Устройство равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трёхфазной сети

Авторы патента:

H02J3/26 - устройства для устранения или уменьшения асимметрии в многофазных сетях

Владельцы патента RU 2591040:

Евсеев Андрей Николаевич (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение материалоемкости и массогабаритных параметров устройства. Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, содержит первичные трансформаторные обмотки и соединенные встречно вторичные трансформаторные обмотки, при этим количество первичных обмоток две, первичные обмотки соединены последовательно согласованно, и подключены к фазным входам устройства так, что точка соединения первичных обмоток и два других их вывода оказываются соединенными с соответствующим входом одной из трех фаз, количество вторичных обмоток также две, и их последовательное соединение подключено между двумя выходами устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к схемам распределительных сетей переменного тока, а именно к устройствам для устранения или уменьшения асимметрии в многофазных сетях, и может быть использовано для питания однофазных потребителей бытового и промышленного назначения от трехфазной сети.

Известно устройство для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, представляющее из себя трехфазный разделительный одно- или многообмоточный (во вторичной цепи) трансформатор потребителя, где каждая из вторичных обмоток имеет независимые от основной обмотки дополнительные витки, предназначенные для компенсации падения напряжения на линии, а каждый из потребителей многообмоточного разделительного трансформатора запитан от своей или от общей (для однообмоточного трехфазного трансформатора) вторичной обмотки, в которой линия каждого потребителя запитана от трех фазных катушек трансформатора, соединенных последовательно, любые две из которых включены согласованно, а третья - встречно (см. RU 2506676 C1, кл. H02J 3/00).

Известное устройство обеспечивает одинаковые токи по фазам только при четырехпроводной схеме включения (три фазы и нейтральный провод), при этом через нейтральный провод протекает ток, равный току нагрузки, что приводит к нарушению равенства фазных напряжений. Кроме того, недостатком такого устройства является излишнее количество первичных и вторичных обмоток трансформатора, что приводит к дополнительному расходу обмоточного провода и стали магнитопровода.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом является симметрирующий трехфазно-однофазный трансформатор переменного напряжения, содержащий входные и выходные зажимы, к которым подключен трансформатор, имеющий первичные обмотки во всех трех фазах и две вторичные обмотки в фазах A и C, при этом первичные обмотки соединены в «зигзаг», причем соединены обмотки фаз A и B, В и C, C и A, а вторичные обмотки в фазах A и C включены встречно и соединены с выходными зажимами (см. RU 2321133 C1, кл. H02J 3/26).

Недостатком известного трансформатора является повышенная материалоемкость, обусловленная требованиями большого количества провода для намотки обмоток (что является особенностью соединения обмоток в «зигзаг»), а также избыточным количеством самих первичных обмоток, что помимо дополнительного расхода обмоточного провода влечет и дополнительный расход стали магнитопровода, что в свою очередь приводит к увеличению массогабаритных параметров известного трансформатора. Кроме того, конструкция трансформатора получается избыточно сложной, а КПД недостаточным.

Техническим результатом является снижение материалоемкости и массогабаритных параметров устройства, упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления и увеличение КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, содержащем первичные трансформаторные обмотки и соединенные встречно вторичные трансформаторные обмотки, количество первичных обмоток всего две, первичные обмотки соединены последовательно согласованно и подключены к фазным входам устройства так, что точка соединения первичных обмоток соединена со входом одной из трех фаз, а другие концы первичных обмоток соединены с соответствующими входами двух других фаз, количество вторичных обмоток также всего две, вторичные обмотки соединены последовательно встречно и концы их последовательного соединения подключены к выходам устройства.

Кроме того, устройство выполнено в виде единого трансформатора или в виде двух идентичных однофазных трансформаторов, каждый из которых имеет одну первичную и одну вторичную обмотки.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показана схема устройства, выполненная на основе одного трансформатора, на Фиг. 2 - схема устройства, выполненная на основе двух трансформаторов.

На чертежах сделаны следующие обозначения.

1 и 2 - первичные обмотки, 3 и 4 - вторичные обмотки, 5 - зажимы на фазных входах устройства, 6 - зажимы на выходах устройства, 7 - трансформатор (для случая однотрансформаторной схемы), 8 и 9 - трансформаторы (для случая двухтрансформаторной схемы).

