Устройство восстановления и симметрирования напряжения сети
DEVICE FOR VOLTAGE RECOVERY AND PRECISION BALANCING

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения потребителей, предъявляющих повышенные требования к качеству электрической энергии.
Известно устройство восстановления и симметрирования, содержащее три фазных реле минимального напряжения с размыкающими и замыкающими контактами, компенсирующие конденсаторы, фазосдвигающие дроссели и клеммы для подключения нагрузки, при этом каждое из указанных реле включено между соответствующей фазой и нулевым проводом, соответственно, каждый из компенсирующих конденсаторов включен между собственной фазой и соседней фазой с помощью контактов указанных реле, а фазосдвигающие дроссели включены в рассечку линий между клеммами сети и соответствующими клеммами для подключения нагрузки [1]. Данное устройство нашло широкое применение в системах электроснабжения ответственных объектов, поскольку схема его обеспечивает непрерывное электроснабжение потребителей и является простой, восстановление напряжения происходит за доли секунды, однако точность амплитудной и фазовой симметрий зависит от точности производства компенсирующих конденсаторов и фазосдвигающих дросселей. Кроме того, имеются устройства восстановления и симметрирования с рационализированными схемами, однако точность симметрирования остается у них сравнительно низкой [2].
Техническим результатом изобретения является повышение точности работы устройства.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве восстановления и симметрирования напряжения сети, содержащем клеммы сети A, В, С и 0, первое, второе и третье реле контроля напряжения, каждое из которых снабжено замыкающими и размыкающими контактами, три компенсирующих конденсатора, три фазосдвигающих дросселя и клеммы для подключения нагрузки, при этом первое, второе и третье реле контроля напряжения включены на напряжение фаз А, В и С сети соответственно, указанные компенсирующие конденсаторы включены на линейные напряжения между соответствующими фазами сети через контакты названных реле, а фазосдвигающие дроссели включены в рассечку линий соответствующих фаз сети между клеммами сети и клеммами для подключения нагрузки, причем каждый дроссель шунтирован размыкающим контактом реле собственной фазы и двумя последовательно соединенными замыкающими контактами реле соседних фаз, первый компенсирующий конденсатор снабжен первой и второй цепями включения, при этом первая цепь образована первым замыкающим контактом реле фазы A, последовательно соединенным с вторым размыкающим контактом второго реле фазы B, а вторая цепь содержит третий замыкающий контакт второго реле, последовательно соединенный с четвертым размыкающим контактом первого реле; второй компенсирующий конденсатор снабжен третьей и четвертой цепями включения, при этом третья цепь образована первым замыкающим контактом второго реле, последовательно соединенным с вторым размыкающим контактом третьего реле, а четвертая цепь содержит третий замыкающий контакт третьего реле, последовательно соединенный с четвертым размыкающим контактом второго реле; третий компенсирующий конденсатор снабжен пятой и шестой цепями включения, при этом пятая цепь образована первым замыкающим контактом третьего реле, последовательно соединенным с вторым размыкающим контактом первого реле, а шестая цепь образована третьим замыкающим контактом первого реле, последовательно соединенным с четвертым размыкающим контактом третьего реле, и введено устройство точной симметрии, выполненное по типу электрической машины переменного тока с заторможенным ротором и содержащее входную часть, образованную внутренним сердечником, в пазах которого размещена трехфазная первичная обмотка, соединенная звездой с нулевым проводом, и выходную часть, образованную соосным внутреннему внешним сердечником, в пазах которого размещена трехфазная вторичная обмотка, соединенная звездой, причем соответствующие фазы первичной обмотки подключены к выходам фазосдвигающих дросселей, соответственно, а общая точка указанных фаз соединена с нулевым проводом сети, а соответствующие фазы вторичной обмотки подключены соответственно к клеммам для подключения нагрузки.
