Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании технических средств, повышающих качество и уменьшающих потери электрической энергии при ее транспортировке в трехфазных четырехпроводных электрических сетях за счет снижения несинусоидальности и несимметрии. Технический результат заключается в компенсации наибольшей из гармоник спектра циркулирующих в нейтральном проводе токов. Для этого электромагнитным компенсатором из фазных токов выделяется ток частотой 150 Гц, который мгновенно вводится в противофазе к третьей гармонике тока нейтрального провода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения качества и уменьшения потерь электрической энергии за счет снижения несинусоидальности и несимметрии в трехфазных четырехпроводных электрических сетях с глухозаземленной нейтралью.

Известно устройство /1/, содержащее трехстержневой трансформатор, обмотки которого включены по схеме «звезда с нулем - треугольник». При продольном включении такого трансформатора в электрическую сеть токи третьей гармоники замыкаются в обмотках, соединенных в треугольник, и не проходят в линейные токи.

Недостатками данного устройства являются большая материалоемкость и неполная компенсация третьей гармоники при несимметричной нагрузке в фазах сети, что снижает эффективность подавления тока третьей гармоники, искажающей синусоиду напряжения сети.

Известен способ, по которому реализовано устройство, принятое за прототип /2/, состоящее из измерительного трансформатора тока, анализатора высших гармоник, фильтра первой гармоники, фильтра высших гармоник, управляемого полупроводникового преобразователя и выпрямителя.

К недостаткам данного устройства относятся его большая материалоемкость, сложность и низкая надежность при перенапряжениях, возникающих в первичной электрической сети.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы при сохранении точности компенсации третьей гармонической составляющей тока и снижение материалоемкости устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети, содержащий измерительный трансформатор тока, выпрямитель и преобразователь, дополнительно введены три трансформатора тока, первичные обмотки которых однополярно включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют с концом вторичной обмотки измерительного трансформатора тока общую точку, концы вторичных обмоток трех трансформаторов тока через выпрямитель подключены к положительному выходному зажиму преобразователя, отрицательный выходной зажим которого соединен с началом вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в нейтральный провод сети однополярно с тремя упомянутыми трансформаторами тока, при этом входные зажимы преобразователя включены между одним из фазных и нейтральным проводами сети, кроме того, выпрямитель выполнен трехфазным и его катоды образуют общую точку с положительным выходным зажимом преобразователя, а каждый из анодов выпрямителя присоединен к концам вторичных обмоток трех трансформаторов тока.

Кроме того, измерительный трансформатор тока может быть выполнен в виде тороидального магнитопровода с расположенной на нем вторичной обмоткой, охватывающей нейтральный провод сети, или с размыкающимся магнитопроводом по типу токоизмерительных клещей.

Заявляемый электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети приведен на фигуре 1, а на фигуре 2 приведены диаграммы гармонических составляющих напряжений и токов для непрерывного режима работы.

Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети содержит включенные в нейтральный N и фазные проводники L1-L3 измерительный трансформатор тока 1 и дополнительные трансформаторы тока 2, 3, 4, к вторичным обмоткам которых подключены выпрямитель 5 и преобразователь 6 (фиг.1). Диоды 7, 8, 9 выпрямителя 5 своими анодами образуют общую точку с положительным выходным зажимом преобразователя 6.

Преобразователь состоит из конденсатора 10, диодов 11, 14, стабилитронов 12, 13, электролитического конденсатора 15, микросхемы стабилизатора 16, резистора 17 и подстроечного резистора 18 (Источники электропитания. Любительские схемы. Ч.2. Сост. А.А.Халоян. - М.: ИП РадиоСофт, ЗАО «Журнал «Радио», 2003. - с.178).

Трансформаторы тока 1-4 в составе электромагнитного компенсатора имеют одинаковый коэффициент трансформации и класс точности.

Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети функционирует следующим образом.

Однофазные нелинейные нагрузки вызывают протекание в фазах и нейтрали четырехпроводной сети несинусоидальных токов, среди которых доминирует третья гармоника. Под действием напряжений U_L1, U_L2 и U_L3 (фиг.2) во вторичных обмотках трансформаторов тока 2, 3, 4 диоды 7, 8, 9 включаются попеременно по 1/3 периода промышленной частоты. Ток будет проводить тот диод выпрямителя, потенциал анода которого относительно общей точки трансформаторов тока 2, 3, 4 выше, чем у других диодов. Коммутация диодов происходит в моменты времени, соответствующие точкам пересечения синусоид фазных напряжений, поэтому кривая выпрямленного напряжения U_d имеет вид огибающей синусоиды фазных напряжений, индуктируемых вторичными обмотками трансформаторов тока (фиг.2). Кривая выпрямленного тока i_d повторяет кривую выпрямленного напряжения, но из-за присутствия индуктивного сопротивления вторичной обмотки измерительного трансформатора тока 1 немного уплощается. Кратность пульсаций выпрямленного тока, протекающего во вторичной обмотке трансформатора тока 1 по отношению к основной частоте первичной сети равна трем.

Для компенсации возникающей при выпрямлении постоянной составляющей E_d преобразователем 6 формируется противоэлектродвижущая сила, которая направлена встречно электродвижущей силе выпрямителя 5. В результате протекающий через трансформатор тока 1 ток i_в частотой 150 Гц не будет содержать постоянной составляющей I_d (фиг.2). Точную компенсацию постоянной составляющей выпрямителя можно осуществить подстроечным резистором 18 преобразователя 6 (фиг.1).

Таким образом, уменьшается материалоемкость электромагнитного компенсатора, повышается надежность его работы и точность компенсации гармонических составляющих тока, что улучшает качество электрической энергии, снижает потери активной мощности и потери напряжения во всех элементах сети от тока третьей гармонической составляющей.

Источники информации

1. Брускин Д.Э. Электрические машины. В 2-х ч. Ч.1 / Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, B.C.Хвостов. - М.: Высшая школа, 1987. - с.135.

2. Патент RU 2294044. Кл. Н02J 3/01, Н02J 3/26, 2007, БИ 5.

1. Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети, содержащий измерительный трансформатор тока, выпрямитель и преобразователь, отличающийся тем, что в него дополнительно введены три трансформатора тока, первичные обмотки которых однополярно включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют с концом вторичной обмотки измерительного трансформатора тока общую точку, концы вторичных обмоток трех трансформаторов тока через выпрямитель подключены к положительному выходному зажиму преобразователя, отрицательный выходной зажим которого соединен с началом вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, первичная обмотка которого включена в нейтральный провод сети однополярно с тремя упомянутыми трансформаторами тока, при этом входные зажимы преобразователя включены между одним из фазных и нейтральным проводами сети, кроме того, выпрямитель выполнен трехфазным, и его катоды образуют общую точку с положительным выходным зажимом преобразователя, а каждый из анодов выпрямителя присоединен к концам вторичных обмоток трех трансформаторов тока.

2. Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети по п.1, отличающийся тем, что измерительный трансформатор тока выполнен в виде тороидального магнитопровода с расположенной на нем вторичной обмоткой, охватывающей нейтральный провод сети.

3. Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети по п.1, отличающийся тем, что измерительный трансформатор тока выполнен с размыкающимся магнитопроводом по типу токоизмерительных клещей.