15 альная схема устройства,* на фиг.2 и

3 - принципиальные схемы возможных частных технических решений симметРирующих регуляторов напряжения ана логичного вида, построенных на основе 20 предложенного устройства.

Предлагаемое устройство для регулирования и симметрирования напряже.ний подключено к фазам 1-3 и нуле- 25 вому проводу распределительной сети с несимметричными и нелинейными нагрузками 4-6 и содержит полуобмотки 7-9

H 10-12 первичной (возбуждающей) обмотки ВДТ; вторичные (вольтодобавоч" ные) обмотки 13-15 ВДТ, группы (1616n) — (18т18 ) дополнительных обмоток ВДТ, блоки 19-21 переключения ступеней регулирования (БПС), тиристоры 22-27 основной группы коммутаторов и тиристорные пары (28-29)35 (32 -336) дополнительной группы ком мутаторов. Узел общей искусственный коммутации (ИК) содержит силовой 34 и коммутирующий 35 тиристоры коммуЭ

40 тирующие конденсаторы 36 и 37, коммутирующие: дроссели 38 и 39 и разделительный диодный мост 40-43.

Соединение первичных 7-12 полуобмоток по схеме встречный зигзаг

45 .обеспечивает симметрирующие возможности устройства (фиг. 1-3), так как напряжение нулевой последовательности снижается в 10-15 раз (следовательно и несимметрия фазных напряжений) при подключении его к четырехпроводной сети 0,38/0,22 кВ с несимметричными и неоднофазными нагрузками. Улучшение гармонического состава при этом обеспечивается за счет фильтрации гармоник тока, кратных трем, что обусловливает эффективное применение та- кого устройства в сетях с нелинейными и резкопеременными нагрузками.

Подключение по циклическому закону первичной (возбуждающей) обмотки к различным фазам сети при необходимости симметричного регулирования напряжения нагрузки осуществляется с помощью соответствующих пар (2223)-(26-27} тиристоров биполярных .коммутаторов в каждом из БПС 19-21 для получения той или иной из трех ступеней регулирования. Пары (2829}-(32ь-33п) тиристоров предназначены для синхронного переключения выводов а,.- g и отводов (Ъ, -b ) = (tl, -A>) первичных полуобмоток 7-9 и соответствующих им дополнительных обмоток 16-18И, включенных с основными полуобмотками 7-9 в зигзаг. Си-, ловой тиристор 34 является связующим, элементом между тиристорными парами (22"23)-(32п-33и) и обеспечивает протекание тока первичной обмотки в интервалы времени между ее переклю чениями т.е. в установившихся режимах работы устройства. Для принудительного запирания силового тири стора 34 и выключения соответствующих тиристорных пар (22-23)-(32п-33п) по одной из каждой их группы В момент переключения ступеней регулирования как при циклическом (основном), так и плавном регулировании напряжения служит коммутирующий ти1264264

4 ристор 35. Коммутирующие конденсато - ключаются тиристоры 30-31 и включары 36 и 37 и дроссели 38 и 39 необ- ются другие дополнительные пары тиходимы для обеспечения в требуемый ристоров 28-33п в зависимости от немомент времени надежной искусствен- обходимости увеличения коэффициента ной коммутации силового тиристора 5 трансформации ВДТ (например, пара

34 при отпирании коммутирующего ти- тиристоров 28 и 29) или его уменьристора 35. Разделительный диодный шения (например, пара 32-33) относи40-43 мост необходим для обеспечения тельно номинального значения. замыкания реактивного (индуктивного) Во всех случаях (за исключением тока первичной обмотки 7-12 при ее режима, соответствующего максималькоммутации (переключении основных и ному коэффициенту трансформации, ко дополнительных. ступеней, регулирова- вторичным обмоткам ВДТ подключаются ния) с целью исключения дроссель- выводы а, -и его полуобмоток 7-9, ного режима работы ВДТ.

° когда все дополнительные обмотки 16Устройство работает следующим об- 15 18 обесточены) эа счет. протекания разом.