Трансформатор 7 выполнен на трехстержневом магнитопроводе и содержит две 1 и 2 первичные обмотки и две 3 и 4 вторичные обмотки, намотанные на двух крайних стержнях магнитопровода. Первичные обмотки соединены последовательно согласованно, так, что конец обмотки 1 соединен с началом обмотки 2, при этом точка соединения обмоток является одним из трех фазных входов устройства и соединена с соответствующим зажимом 5 фазы B1 питающей сети. Начало обмотки 1 является другим фазным входом и соединено с соответствующим зажимом 5 фазы A1, а конец обмотки 2 является третьим фазным входом и соединен с соответствующим зажимом 5 фазы C1. Зажимы 5 соединены с соответствующими фазными входами устройства и предназначены для подключения к трехфазной питающей сети.

Начала вторичных обмоток 3 и 4 соединены между собой, а концы этого последовательного соединения вторичных обмоток являются выходами A2 и C2 устройства и соединены с соответствующими зажимами 6, предназначенными для подключения однофазного потребителя. Таким образом, вторичные обмотки включены последовательно встречно.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети может быть выполнено как на основе единого трансформатора 7 (Фиг. 1), так и на основе двух идентичных однофазных трансформаторов 8 и 9 (Фиг. 2), каждый из которых имеет одну первичную и одну вторичную обмотки, при этом порядок соединения обмоток такой же, как и для однотрансформаторной схемы.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети работает следующим образом. При подаче на фазные входы напряжения от фаз A1, B1, C1 питающей сети и подключенном к выходам A2 и С2 потребителе (нагрузке) в обмотках трансформатора 7 протекают токи. При этом токи фаз A1 и C1 равны между собой по величине (поскольку через вторичные обмотки 3 и 4 протекает один и тот же ток - ток нагрузки), а ток фазы B1 имеет вдвое большую величину, поскольку к этой фазе подключены выводы двух первичных обмоток трансформатора. Таким образом, потребление мощности по фазе B1 составляет 50% от общего потребления мощности, а потребление по фазам A1 и C1 составляет по 25% от общего потребления.

Такое же распределение мощностей по фазам (25%-50%-25%) имеет и прототип. Однако известный трансформатор является трехфазным и должен быть изготовлен с использованием значительно большего количества трансформаторной стали и обмоточного провода. Так, соединение обмоток в «зигзаг», используемое в прототипе, требует намотки в 2/√3 ≈1,16 раза большего числа витков, чем это требуется для изготовления устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети.

Более того, вместо трех групп обмоток в устройстве для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети используются всего две обмотки, общее число витков которых (при прочих равных условиях) оказывается в 1,5·1,16=1,74 раза меньшим.

Масса требуемой стали в магнитопроводе в устройстве для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети также становится в 1,2…1,3 раза меньше, чем в прототипе.

Уменьшение количества обмоток обеспечивает упрощение конструкции и повышает технологичность изготовления устройства, требующего меньшей намотки, с одновременным снижением массогабаритных параметров устройства. Уменьшение количества витков обмоток также влечет снижение материалоемкости и, в итоге, снижение массы устройства.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети может быть выполнено в виде двух однофазных трансформаторов, один из которых содержит обмотки 1 и 3, а другой - обмотки 2 и 4.

Выполнение устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети на основе двух однофазных трансформаторах обеспечивает еще большее снижение массы устройства за счет снижения массы магнитопровода.

Технико-экономическая эффективность устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети в сравнении с прототипом состоит в существенной экономии материалов, снижении массогабаритных показателей трансформатора, а также в повышении КПД устройства в целом. При этом повышение КПД устройства обеспечивается благодаря меньшему требуемому числу витков, что приводит к снижению потерь в обмотках, а также благодаря уменьшению массы магнитопровода, что позволяет снизить потери в трансформаторной стали.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети может быть изготовлено с использованием стандартного трансформаторного железа и обмоточной проволоки.

Таким образом, устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети обладает более низкими материалоемкостью, массой и габаритами, имеет более простую конструкцию, более технологично и обладает более высоким КПД.

1. Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, содержащее первичные трансформаторные обмотки и соединенные встречно вторичные трансформаторные обмотки, отличающееся тем, что количество первичных обмоток всего две, первичные обмотки соединены последовательно согласованно и подключены к фазным входам устройства так, что точка соединения первичных обмоток соединена со входом одной из трех фаз, а другие концы первичных обмоток соединены с соответствующими входами двух других фаз, количество вторичных обмоток также всего две, вторичные обмотки соединены последовательно и концы их последовательного соединения подключены к выходам устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде единого трансформатора или в виде двух идентичных однофазных трансформаторов, каждый из которых имеет одну первичную и одну вторичную обмотки.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети.