1
2
3
a
в
c
1
2
3
a
в
c
а
а
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства восстановления и симметрирования напряжения сети. Устройство содержит выводы фаз сети A, В, С и 0, первое реле контроля напряжения 1, второе реле контроля напряжения 2, третье реле контроля напряжения 3, при этом каждое из указанных реле снабжено замыкающими контактами: 1-1, 1-3, 1-5 и 1-7 и размыкающими контактами: 1-2, 1-4, 1-6 для реле 1; замыкающими контактами: 2-1, 2-3, 2-5 и 2-7 и размыкающими контактами: 2-2, 2-4, 2-6 для реле 2; замыкающими контактами: 3-1, 3-3, 3-5 и 3-7 и размыкающими контактами: 3-2, 3-4, 3-6 для реле 3; компенсирующие конденсаторы 4, 5 и 6, фазосдвигающие дроссели 7, 8 и 9, устройство точной симметрии 10, содержащее входную часть 11 с первичными обмотками фаз w, w и w и выходную часть 12 с вторичными обмотками фаз w, w и w и клеммы для подключения нагрузки: , в, и с, при этом реле 1 включено между выводом фазы A сети и нулевым проводом 0, реле 2 включено между выводом фазы B сети и нулевым проводом 0, реле 3 включено между выводом фазы C сети и нулевым проводом 0, конденсатор 4 включен между выводами фазы A и фазы B с помощью первой цепи, содержащей замыкающий контакт 1-1 реле 1, последовательно соединенный с размыкающим контактом 2-2 реле 2, и с помощью второй цепи, содержащей замыкающий контакт 2-3 реле 2, последовательно соединенный с размыкающим контактом 1-4 реле 1; конденсатор 5 включен между выводами фазы B и фазы C с помощью третьей цепи, содержащей замыкающий контакт 2-1 реле 2, последовательно соединенный с размыкающим контактом 3-2 реле 3, и с помощью четвертой цепи, содержащей замыкающий контакт 3-3 реле 3, последовательно соединенный с размыкающим контактом 2-4 реле 2; конденсатор 6 включен между выводами фазы C и фазы A с помощью пятой цепи, содержащей замыкающий контакт 3-1 реле 3, последовательно соединенный с размыкающим контактом 1-2 реле 1, и с помощью шестой цепи, содержащей замыкающий контакт 1-3 реле 1, последовательно соединенный с размыкающим контактом 3-4 реле 3. Фазосдвигающие дроссели 7, 8 и 9 включены в рассечку фаз сети между клеммами фаз сети A, В и C и первичными обмотками фаз w, w и w входной части 11 точного симметрирующего устройства 10. Дроссель 7 зашунтирован контактом 1-6 и цепью из последовательно включенных контактов 2-7 и 3-5; дроссель 8 зашунтирован последовательно включенными контактами 1-7 и 3-7 и контактом 2-6; дроссель 9 зашунтирован последовательно включенными контактами 1-5 и 2-5 и контактом 3-6. Фазы вторичных обмоток w, w и w выходной части 12 точного симметрирующего устройства 10 соединены с клеммами для подключения нагрузки , в, и с соответственно. Устройство точной симметрии 10 представляет собой трансформатор, выполненный по типу синхронного генератора с заторможенным ротором, в пазах статора внешнего сердечника которого расположены фазы вторичной обмотки, а в пазах ротора внутреннего сердечника размещены фазы первичной обмотки. Ширина воздушного зазора между статором и ротором определяется параметрами тугой посадки. Обеспечение высокой точности симметрирования амплитуд и фаз сигналов в синхронных генераторах достигается высокой точностью технологических и электромонтажных операций при производстве электрических машин [3].
Устройство работает следующим образом, причем возможно выполнение нескольких режимов:
1
2
3
а
1-ый режим при наличии напряжения во всех фазах сети: схема работает по алгоритму - фаза сети, конденсатор, замыкающий контакт реле данной фазы, размыкающий контакт фазы по часовому кругу, например: фаза А, конденсатор 4, контакт 1-1, контакт 2-2, фаза В. При наличии всех трех фаз схема отключается размыкающими контактами всех фаз, при этом дроссели 7, 8 и 9 шунтированы замыкающими контактами 1-5, 2-5 и 3-5, 1-7, 2-7 и 3-7, поэтому напряжение сети поступает на фазы w, w и w первичной обмотки входной части 11 точного устройства симметрирования, в результате на клеммах для подключения нагрузки , в, и с образуется симметричное по амплитуде и фазе напряжение;
2-ой режим при обрыве любой фазы: схема работает по алгоритму - оборванная фаза сети, конденсатор, замыкающий контакт соседней фазы по часовой стрелке, размыкающий контакт реле оборванной фазы, например, фаза A (оборвана), конденсатор 4, замыкающий контакт 2-3, размыкающий контакт 1-4, т.е. напряжение с фазы B поступает в фазу А. После этого осуществляется фазовое симметрирование за счет использования фазосдвигающих дросселей, в результате чего дроссель 7 шунтирован замыкающими контактами 2-7 и 3-5 реле соседних фаз, а дроссели 8 и 9 будут под током, поскольку замыкающие контакты 1-5 и 1-7 не замкнутся, а размыкающие контакты 2-6 и 3-6 будут разомкнуты. Восстановленное и симметрированное напряжение всех трех фаз поступает с выходов дросселей 8 и 9 и от клеммы сети A на входы фаз первичной обмотки входной части 11 устройства точного симметрирования;
1
2
3
a
в
c
а
3-ий режим - режим точной симметрии, при котором токи восстановленных фаз с выхода дросселей 7, 8 и 9 поступают в устройство точной симметрии 10, где проходят через обмотки w, w и w входной части 11 устройства 10, создают круговое вращающееся магнитное поле (КВМП), магнитные силовые линии которого пересекают витки обмоток w, w и w выходной части 12 и наводят в них ЭДС, используемые для питания потребителей через клеммы для подключения нагрузки , в и с.
Таким образом, требуемый эффект достигается путем использования последовательного соединения устройства симметрирования, основанного на теории однофазных электрических цепей при последовательном соединении активного, емкостного и индуктивного сопротивлений с устройством симметрирования, основанного на эффекте КВМП, используемом во всех синхронных генераторах.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР Н02М 5/14, H02J 9/06 №1723627. Устройство для симметрирования неполнофазных режимов. / Д.Н. Кириллов, Н.П. Кириллов. 1977.
2. Патент на изобретение РФ H02J 9/06, Н02М 5/14 №2353043. Устройство для контроля состояния фаз промышленной сети. / В.В. Березов, В.А. Гапонович, Н.П. Кириллов, Н.Г. Шабалин. Опубл. 20.04.2009.
3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1990, стр. 490…582.