\ тока i, = „./ К (где с ц — ток нагрузВ. зависимости от уровня фазных ки) на соответствующих дополнительнапряжений сети (отклонения от ноных обмотках, подключенных к сети с минального значения) включены по одпомощью тиристоров 30-33 и, наводится ной паре тиристоров из двух их групп 20 магнитный поток и, соответственно биполярных коммутаторов (22-23)Э (32 -33 )

ЭДС, вектор которой имеет направле32и-33ь) и силовой тиристор 34 в ние, противоположное вектору ЭДС каждом БПС 19-21. При необходимости

У обусловленных протеканием тока, по получения только циклического регули- полуобмоткам 10-12 первичной обмотки рования напряжения переключаютсятири-25 так как одна или несколько дополнисторы 22-27 (и, соответственно, тительных обмоток электрически свяристоры 34 и 35), а одна из пар тиэана с той первичной полуобмоткой ристоров (28-29) -(32n-33 ) включена постоянно.

10-!2, которая расположена с ними на одном стержне. магнитопровода ВДТ

Рассмотрим, например, случай, ко- 30 (магнитные потоки их направлены гда при определенном коэффициенте указанных выше соотношениях между

Ь,- Ь1) первичная обмотка переклюколичеством витков дополнительных

ЧаетсЯ по циклическомУ закону. В этом обмоток) при синх онном пе

5 отводов всех трех первичных 7-9 полуны силовой тиристор 34 и тиристоры

30 31 обмоток эквивалентные числа витков

0 и 31, а также соответствующая в полуобмотках 7-9 и 10-12 сохраняпара тиристоров (22-27), обеспечиваются одинаковыми, а токи нулевой поющих подключение полуобмоток (7,11), (8, 12) (9 10) 40 равны и находятся в противофазе т.е. сети (например, в БПС 19 включены тиристоры 22 и 23, в БПС 20 — типостоянно имеет место равновесие меж24 и 2, а в БПС сторы 26 и 27). Тогда отводы о, — b токами для каждого стержня магнитопровода ВДТ, независимо от переклюпервичных 7-9 полуобмоток подключе- 45 чения того или иного отвода a — n ны к фазам сети при положительной (i -номер стержня) полуобмоток 7-9. (отрицательной) полярности ее напряЭто обстоятельство и позволяет выжения по следующей цепи. отвод b,-1730(31) 34(38) 38(34) (анодная) точка тиристоров (22-23n)—

33n) из цепей между отводами Ь

-23(22)-14 †фа f сети (аналогич(=1 2 3) в пол обмотка 7дами о; — n которые имели бы место ным путем подключения к фазам 2 и 3 в полуобмотках 10-12 при отсутствии сети первичные полуобмотки 8 и 9 соответственно). дополнительных обмоток в цепь БПС

: °

19-21. Это дает возможность испольПри необходимости более плавного 55 зовать одни и те же коммутирующие регулирования напряжения (в пределах элементы 35-43 последних для переодной определенной ступени цикличес- ключения тиристоров, обеспечивающих кого регулирования) в БПС 19-21 от- как циклическое (22-27), так и более

4 б

41(40) — 39(36) — 37(34) —, 34(37)

36 (39} — 42(43) — нулевой провод сети.

Для .переключения с одной ступени регулирования напряжения на другую (как при циклическом переключении

7-12, так и при переключении отводов

a; — n;) снимаются импульсы управления с проводящих тиристоров и подается узкий управляющий импульс на коммутирующий тиристор 35, что влечет за собой мгновенное принудительное запирание силового тиристора 34 (осуществляется жесткая параллельная era коммутация импульсным источником напряжения) за счет тока разряда предварительно заряженных коммутирующих конденсаторов 36 и 37, протекаю- . щего по цепи: 35-36-28-29-38-37. При этом через включенный коммутирующий

35 тиристор и соответствующую пару диодов разделительного 40-43 моста протекает затухающий индуктивный ток ВДТ по цепи: а, — 41(40) — 39(35)—

35(39) — 42(43) — нулевой провод ce" ти, что и обеспечивает неразрывность тока ВДТ нри переключении ступеней регулирования.

После мгновенной коммутации силового тиристора 34 происходит также принуцительное эапирание тиристоров

22 и 23 и 28 и 29 за счет прерывания их тока выключением последовательно с ними силового тиристора 34. По мере восстановления запирающих свойств тиристоров 23(22) и 28(29) осуществля,ется перезаряд коммутирующих конденсаторов 36-37.

