Результат интеллектуальной деятельности: Устройство симметрирования напряжения сети при обрыве двух любых фаз

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения объектов в качестве устройства симметрирования напряжения сети при обрыве двух любых фаз.

Известно устройство симметрирования напряжения, содержащее клеммы сети, три реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами и контролирующие напряжение в фазах А, В и С сети, компенсирующие конденсаторы, каждый из которых включен последовательно с размыкающими контактами соответствующего реле между одноименной 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, 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 [1]. Данное устройство нашло широкое применение в системах электроснабжения различных объектов ввиду высокого быстродействия восстановления напряжения, однако схема сложна из-за большого числа элементов, обеспечивающих амплитудную и фазовую симметрию. Кроме того, элементы схемы не влияют на качество напряжения сети и гармоники на входе устройства беспрепятственно проходят на клеммы для подключения потребителей.

Техническим результатом изобретения является повышение качества напряжения сети.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройство симметрирования напряжения сети, содержащее клеммы сети, три реле минимального напряжения с замыкающими и размыкающими контактами и контролирующие напряжение в фазах А, В и С сети по отдельности, фазообразующее устройство, и клеммы для подключения нагрузки, введено трехфазное реле контроля всех фаз одновременно, снабженное одним трехфазным замыкающим контактом и одним трехфазным размыкающим контактом, фазообразующее устройство выполнено в виде преобразователя числа фаз по типу электрической машины с заторможенным ротором, содержащим входную часть, составленную из первой и второй обмоток, и конденсатор, причем указанные обмотки размещены в пазах внутреннего сердечника, и выходную часть, содержащую внешний, соосный внутреннему, сердечник, в пазах которого размещена выходная трехфазная обмотка, соединенная в звезду, а из размыкающих и замыкающих контактов трех реле минимального напряжения сформированы три ветви, началом каждой ветви является соответствующая фаза, подключенная к последовательно соединенным размыкающим контактам реле минимального напряжения соседних фаз и замыкающему контакту реле минимального напряжения этой фазы, а концом каждой ветви является общая точка соединения всех ветвей, при этом конец первой обмотки входной части преобразователя числа фаз соединен с началом второй обмотки, а их общая точка соединена с нулевым проводом 0, конец второй обмотки соединен с вторым выводом конденсатора и с общей точкой соединения всех ветвей, первый вывод конденсатора подключен к началу первой обмотки, причем каждая фаза замыкающего контакта трехфазного реле включена в рассечку фазы сети между клеммой сети и клеммой для подключения нагрузки, а каждая фаза размыкающего контакта трехфазного реле включена между соответствующими выводами трехфазной обмотки выходной части преобразователя числа фаз и клеммами для подключения нагрузки, соответственно.

Принципиальная электрическая схема устройства показана на чертеже.

Устройство содержит клеммы сети А, В, С и 0, первое 1, второе 2 и третье 3 реле минимального напряжения для контроля напряжения в каждой фазе, соответственно, причем реле 1 содержит замыкающий контакт 1-1 и размыкающие контакты 1-2 и 1-3, реле 2 содержит замыкающий контакт 2-2 и размыкающие контакты 2-1 и 2-3, реле 3 содержит замыкающий контакт 3-3 и размыкающие контакты 3-1 и 3-2; трехфазное реле 4, содержащее трехфазные замыкающие контакты 4-1 и трехфазные размыкающие контакты 4-2; преобразователь числа фаз 5, выполненный по типу электрической машины с заторможенным ротором и содержащий входную часть 5-1, содержащую первую обмотку 6 с началом 6-1 и концом 6-2, вторую обмотку 7 с началом 7-1 и концом 7-2 и конденсатор 8 с первым выводом 8-1 и вторым выводом 8-2, причем указанные обмотки размещены в пазах внутреннего сердечника (не показан), и выходную часть 5-2, содержащую внешний, соосный внутреннему, сердечник (не показан), в пазах которого размещена выходная трехфазная обмотка 9, соединенная в звезду и клеммы для подключения нагрузки 10, причем клеммы сети А, В, С и 0 подключены к внешнему источнику (не показан), реле 1 включено между фазой А и нулевым проводом 0, реле 2 включено между фазой В и нулевым проводом 0, реле 3 включено между фазой С и нулевым проводом 0, реле 4 подключено к фазам А, В и С одновременно, замыкающие контакты 4-1 реле 4 включены в рассечки фаз между клеммами сети А, В, С и 0 и клеммами для подключения нагрузки 10, начало 6-1 первой обмотки во входной части 5-1 преобразователя числа фаз 5 соединено с первым выходом 8-1 конденсатора 8 и с общей точкой 11 первой (не обозначена), второй (не обозначена) и третьей (не обозначена) ветвей, причем первая ветвь образована фазой А и последовательно соединенными: размыкающим контактом 2-1 реле 2, размыкающим контактом 3-1 реле 3 и замыкающим контактом 1-1 реле 1; вторая ветвь образована фазой В и последовательно соединенными: размыкающим контактом 3-2 реле 3, размыкающим контактом 1-2 реле 1 и замыкающим контактом 2-2 реле 2; третья ветвь образована фазой С и последовательно соединенными: размыкающим контактом 1-3 реле 1, размыкающим контактом 2-3 реле 2 и замыкающим контактом 3-3 реле 3, конец 6-2 первой обмотки в входной части 5-1 преобразователя числа фаз 5 соединен с началом 7-1 второй обмотки 7, а конец 7-2 указанной обмотки соединен с выводом 8-2 конденсатора 8, при этом общая точка соединения конца 6-2 обмотки 6 и начало 7-1 обмотки 7 соединена с нулевым проводом 0, обмотка 9 выходной части 5-2 преобразователя числа фаз 5 подключена к фазам А, В и С с помощью фаз размыкающих контактов 4-2 реле 4. Все элементы схемы устройства серийно выпускаются отечественной промышленностью. Первая 6 и вторая 7 обмотки входной части 5-1 преобразователя числа фаз 5 сдвинуты в пространстве на угол π/2, а конденсатор 8 обеспечивает сдвиг во времени между токами указанных обмоток также на угол π/2, чем и обеспечивается создание кругового вращающегося магнитного поля [2].