Трехфазное симметрирующее устройство и способ управления им // 2567747

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для устранения несимметрии токов и напряжений в трехфазных сетях. Технический результат - повышение быстродействия и энергетических показателей, улучшение электромагнитной совместимости.

Способ и устройство электроснабжения воздушного летательного аппарата (варианты) // 2554723

Группа изобретений относится к наземным сооружениям для привязных летательных аппаратов. Первый вариант способа электроснабжения воздушного летательного аппарата с удерживающим тросом характеризуется тем, что передачу электроэнергии с земли осуществляют повышенным напряжением 0,1…10 кВ постоянного тока путем преобразования напряжения источника питания на земле по напряжению с 12…380 В до 0,1…10 кВ и передачи по линии электропередачи с дальнейшим преобразованием напряжения 0,1…10 кВ до 12…380 В.

Устройство симметрирования напряжений трехфазной сети // 2552377

Изобретение относится к области электротехники. Устройство предназначено для улучшения качества электрической энергии по уровню несимметрии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ.

Устройство восстановления и симметрирования напряжений при обрыве двух фаз сети // 2551351

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении быстродействия и мощности устройства.

Способ симметрирования фазных токов трехфазной четырехпроводной линии и устройство для его осуществления // 2548656

Способ и устройство относятся к области электротехники и могут быть использованы для автоматического симметрирования нагрузки линий трехфазной четырехпроводной сети, по меньшей мере, часть потребителей которой являются однофазными.

Способ подвода электрической энергии в трехфазную сеть переменного напряжения // 2543988

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение несимметрии в трехфазной сети переменного напряжения.

Устройство компенсации тока замыкания на землю в трехфазных электрических сетях (варианты) // 2524347

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей.

Трехфазное симметрирующее устройство // 2521864

Изобретение относится к области электротехники. Заявлено трехфазное симметрирующее устройство, в котором трехфазный трехстержневой трансформатор содержит обмотки, соединенные встречно в зигзаг.

Устройство управления и способ управления, используемые при шунтировании блоков питания // 2518093

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве и способе управления, используемых при шунтировании блоков питания. Технический результат - уменьшение пульсации выходного напряжения.

Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции переменного тока // 2592862

Способ относится к системе электроснабжения переменного тока электрических железных дорог, а именно к регулированию напряжения с помощью трансформатора с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (УРПН) и с установкой продольной емкостной компенсации (УПК) с нерегулируемой и регулируемой секциями, включенной в отсасывающую линию. Технический результат - повышение эффективности совместной работы УПК и УРПН с учетом симметрирующего свойства УПК. Для достижения технического результата измеряют входное индуктивное сопротивление подстанции до шин 110 (220) кВ и при токе отсасывающей линии менее номинального тока нерегулируемой секции УПК определяют целесообразность включения (отключения) регулируемой секции УПК для приближения сопротивления УПК к сопротивлению подстанции. 1 ил.

Способ симметрирования фазных токов трёхфазной четырёхпроводной линии и устройство для его осуществления // 2598760

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение уровня несимметрии фазных токов линии. Согласно способу получают в месте присоединения нагрузки сигналы фазных напряжений, тока нулевого провода линии и тока нулевого провода нагрузки, после чего измененяют текущее подключение фазных проводов нагрузки к фазным проводам линии, как одного из трех технически допустимых ее подключений ABC, CAB и ВСА, на одно из двух других подключений. При этом для текущего и двух других подключений фазного провода однофазной нагрузки к фазным проводам линии или двух других подключений фазных проводов трехфазной нагрузки к фазным проводам линии с такой же последовательностью чередования фаз, как и у текущего подключения, определяют значение показателя несимметрии фазных токов линии с ее питающей стороны и в качестве последующего выбирают подключение нагрузки с наименьшим значением показателя несимметрии. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Ветроэнергетическая установка и способ ввода электрической энергии // 2605446

