УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим повышение энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей.
Известно устройство по способу снижения уровня высших гармоник (RU 2416853, опубл. 20.04.2011 г.), состоящее из включенных в сеть реакторов, создающих полюсы для различных гармоник, представляющих большое сопротивление для высших гармоник.
Существенным недостатком этого устройства является недостаточная энергоэффективность.
За прототип принят наиболее близкое по технической сущности к предлагаемой полезной модели симметрирующее устройство для трехфазной четырехпроводной сети с регулируемыми параметрами (RU 61063, опубл. 10.02.2007 г.), содержащее одну ступень мощности, включающую в себя емкостные элементы и индуктивность, а также дополнительно содержит ступень мощности, включающую в себя емкостные элементы и полную индуктивность, а также схему автоматического управления, работающую в функции тока нулевого провода.
Недостатком данного устройства является низкая надежность емкостных элементов при гармонических искажениях напряжения в сети и перенапряжениях.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение энергоэффективности передачи электроэнергии в 4-х проводных сетях и повышение надежности самого устройства.
Для достижения поставленной задачи в устройство для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей, содержащее две ступени мощности, включающие в себя емкостные элементы и индуктивность, схему автоматического управления, дополнительно введены третья ступень мощности, емкостные элементы, соединенные в треугольник, устройства защиты емкостных элементов, включенные своими входами между фазами сети и емкостными элементами, а выходами подключены к заземлению, вторая регулируемая катушка индуктивности, которая включена в рассечку между первой катушкой индуктивности и нейтральным проводом сети. Причем схема автоматического управления содержит трансформатор тока, включенный в одну из фаз сети, выход которого через резисторы и диодный оптрон подключен к микроконтроллеру, фильтр токов нулевой последовательности, подключенный к трем фазам сети, выход которого через резисторы и диодный оптрон подключен к микроконтроллеру, три делителя напряжения, подключенные к трем фазам сети, выходы которых через диодные оптроны подключены к микроконтроллеру, датчик положения сердечника второй регулируемой катушки индуктивности, выход которого через резистор подключен к микроконтроллеру, микроконтроллер своими выходами подключен к симисторным оптронам, которые замыкают катушки магнитных пускателей, катушку промежуточного реле и цепь приводного электродвигателя.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлена электрическая принципиальная схема устройства для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей. На фиг.2 представлена электрическая принципиальная схема автоматического управления.
Устройство для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей (фиг.1) состоит из восемнадцати емкостей 1-18, первой катушки индуктивности 19, второй регулируемой катушки индуктивности 20, устройств защиты емкостных элементов 21-23, замыкающих 24-29 и размыкающих 28, 29 контактов магнитных пускателей. Емкости 1-9 образуют 3 группы параллельно соединенных емкостей 1-3, 4-6, 7-9 соответственно, соединенных в треугольник, подключенных к входам устройств защиты емкостных элементов 21-23. Также, к входам устройств защиты конденсаторов 21-23 подключены девять конденсаторов 10-18, по три на каждую фазу, которые вторыми полюсами образуют общую точку, между которой и нейтральным проводом сети включены первая катушка индуктивности 19 и вторая регулируемая катушка индуктивности 20. Входы устройства защиты емкостных элементов 21-23 подключены к фазам сети, а выходы подключены к заземлению.
Схема автоматического управления (фиг.2), состоит из трансформатора тока 30, фильтра токов нулевой последовательности 31, вспомогательных резисторов 32-36, делителей напряжения 37-39, диодных оптронов 40-44, микроконтроллера 45, симисторных оптронов 46-53, катушек 24-29 магнитных пускателей, промежуточного реле 54, приводного электродвигателя 55, обмотки возбуждения 56, датчика положения сердечника 57 второй регулируемой катушки индуктивности, кварцевого резонатора 58, конденсаторов 59, 60. В одну из фаз сети подключен трансформатор тока 30, выход которого через резисторы 32, 33 и диодный оптрон 40 подключен к микроконтроллеру 45. Далее, к трем фазам сети подключен фильтр токов нулевой последовательности 31, выход которого через резисторы 34, 35 и диодный оптрон 41 подключен к микроконтроллеру 45. После чего, к тем фазам сети подключены три делителя напряжения 37-39, выходы которых через диодные оптроны 42, 43, 44 подключены к микроконтроллеру 45. Датчик положения сердечника 57 второй регулируемой катушки индуктивности через резистор 36 подключен к микроконтроллеру 45. Микроконтроллер 45 своими выходами подключен к симисторным оптронам 46-53, которые замыкают катушки 24-29 магнитных пускателей, катушку 54 промежуточного реле и цепь приводного электродвигателя 55.
