Устройство для симметрирования неполнофазных режимов

 

Устройство для симметрирования неполнофазных режимов относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения. Устройство содержит три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами, компенсирующие конденсаторы, фазосдвигающие дроссели и клеммы для подключения переходной нагрузки. Введенные три фазокомпенсационных конденсатора, включены между фазосдвигающими дросселями и клеммами для подключения трехфазной нагрузки, каждый из которых зашунтирован параллельно включенными замыкающими контактами реле минимального напряжения собственной и отстающей фазы, а каждый из фазосдвигающих дросселей зашунтирован параллельно включенными контактами реле минимального напряжения соседних фаз. За счет чего обеспечивается улучшение качества энергии. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения двойной технологии для питания потребителей первой категории, обеспечивающих непрерывность технологического цикла при максимальном энергосбережении.

Известно устройство симметрирования неполнофазных режимов, содержащее стабилизатор переменного напряжения, подзарядное устройство, выходной трансформатор, аккумуляторную батарею и схему управления режимами работы (А. С. N 522536, 1972). Введение в стабилизатор трех тиристорных ключей, образующих второй узел регулирования, позволяет при общих узле коммутации и схеме управления использовать одно устройство электропитания как для стабилизации напряжения, так и для бесперебойного переключения потребителей электрической энергии с одной сети на другую в случае возникновения аварийной ситуации в первой, а также переключение на инвертор в случае выхода из строя обеих сетей. Устройство характеризуется высоким качеством электрической энергии, бесперебойностью питания потребителей и высокой степенью автоматизации при переходе с одного режима работы на другой, однако ему присущи и недостатки, среди которых основными являются: высокая стоимость, сложность настройки и эксплуатации.

Известно также устройство для симметрирования неполнофазных режимов, содержащее три реле минимального напряжения и четыре контактора, трехфазный асинхронный двигатель, трехфазное реле напряжения, подключенное к шинам основного источника питания, а также компенсирующие конденсаторы (А.С. N 633110, 1977). Устройство характеризуется простотой схемного решения, высокой надежностью, однако качество электрической энергии при образовании пропавшей фазы является низким ввиду наличия амплитудной и фазовой несимметрии напряжения на зажимах потребителей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для симметрирования неполнофазных режимов, содержащее три фазных реле минимального напряжения источника питания, компенсирующие конденсаторы, каждый из которых включен последовательно с размыкающим контактом соответствующего фазного реле минимального напряжения между одноименной фазой источника и смежной с ней фазой обратной последовательности, клеммы для подключения трехфазной нагрузки и три фазосдвигающих дросселя, каждый из которых включен между фазой источника питания и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован двумя последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних фаз (А.С. N 172 3627, 1989). При пропадании напряжения в одной любой фазе ее фазное реле минимального напряжения обеспечивает образование пропавшей фазы от смежной с помощью компенсирующего конденсатора, обеспечивающего поворот на 90^o и соответствующего фазосдвигающего дросселя, осуществляющего поворот угла на 30^o, в результате чего в любой момент времени на клеммах для подключения трехфазной нагрузки образуется трехфазная симметричная по амплитуде и фазе система напряжения. Устройство характеризуется высоким качеством электрической энергии, простотой и высокой надежностью в работе, в нем отсутствуют перерывы в питании потребителей.

Недостаток устройства состоит в том, что оно не может обеспечить симметричность трехфазного напряжения на зажимах потребителей при обрыве любых фаз сети.

Целью изобретения является повышение качества напряжения при обрыве двух любых фаз сети.

Указанная цель достигается тем, что в упомянутом известном устройстве для симметрирования неполнофазных режимов, содержащем три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами, компенсирующие конденсаторы, фазосдвигающие дроссели и клеммы для подключения трехфазной нагрузки введены три фазокомпенсационных конденсатора, включенных между фазосдвигающими дросселями и соответствующими клеммами для подключения трехфазной нагрузки, каждый из которых зашунтирован параллельно включенными замыкающими контактами реле минимального напряжения собственной и отстающей фазы, а каждый из фазосдвигающих дросселей зашунтирован параллельно включенными контактами реле минимального напряжения соседних фаз.

Сравнительный анализ показал, что заявленное изобретение отличается наличием трех фазокомпенсационных конденсаторов, расположенных в такой последовательности, которая приводит к техническому результату, а также особым расположением фазосдвигающих дросселей.

Анализ патентной литературы показал, что до даты подачи отсутствовали устройства с указанной совокупностью существенных признаков, что говорит о новизне заявляемого технического решения.

Поиск технических решений в смежных областях техники не позволил выявить отличительные признаки заявляемого технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства. На фиг. 2 показаны векторные диаграммы токов при обрыве фаз A и B, B и C, C и A соответственно.