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для ввода электрической энергии в электрическую, трехфазную сеть. Техническим результатом является повышение качества электроэнергии сети. В ветроэнергетической установке и способе ввода электрической энергии в электрическую трехфазную сеть (8) осуществляются следующие этапы: ввод электрического тока посредством блока (2) ввода энергии в точке (60) подключения к сети, регистрация асимметрии в сети (8) электропитания, в частности, компоненты системы обратной последовательности в сети (8) электропитания, ввод в сеть (8) электропитания асимметричной составляющей тока для по меньшей мере частичной компенсации зарегистрированной асимметрии, причем ввод асимметричной составляющей тока осуществляется таким образом, что блок (2) ввода энергии для этого ведет себя как потребитель. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Трехфазное симметрирующее устройство // 2612649

Изобретение относится к электротехнике. Предлагается трехфазное симметрирующее устройство, в котором трехфазный трехстержневой трансформатор содержит две или три первичные обмотки, включенные встречно в зигзаг. Свободные выводы первых обмоток через трехфазный автоматический выключатель подключаются к входным или выходным зажимам, а свободные выводы вторых обмоток соединяются в одну общую нулевую точку для подключения фазных нагрузок. Между нулевым выводом питающей сети и нулевым выводом трехфазного трансформатора включается дроссельный фильтр токов нулевой последовательности. Технический результат – повышение надёжности. 2 ил.

Способ и устройство для ввода электрического тока в электрическую сеть // 2613357

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – обеспечение несимметричного ввода энергии в сеть для компенсации имеющейся в сети несимметричности. Согласно способу ввода электрического тока в электрическую трехфазную сеть с первой, второй и третьей фазой с первым, вторым и третьим напряжением с сетевой частотой измеряют первое, второе и третье напряжение, преобразуют первое, второе и третье напряжение в систему прямой последовательности напряжения и систему обратной последовательности напряжения по методу симметричных составляющих, вычисляют первый, второй и третий заданные токи для ввода в первую, вторую и третью фазу сети, причем вычисление первого, второго и третьего заданных токов выполняют в зависимости от по меньшей мере одного значения системы напряжений прямой последовательности и/или системы напряжений обратной последовательности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для регулирования напряжения // 2628403

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Устройство регулирования напряжения содержит трехфазный трансформатор, в первичные обмотки каждой фазы которого включены соединенные последовательно сетевая и регулировочная части, при этом в каждой из трех фаз первые выводы регулировочной части соединены с выводом сетевой части, образуя общую точку, а вторые выводы регулировочной части соединены с первыми выводами неуправляемого реактора каждой из фаз, вторые выводы неуправляемых реакторов всех трех фаз соединены между собой, образуя первую нейтраль, к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первой и второй фаз подключены первые выводы тиристорных ключей, вторые выводы тиристорных ключей первой и второй фаз объединены между собой, образуя вторую нейтраль, к которой подключена общая точка соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки третьей фазы. Технический результат состоит в упрощении конструкции, улучшении регулировочных характеристик и повышении надежности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Трехфазный управляемый шунтирующий реактор // 2628751

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - повышение надежности. Реактор содержит в каждой фазе (1, 4, 5) две обмотки (2, 3), которые одним выводом объединены с обмотками других фаз в две звезды, между нулевыми выводами которых и заземлением (11) включены заземляющие дроссели (12, 13), а также между этими нулевыми выводами включены два последовательно соединенных конденсатора (6, 7), возбудитель (10) полюсами через сглаживающие дроссели (8, 9) присоединен к нулевым выводам. Новым является то, что средняя точка конденсаторов (6, 7) соединена с заземлением (11). 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Модуль интеллектуальной электроэнергетики // 2630777