Аналогичным образом происходит искуственная коммутация тиристоров соответствующих пар и при переключении любых других отводов первичйьщ полуобмоток 7-9.

S 126426 плавное (28-33m} регулирование напряжения, и одновременно с этим исключить дроссельный режим работы ВДТ, Введение дополнительных (!6-16и)— (18-18n) обмоток не сказывается отрицательным образом на сииметрирующие возможности устройства, так как и в этом случае реактивное сопротиво ление 7, для токов нулевой последовательности определяется только потока- 10

9 ми рассеяния и при надлежащем конструктивном выполнении ВДТ может быть сведено к весьма малой величине (сотые доли ом). Для токов прямой и обратной последовательностей такого ВДТ 15 она незначительна и ограничивается лишь проводимостью намагничивания. ,о

Следовательно, чем меньше.7, тем меньше ток нулевой последовательности, проходящий по проводам сети, т.е. ВДТ 20 как бы шунтирует распределительную четырехпроводную сеть и разгружает ее От токов нулевой последователь" ности .основной и высших частот, поэтому более нагруженные фазы сети 25 разгружаются, а менее загруженные нагружаются, т.е. происходит по-прежнему естественное выравнивание токов, приводящее к уменьшению несимметрии фазных напряжений и фильтрацииЗп гармоник тока, кратных трем.

Рассмотрим более подробно основные режимы работы устройства (фиг.1) при.переключении первичной 7-12 Обмотки ВДТ пО циклическому закону 3g или коммутации отводов a; — И; первичных 7-9 полуобмоток.

В зависимости от полярности фазного напряжения сети ток проводят по одному тиристору каждой группы биполярных коммутаторов (за исключением коммутационных интервалов, когда ток проводит коммутирующий 35 тиристор) и силовой 34 тиристар БПС

19-21. Например, при положительной (отрицательной) полуволне синусоиды фазного напряжения сети и подаче широких управляющих импульсов на тири- . сторы 22 и 23 и 28 и 29, а также на силовой 34 тиристор ток в фазе 1 ВДТ замыкается по контуру; фаза 1 сети—

13-23 (22 -38) — 34(38)-28(29) — вывод ц - 7-11 — нулевой провод сети (аналогично и для остальных фаз устройств). При этом осуществляется за- ряд коммутирующих конденсаторов 36 и 37 по цепи: фаза 1 сети — 13

23(22) — 38(34) — 34(38) — 28(29) После завершения коммутационных процессов и при подаче импульсов уп равления на тиристоры двух требуемых пар и силовой тиристор 34 каждого из БПС 19-21 эти тиристоры включаются обеспечивая другую требуемую ступень регулирования напряжения нагрузки.

Следовательно, задавая с помощью системы управления определенные алгоритмы переключения каждой из двух пар тиристоров биполярных коммутаторов, а также силового 34 и коммутирующего

35 тиристоров, можно поддерживать на нагрузке необходимый уровень фазФормула изобретения

7 1264264 8 ных напряжений при обеспечении их сим- ствия дополнительных обмоток — воэможметрии. но лишь плавное широтно-импульсное

Первое частное техническое решение регулирование напряжения нагрузки. предложенного устройства (фиг.2) обе- Следовательно, имеет место трехспечивает регулирование напряжения 5 ступенчатое регулирование напряжения. за счет изменения коэффициента транс- Данное частное техническое решение формации ВДТ путем переключения вы- устройства имеет наиболее простую вода и отводов о; — n; первичных 7-9 силовую схему, и, соответственно, полуобмоток с помощью тиристорных ключей (28 .9)-(320 Ззп} Вместо ти- наи" н ю устано "енную мощност °

10 Однако его недостатком является ограристорных пар (22-23)-(26-27) в каж- ниченный диапазон регулирования надом БПС 19-21 используется лишь пара пряжения нагрузки.