В предлагаемом устройстве (фиг.1) предусмотрено 3 ступени мощности компенсации реактивной мощности и 3 ступени мощности симметрирования напряжения. На первой ступени мощности компенсации реактивной мощности посредством магнитного пускателя 24 подключаются емкости 3, 6, 9, на второй ступени мощности - посредством магнитного пускателя 25 подключаются емкости 2, 5, 8, на третьей ступени мощности - посредством магнитного пускателя 26 подключаются емкости 1, 4, 7. На первой ступени мощности симметрирования напряжения посредством магнитного пускателя 27 подключаются емкости 12, 15, 18 и полностью первая катушка индуктивности 19, на второй ступени мощности - посредством магнитного пускателя 28 подключаются емкости 11, 14, 17 и две трети первой катушки индуктивности 19, на третьей ступени мощности - посредством магнитного пускателя 29 подключаются емкости 10, 13, 16 и одна третья первой катушки индуктивности 19.
Устройство для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей работает следующим образом:
Трансформатор тока 30 измеряет значение тока в фазном проводе, полученный сигнал преобразуется сопротивлениями 32, 33 и через диодный оптрон 40 подается на вход микроконтроллера 45. Фильтр токов нулевой последовательности измеряет значение тока нулевой последовательности, полученный сигнал преобразуется сопротивлениями 34, 35 и через диодный оптрон 41 подается на вход микроконтроллера 45. Посредством делителей напряжения измеряются фазные напряжения, полученные сигналы через диодные оптроны 42, 43, 44 подаются на входы микроконтроллера 45. Микроконтроллер 45, обрабатывая полученные сигналы, определяет контролируемые величины: ток нулевой последовательности, реактивную мощность и коэффициент мощности. Если ток нулевой последовательности больше максимального порогового значения, то микроконтроллер 45 подает сигнал на симисторный оптрон 49 замыкающий катушку 27 магнитного пускателя, который подключает емкости 12, 15, 18 и первую катушку индуктивности 19, что вызывает корректировку несимметрии напряжения по фазам. Затем, посредством приводного электродвигателя 55, управляемого симисторным оптроном 52 и промежуточного реле 54, производится точная подстройка индуктивности второй регулируемой катушки индуктивности 20, добиваясь минимального значения тока нулевой последовательности. Датчик положения сердечника 57 второй регулируемой катушки индуктивности 20 подает сигнал о положении сердечника второй регулируемой катушки индуктивности 20 на вход микроконтроллера 45. Если ток нулевой последовательности, по-прежнему, больше максимального порогового значения, то микроконтроллер 45 подает сигнал на включение следующей ступени мощности симметрирования напряжения. При достижении минимального значения тока нулевой последовательности, но большего минимального порогового значения, в случае низкого значения коэффициента мощности и в соответствии со значением реактивной мощности микроконтроллер 45 подает сигнал на симисторный оптрон 46 замыкающий катушку 24 магнитного пускателя, который подключает емкости 3, 6, 9, что вызывает корректировку коэффициента мощности, а также снижает амплитуды высших гармоник тока. Если коэффициент мощности, по-прежнему, меньше минимального порогового значения, то, в соответствии со значением реактивной мощности, микроконтроллер 45 подает сигнал на включение следующей ступени мощности компенсации реактивной мощности. Если значение тока нулевой последовательности опускается ниже минимального порогового значения, то микроконтроллер 45 подает сигнал на отключение ступени мощности симметрирования напряжения. Если значение реактивной мощности соответствует режиму перекомпенсации, то микроконтроллер 45 подает сигнал на отключение ступени мощности компенсации реактивной мощности. Устройства защиты емкостных элементов 21-23 защищают емкости 1-18 от всех видов перенапряжений и высокочастотных помех.
Преимуществами данной полезной модели являются наличие: устройств защиты емкостных элементов 21-23, которые защищают емкости 1-18 от всех видов перенапряжений и высокочастотных помех; емкостей 1-9, соединенных в треугольник, которые позволяют эффективней компенсировать реактивную мощность и снизить общую мощность емкостей, тем самым понизить стоимость устройства; второй регулируемой катушки индуктивности 20, которая позволяет добиться более точной настройки устройства, тем самым эффективней симметрировать напряжения по фазам.