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении электросетей с автоматическим перераспределением потоков электроэнергии по разным линиям электропередачи к потребителям с варьируемой нагрузкой по фазам трехфазной сети и варьируемой мощностью потребления в широких пределах. Заявлен модуль интеллектуальной электроэнергетики, содержащий трехфазный трансформатор с тремя замкнутыми между собой железными магнитопроводами, на каждом из которых выполнены входная и три выходных обмотки, две из которых включены согласно-последовательно, первая из которых включена встречно-последовательно с третьей обмоткой, выполненной по схеме «зигзаг» на смежном магнитопроводе, как в симметрирующем трансформаторе. Три вторых обмотки каждого из магнитопроводов выполнены с N выводами, подключаемыми к соответствующим фазам линии электропередачи через управляемые симисторы, а свободные концы трех третьих обмоток включены согласно-параллельно к трем одинаковым обмоткам однофазного трансформатора, вторичная обмотка которого встречно-последовательно включена между общей точкой свободных концов трех указанных входных обмоток однофазного трансформатора и нулевой шиной линии электропередачи, причем выбор включения соответствующих отводов вторых многоотводных обмоток трехфазного трансформатора через N соответствующих управляемых симисторов к трем фазам линии электропередачи осуществляется автоматически с помощью трех одинаковых систем автоматического регулирования из электронных устройств контроля силы токов в каждой фазе и напряжений в них в начале линии электропередачи, а также с помощью трех раздельных двухпетлевых систем автоподстройки с преобразованием управляющих аналоговых сигналов в цифровые коды с последующей их дешифрацией с числом каналов N на выходах каждого из дешифраторов, связанных с управляемыми симисторами через N оптопар. Система автоматического регулирования, входящая в состав модуля, включает устройство измерения тока фазы, измерителя напряжения переменного тока в начале линии электропередачи, измерителя напряжения, падающего в фазном проводнике с известным сопротивлением в линии электропередачи, двух формирователей постоянных напряжений-эквивалентов разности напряжения в начале линии и фазном проводе и стабилизируемого напряжения в конце фазного проводника линии электропередачи, а также аналогового сумматора. Технический результат - повышение быстродействия процесса регулирования напряжения у потребителя по каждой из фаз с повышенной точностью стабилизации, повышение надежности действия, устранение перекосов фазного напряжения и снижения потерь электроэнергии путем снижения (ликвидации) уравнительного тока в нулевой шине при автоматическом перераспределении потоков энергии различным потребителям по их выделенным линиям передачи с расширением диапазона потребляемых мощностей разными потребителями. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трёхфазной линии электропередачи // 2630778

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в трехфазных линиях электропередачи при различных пофазных нагрузках с целью энергосбережения. Заявлено устройство нейтрализации уравнительного тока в нулевой шине трехфазной линии электропередачи, связанной с трансформаторной подстанцией с одной стороны и потребителем с варьируемыми пофазными нагрузками, включаемыми по схеме звезды, с другой стороны, отличающееся тем, что в нем использован однофазный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками, начала которых подключены к нулевым выводам вторичных обмоток фазных напряжений силового трехфазного трансформатора подстанции, а их концы соединены между собой в узел, а вторичная обмотка этого трансформатора подключена встречно-последовательно между указанным узлом и нулевой шиной линии, при этом число витков этой обмотки выбрано так, что индуцируемое в ней напряжение, пропорциональное уравнительному току как геометрической сумме фазных токов, равно и направлено встречно напряжению, которое падало бы в сопротивлении нулевой шины от протекания уравнительного тока в ней в отсутствие данного устройства. Технический результат - снижение потерь электроэнергии при ее транспортировке по четырехпроводной линии. Применение заявляемого устройства нейтрализации уравнительного тока позволяет существенно снизить потери электрической энергии при ее транспортировке на значительные расстояния и найдет широкое распространение, в интеллектуальной электроэнергетике будущего. 2 ил.

Устройство для межфазного распределения тока (варианты) // 2633958

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для повышения энергетической эффективности однофазных потребителей, путем рекуперации большей части потребляемой энергии в сеть за счет межфазного распределения тока (МРТ). Техническим результатом является расширение диапазона рекуперации потребляемой энергии в случае использования для однофазных потребителей. Первый вариант устройства для межфазного распределения тока содержит два однофазных трансформатора, промежуточный вывод обмотки каждого из которых подключен к первой клемме потребителя, а крайние выводы - к фазным входным выводам. Вторая клемма потребителя подключена к общей точке двух крайних выводов упомянутых обмоток, число витков каждой из которых разделено промежуточным выводом на два неравных участка. К фазным входным выводам подключены участки обмоток с большим числом витков. Второй вариант устройства отличается от первого варианта тем, что промежуточный вывод каждой обмотки трансформатора делит ее число витков на равные участки. Согласно первому варианту диапазон рекуперации расширяется от величины, превышающей половину потребляемой энергии до величины, ограниченной только конструктивным усложнением трансформаторов МРТ, связанным с сильно выраженным неравенством сечений участков каждой фазной обмотки. Согласно второму варианту рекуперация равна половине потребляемой энергии. При этом сечения участков каждой фазной обмотки равны, что упрощает их изготовление. Магнитопроводы трансформаторов МРТ могут иметь различную конфигурацию, в том числе витую ленточную кольцевидной формы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.