Устройство для симметрирования неполнофазных режимов содержит три реле минимального напряжения 1, 2, 3, контролирующие напряжения в фазах A, B и C сети, с размыкающими контактами 7, 8 и 9 и замыкающими контактами 10, 11, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 26, 27, 29, 30, 32, 33, компенсирующие конденсаторы 4, 5, 6, фазосдвигающие дроссели 12, 17, 22, фазокомпенсирующие конденсаторы 25, 28, 31 и клеммы для подключения трехфазной нагрузки 34, 35 и 36, при этом реле минимального напряжения 1 принадлежат размыкающий контакт 8 и замыкающие контакты 15, 18, 20, 23, 26, 32, реле минимального напряжения 2 принадлежат размыкающий контакт 9 и замыкающие контакты 10, 13, 21, 24, 27, 29, реле минимального напряжения 3 принадлежат размыкающий контакт 7 и замыкающие контакты 11, 14, 16, 19, 30, 33. Размыкающие контакты 7...9 предназначены для отключения устройства при наличии всех трех фаз сети, замыкающие контакты 10, 11, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24 предназначены для шунтирования фазосдвигающих дросселей 12, 17, 22, а замыкающие контакты 26, 27, 29, 30, 32, 33 предназначены для шунтирования фазокомпенсационных конденсаторов 25, 28 и 31. Реле минимального напряжения 1. . .3 включены на фазные напряжения сети, фазосдвигающие дроссели 12, 17 и 22 включены последовательно с фазокомпенсационными конденсаторами 25, 28 и 31. Компенсирующие конденсаторы 4....6 обеспечивают электрической энергией поврежденные фазы с одновременным поворотом тока на угол 90^o против часовой стрелки. Фазосдвигающие дроссели 12, 17, 22 обеспечивают поворот токов на 30^o по часовой стрелке, а фазокомпенсационные конденсаторы 25, 28 и 31 обеспечивают поворот тока на 30^o против часовой стрелки, при этом указанные повороты токов осуществляются относительно вектора тока исправной фазы, направление которого считается базовым.

Устройство работоспособно в следующих режимах: при наличии всех фаз сети, при обрыве фаз A и B, при обрыве фаз B и C и при обрыве фаз C и A.

Устройство симметрирования напряжения в неполнофазных режимах работает следующим образом.

При наличии напряжения во всех фазах источника срабатывают реле минимального напряжения 1...3, при этом их размыкающие контакты 7...9 размыкаются, а замыкающие контакты 10, 11, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 26, 27, 29, 30, 32, 33 замыкаются, в результате чего токи фаз источника питания протекают к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 34....36, минуя фазосдвигающие дроссели 12, 17, 22 и фазокомпенсационные конденсаторы 25, 28 и 31, так как каждый из них зашунтирован. При отсутствии напряжения в любых двух фазах сети, например в фазах A и B, сработает реле минимального напряжения 3, при этом его размыкающий контакт 7 размыкается, а замыкающие контакты 11, 14, 16, 19, 30, 33 замыкаются, образуя следующие пути протекания токов фаз источника питания к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 34...36: ток фазы A образуется с помощью фазы B и элементов 5 и 8 и проходит через фазокомпенсационный конденсатор 19 к клемме 34 (фиг. 1); ток фазы B образуется с помощью элементов 6 и 9 от фазы C и протекает непосредственно к клемме 35, минуя фазосдвигающий дроссель 17 и фазокомпенсационный конденсатор 28; ток фазы C проходит через фазокомпенсационный дроссель 22 непосредственно к клемме 36, при этом образуется трехфазная система токов, показанных на векторной диаграмме, изображенной на фиг. 2.

При отсутствии напряжения в фазах B и C, C и A механизм образования симметричной системы токов не изменяется, т.е. в каждой исправной фазе ток проходит через собственный фазосдвигающий дроссель, отставая от первоначального направления на угол 30^o, в каждой второй по номеру неисправной фазе ток минует фазосдвигающий дроссель и фазокомпенсационный конденсатор и его направление определяется компенсирующим конденсатором, подключенным к исправной фазе, а ток каждой по порядку неисправной фазы проходит через фазокомпенсационный конденсатор опережая первоначальное направление на 30^o, при этом между токами устанавливаются фазовые сдвиги, равные 120^o (фиг. 2). Значения указанных токов при наличии напряжения обозначены через I_A1, I_B1 и I_С1, а значения токов, протекающих через нагрузку, обозначены через I_A2, I_B2 и I_С2 (фиг. 2).

Формула изобретения

Устройство для симметрирования неполнофазных режимов, содержащее три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами и контролирующие напряжения в фазах A, B и С сети, компенсирующие конденсаторы, каждый из которых включен последовательно с размыкающими контактами соответствующего реле между одноименной фазой источника питания и смежной с ней отстающей фазой источника питания и три фазосдвигающих дросселя, каждый из которых включен между фазой источника питания и одноименной клеммой для подключения трехфазной нагрузки и зашунтирован между последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних фаз, отличающееся тем, что введены три фазокомпенсационных конденсатора, включенных последовательно с фазосдвигающими дросселями между фазосдвигающими дросселями и соответствующими клеммами нагрузки, при этом каждый фазокомпенсационный конденсатор зашунтирован параллельно включенными замыкающими контактами реле минимального напряжения соседних фаз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2