Устройство компенсации реактивной мощности модульной конструкции ПТК МК

Заявленное техническое решение относится к электротехническим устройствам, которые предназначены для повышения эффективности потребления электроэнергии, в частности, к устройствам компенсации реактивной мощности и компенсации пассивных составляющих электрического напряжения и силы токах в электроустановках с индуктивными нагрузками (электродвигатели, сварочные аппараты и т.д.). Предлагаемое устройство может быть использовано в различных отраслях промышленности для электроустановок различной мощности, работающих от электрических сетей с напряжением от 380 В до 10 кВ.

Известно устройство компенсации реактивной мощности, содержащее управляемую индуктивность, батарею конденсаторов, устройство фильтрации высших гармоник, при этом регулируемая индуктивность представляет собой двухобмоточный трансформатор с регулятором насыщения магнитопровода, причем номинальное входное сопротивление трансформатора от полутора до шести раз превышает сумму приведенных к номинальному напряжению индуктивных сопротивлений его обмоток, устройство фильтрации высших гармоник выполнено в виде фильтрокомпенсирующего устройства, номинальная мощность которого составляет от одной десятой до половины мощности батареи конденсаторов, а сумма номинальных мощностей фильтрокомпенсирующего устройства и батареи конденсаторов, подключенных к вторичной обмотке, равна номинальной мощности трансформатора (патент RU 2510556, опубликован 27.03.2014).

Недостатком известного технического решения является возможность использования только в сетях высоковольтного напряжения и, как следствие, сложность схемно-конструкторского решения.

Известно также устройство компенсации реактивной мощности, содержащее корпус, внутри которого расположены электрические конденсаторы, соединенные между собой в единый контур с дросселями и выходящие из него клеммы для соединения с подводящей сетью и потребителем, при этом клеммы соединены с подводящей сетью и потребителем непосредственно, сами клеммы соединены с контуром электрических конденсаторов в разных его местах, а контур дополнительно снабжен индуктивными катушками, один конец которых соединен с клеммами, а другой - соединен со средней точкой между конденсаторами с противоположной клеммам стороны. Кроме того, схема минимальной ячейки устройства выполнена одновременно в виде и треугольника и звезды (патент RU 165904, опубликован 10.11.2016).

В устройстве по патенту RU 165904 невозможно реализовать схему минимальной ячейки одновременно в виде и треугольника, и звезды, поскольку в известной схеме возможно только раздельное соединение катушек индуктивности (дросселей) в виде звезды, а конденсаторов в виде треугольника, причем каждый второй конденсатор, используемый в плече схемного треугольника применяется также в качестве моста для связи с элементами схемной звезды - катушками индуктивности (дросселями).

Недостатком известного устройства является сложность использования предложенного схемно-конструкторского решения, обусловленная тем, что соединение одних элементов (конденсаторов) в виде треугольника через мосты, функции которых выполняют аналогичные конденсаторы, с другими элементами (дросселями), которые соединены в виде звезды, приводит к образованию тройного колебательного контура. Этот тройной колебательный контур при совпадении резонансной частоты или ее гармоник с паразитными частотными гармониками электрической сети может вызвать резкое повышение (или понижение в случае разных фаз колебаний) в сети питания потребителя электрической энергии и привести устройство - потребитель в неработоспособное или неисправное состояние.

Техническим результатом заявленного технического решения является устранение указанного выше недостатка, а именно упрощение конструкции устройства, которое обеспечивает выполнение основной функции по компенсации реактивной мощности при подключении потребителей к сетям переменного электрического тока напряжением от 380 В до 10 кВ частотой 50 (60) Гц в том числе с паразитными частотными гармониками.

Технический результат достигается тем, что в устройстве компенсации реактивной мощности, содержащем корпус, внутри которого размещены электрические конденсаторы с дросселями и выходящие из него клеммы для непосредственного соединения с подводящей электрической сетью и потребителем, согласно изобретению, каждый электрический конденсатор соединен последовательно с дросселем, образуя ячейки LC-цепей в виде треугольника между всеми клеммами устройства, причем к каждой ячейке LC-цепи параллельно многократно подсоединена аналогичная LC-цепь.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена общая принципиальная схема подключения устройства компенсации реактивной мощности; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство компенсации реактивной мощности содержит корпус 1, внутри которого размещены на печатных платах 2 ячейки LC-цепей. Устройство с помощью электрических клемм соединяется с потребителем (нагрузкой) 3 с помощью электрических цепей 1, 2 и 3; при этом потребитель 3 подключен к подводящей электрической сети посредством пускорегулирующей аппаратуры нагрузки 4. На печатных платах 2 LC-цепи соединены согласно принципиальной электрической схеме, показанной на фиг. 2, эквивалентной схеме соединения LC-цепей в виде треугольника. На печатной плате 2 конденсатор 5 соединен последовательно с дросселем 6, которая представляет собой минимальную ячейку LC-цепи, причем соединение трех минимальных ячеек LC-цепей между клеммами 7 с номерами 1, 2 и 3 производится в виде треугольника (фиг. 2), образуемого следующим контуром электрической цепи: C₁₂L₁₂ - C₂₃L₂₃ - C₃₁L₃₁. К каждой ячейке LC-цепей многократно (кратно n) подсоединены параллельно аналогичные LC-цепи. Величины емкости конденсатора 5 и индуктивности дросселя 6, а также величина кратности n параллельных соединений ячеек LC-цепей выбираются в зависимости от потребляемой электрической мощности нагрузкой 3 и возможными паразитными частотными гармониками в сети электроснабжения. В частности, были проведены успешные опытно-промышленные испытания (см. приложенное фото) с применением минимальных ячеек LC-цепей с конденсаторами емкостью 1 мкФ (400 в) и индуктивностью дросселя 0,4 мГ с величинами кратности n от 40 до 200. Для применения предложенного устройства в сетях с высоким напряжением свыше 3,6 кВ рекомендуется соединение устройства компенсации реактивной мощности с потребителем (нагрузкой) 3 посредством высоковольтного трехфазного трансформатора по классической схеме.

Упрощение конструкции в предложенном устройстве позволяет обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности для различных потребителей в большом диапазоне электрических мощностей и напряжений питающей сети. Ниже приведена таблица сравнения результатов опытно-промышленных испытаний предложенного устройства с характеристиками используемых в промышленности аналогов.

Приведенное сравнение показывает высокую эффективность использования предложенного изобретения.

Кроме того, следствием достижения технического результата являются улучшенные технические характеристик устройства компенсации реактивной мощности модульной конструкции ПТК МК:

- значительное увеличение срока службы, безопасности и надежности электрооборудования;

- уменьшение пусковых токов асинхронных двигателей в среднем в 3 раза;

- снижение рабочей температуры электрических проводников и электродвигателей в 2-3 раза;

- увеличение динамического КПД электрооборудования в среднем на 4%;

- подавление генерации акустических шумов;

- уменьшение вибраций электродвигателей, как функции гироскопического момента ротора при колебаниях сетевого напряжения.