Устройство работает следующим образом.

При включении внешнего источника на клеммах сети А, В, С и 0 появляется напряжение, под действием которого срабатывают реле минимального напряжения 1, 2, 3 и трехфазное реле 4, в результате чего размыкающие контакты 1-2, 1-3 реле 1; размыкающие контакты 2-1, 2-3 реле 2; размыкающие контакты 3-1, 3-3 реле 3 разомкнутся, а замыкающие контакты 1-1 реле 1, 2-2 реле 2 и 3-3 реле 3 замкнутся, однако напряжение на обмотке 6 входной части 5-1 преобразователя числа фаз 5 будет отсутствовать и преобразователь числа фаз будет в обесточенном состоянии. Кроме того, срабатывание реле 4 обеспечит включение замыкающих контактов 4-1 и отключение размыкающих контактов 4-2, что отключит обмотку 9 выходной части 5-2 преобразователя числа фаз 5 от клемм для подключения нагрузки 10. При пропадании напряжения на двух любых клеммах сети А, В; В, С или С, А, например А и В, сработает только реле 3, тогда напряжение фазы С обеспечит протекание тока через размыкающие контакты 1-3 реле 1 и 2-3 реле 2 и замыкающий контакт 3-3 реле 3 и общую точку 11 параллельной цепи и обмотки 6 и 7 входной части 5-1 преобразователя числа фаз 5, что создаст в входной части 5-1 указанного преобразователя фаз 5 круговое вращающееся магнитное поле (КВМП), магнитные силовые линии пересекают витки фаз обмотки 9 в выходной части 5-2 преобразователя числа фаз 5 и наводят в них ЭДС, которые и используются для питания потребителей. Поскольку конструкция выходной части 5-2 преобразователя числа фаз подобна статору синхронного генератора, то ЭДС фазы обмотки 9 можно определить по формуле

где ƒ - частота сети; w - число витков фазы; ф - магнитный поток; к₀ - обмоточный коэффициент.

По определению обмоточный коэффициент зависит от коэффициента распределения к_р и коэффициента укорочения к_у, т.е.

где к_ск - коэффициент скоса пазов, применяемый в случаях когда, внутренний и внешний сердечники снабжены пазами.

Введение указанных коэффициентов и их выбор подробно описаны в [3], а от величины обмоточного коэффициента зависит качество выходного напряжения независимо от числа гармоник в напряжении сети.

Таким образом, в предлагаемом устройстве при обрыве двух фаз работоспособность сети восстанавливается при меньшем числе элементов, а качество выходного напряжения значительно превышает качество напряжения сети, чем и достигается поставленный результат.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ Н02М 5/14, H02J 9/06 №2122273. Устройство для симметрирования неполнофазных режимов. / Н.П. Кириллов, В.В. Гудков, А.В. Катаржин, А.И. Комаров. Опубл. 20.11.1998.

2. Юферев Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: ВШ., 1988, стр. 74…77, рис. 3.11.

3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1990, стр. 228…237.