44-45 вентилей, обеспечивающих постоянное подключение двух первичных Минимальное вРемЯ межДУ момента(7, 11), (8-12) и(9, 1P) полуобмоток. 1 ми смежных коммутаций тиристоРов к фазам сети 1, 2- и 3 соответственно. при переключении с уп н и Регулироработа этой схемы как в межкоммута- вания УстРойства ограничено времеционных режимах так и в интервалах нем восстановления тиристоров. Слекоммутации тиристоров соответствую- довательно, -интервалы времени между их пар (28-29)-(32<-330) полно- переключениями ступеней регулировастью ан огична рассмотренным про- ния можно изменять в широких прецессам. Преимуществом данного част- делах в зависимости от требований ного технического решения предлакомпенсации колебаний напряжения, raeMoro изобретения является более обусловленных включением резкоперерощенная силовая схема (и, соот» 25 менных и двигательных нагрузок, или ветственно, система управления) уст- отклонений напряжений, обусловленройства, так как оно не обеспечивает ных изменением напряжения на шинах ического переключения первичной ЦентРа питаниЯ, коэффиЦиента трансобмотки ВДТ а регулирование уровня формации распределительных трансфорфазных напряжений нагрузки Осущест- 30 маторов, а также потерь напряжения в вляется путем изменения коэффициен- сети, определяемых изменением ната трансформации ВдТ. В этом случае гРУзки фаз сети во вРемени. за счет увеличения установленной мощности ВДТ можно обеспечить требуемый диапазон регулирования напря35 жения. Повышение установленной мощности ВДТ устройства компенсируется 1. Устройство для регулирования более высокой его надежностью при и симметрирования напряжений в трехко та ии первичной обмотки, посколь- фазных четырехпроводных сетях, соку здесь принципиально отсутствует 40 держащее трехфазный вольтодобавочвозможность междуфазного к.з ° кото- ный трансформатор (ВДТ) с первичными рое может иметь место в случае элек- полУобмотками, соеДиненными по схеме трического пробоя того или иного встречный зигзаг, общая точка нулетиристора основной группы коммута- вых выводов которых подключена к нулеторов осуществляющих циклическое

Ф 45 вому проводу сети, и вторичными вольпереключение первичной обмотки и, тодобавочными обмотками, включенными соответственно, несрабатывание при в РассечкУ каждого пРовода по тРи этом бесконтактной быстродействую- по числу фаз сети, блока переключещей системы токовой защиты. ния ступеней регулирования напряже-! ния, один анод и катод тиристоров

Второе частное техническое реше- 50 их пар их пар основной группы каждого из коние предлагаемого устройства (фиг.3) торых объединены и подключены к выпо принципу работы аналогично уст- ходному зажиму вторичной обмотки ройству по фиг 1, поскольку осу- ВДТ соединенн соединенному с нагрузкой, о тществляет циклическое переключение л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью первичной обмотки ЗДТ. Более плав- 55 повыше повышения эффективности и расширеное регулирование напряжения без ния диапазона симметричного регулироискажения формы кривой тока в этом вания напряжения нагрузки, одна перварианте отсутствует из-sa отсут- вичная полуобмотка выполнена секци64264

10 фвеЛ

Составитель И, Мирошников

Техред В. Кадар Корректор E. Сирохман

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 5569/53 Тираж 612

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 12 онированной, а ВДТ снабжен дополнительными обмотками по количеству отводов палуобмоток ВДТ, включенных с ними в зигзаг и встречно, а каждый блок переключения ступеней регулиро вания содержит узел общей искусственнной коммутации и дополнительную группу тиристорных коммутаторов, причем анод и катод первой пары группы подключены к первичной полуобмотке, а анод и катод тиристоров остальных пар объединены и подключены через дополнительные обмотки к соо. ветствующим отводам секционированной первичной полуобмотки ВДТ, а другие одноименные электроды соеди/

4 нены между собой в катодную и анод1 ную точки) которые через узел общей ! искусственной коммутации подключены соответственно к катодной и анодной точкам основной группы тиристорных коммутаторов.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю m е е с я тем, что отводы каждой секционированной первичной полу1О обмотки ВДТ выполнены от равного количества витков, а соотношение чисел витков дополнительных обмоток, расположенных на одном стержне магннтопровода ВДТ, подсчитывается ариф 5 метической прогрессии со знаменате лем, равным двум.