УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ГАРМОНИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ
DEVICE FOR COMPENSATION OF HARMONIC DISTORTIONS

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для более точной и качественной компенсации гармонических искажений в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью.
Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №829573, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью;
- дроссель, подсоединенный одним своим выводом к трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью через присоединительный трансформатор и другим своим выводом к корпусу заземления;
- схема фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, выполненная в виде емкостного (4) присоединительного фильтра, подсоединенного своими входами, являющимися входами схемы фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, к трехфазной электрической сети (2) с изолированной нейтралью, балластного конденсатора (5), подсоединенного одной из своих обкладок к выходу емкостного присоединительного фильтра (4), катушки индуктивности (6), подсоединенной одним своим выводом к другой обкладке балластного конденсатора (5) и другим своим выводом к корпусу заземления, релейного элемента (7), подсоединенного своими входами параллельно выводам катушки индуктивности (6) и ограничительного резистора (11), подсоединенного одним своим выводом к выходу релейного элемента (7) и другим своим выводом к другой обкладке балластного конденсатора (6);
- блок управления, выполненный в виде частотного детектора (8), подсоединенного своими выходами к выходам схемы фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети (2) с изолированной нейтралью (к выходу релейного элемента (7), усилителя (9) переменного тока, подсоединенного своим входом к выходу частотного детектора (8), амплитудного детектора (10), подсоединенного своими входами к выходам усилителя (9) переменного тока и своими выходами, являющимися выходами схемы фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети (2) с изолированной нейтралью, к обмотке управления параметрами дросселя (1).
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного аналогичного решения, опубликованного в описании изобретения к авторскому свидетельству СССР №892573, являются:
- трехфазная электрическая сеть с изолированной нейтралью;
- схема фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, подсоединенная своими входами к трехфазной электрической сети (2) с изолированной нейтралью;
- дроссель, подсоединенный одним из своих выводов к корпусу заземления;
- блок управления, подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим выходам схемы фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети (2) с изолированной нейтралью.
Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1777199, которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью;
- датчики (30) фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, подсоединенные своими входами к соответствующим проводам трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью и своими выходами к соответствующим входам блока (30) управления;
- схему фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети, с изолированной нейтралью, выполненную в виде трансформатора (2) Бауха, подсоединенного выводами своей первичной обмотки к соответствующим проводам трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью и с вторичной обмоткой, состоящей из фазных секций (4, 5, 6), образующих разомкнутый треугольник, подсоединенный своим соответствующим выводом к одному из выводов первого дросселя (3), подсоединенного другим выводом к корпусу заземления;
- первый преобразователь части, выполненный в виде первого тиристорного ключа (7, 8), подсоединенного своими соответствующими анодом и катодом, являющимися входами первого преобразователя частоты, к соответствующему выводу вторичной обмотки трансформатора Бауха и к другому выводу первого дросселя (3), первого формирователя отпирающих импульсов (9), подсоединенного своими питающими входами к соответствующему выводу трансформатора Бауха и к другому выводу первого дросселя (3) и своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим электродам первого тиристорного ключа (7, 8), первого и второго датчиков запирания (10, 11) тиристоров (7, 8) первого тиристорного ключа, подсоединенных своими соответствующими входами к соответствующим выводу вторичной обмотки трансформатора Бауха и к другому выводу первого дросселя (3) и своими соответствующими выходами к соответствующим входам блока управления (29), первого блока (12) управляемой выдержки времени, подсоединенного своими соответствующими входами к соответствующим выходам первого и второго датчиков (10, 11) запирания тиристоров первого тиристорного ключа (7, 8), к соответствующему выходу блока управления (29) и своими выходами к соответствующему входу блока управления (29) и к управляющему входу первого формирователя (9) отпирающих импульсов;
- второй преобразователь частоты, выполненный в виде второго тиристорного ключа (22, 23), подсоединенного своими соответствующими анодами и катодами, являющимися входами второго преобразователя частоты, через нормально замкнутые управляемые ключи (13, 16, 19) к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора Бауха, а через нормально замкнутые управляемые ключи (14, 17, 20) к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора Бауха и через второй дроссель (24) к соответствующим аноду и катоду второго тиристорного ключа (22, 23) и к корпусу заземления, второго формирователя отпирающих импульсов (25), подсоединенного своими питающими входами через нормально замкнутые управляемые ключи (13, 16, 18), а также и через второй дроссель (24) и нормально замкнутые управляемые ключи (14, 17, 20) к соответствующим выводам трансформатора (2) Бауха и своими соответствующими выходами к соответствующим управляющим электродам второго тиристорного ключа (22, 23), третьего и четвертого датчиков (26, 27) запирания тиристоров 22, 23) второго тиристорного ключа, подсоединенных своими соответствующими входами к соответствующим аноду и катоду тиристоров (22, 23) второго тиристорного ключа и своими соответствующими выходами к соответствующим входам блока управления (29);
- второй блок (28) управляемой выдержки времени, подсоединенный своими соответствующими входами к соответствующим выходам третьего и четвертого датчиков (26, 27) запирания тиристоров (22, 23) второго тиристорного ключа, к соответствующему выходу блока (29) управления и своим выходом к соответствующему входу блока (29) управления и к управляющему входу второго формирователя отпирающих импульсов (25);
- коммутирующие узлы (15, 18, 21), подсоединенные своими соответствующими входами к соответствующим выходам блока управления (29) и взаимодействующие своими выходами с соответствующими управляемыми ключами (13, 16, 19, 14, 17, 20).
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного технического решения, прототипа, являются следующие признаки:
- трехфазная электрическая сеть с изолированной нейтралью;
- схема фиксации состояния фазных проводов трехфазной сети с изолированной нейтралью, подсоединенная своими соответствующими входами к проводам трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью;
- первый, второй и третий датчики фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, подсоединенные своими входами к соответствующим проводам трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью;
- преобразователь частоты;
- контроллер, выполняющий функции блока управления, подсоединенный своим шестым входом к выходу узла ввода команд, своим первым входом к выходу схемы фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, своим вторым входом к выходу первого датчика фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим третьим входом к выходу второго датчика фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим четвертым входом к выходу третьего датчика фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности и своим выходом к второму входу преобразователя частоты;
- дроссель, подсоединенный одним своим выводом к корпусу заземления.
Технический результат, который невозможно достичь вышеохарактеризованным техническим решением, заключается в обеспечении более точной и качественной компенсации гармонических искажений.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что в известных аналогичных технических решениях вопросами выбора резонансных частот, обеспечивающих более точную и качественную компенсацию гармонических искажений, должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания средств компенсации гармонических искажений, обладающих более точной и качественной компенсацией гармонических искажений, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство компенсации гармонических искажений, содержащее трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью, схему фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, подсоединенную своими соответствующими входами к соответствующим проводам трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, первый, второй и третий датчики фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, подсоединенные своими соответствующими входами к соответствующим проводам трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, преобразователь частоты, дроссель, подсоединенный одним своим выводом к корпусу заземления, и контроллер, подсоединенный своим первым входом к выходу схемы фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, своим вторым входом к выходу первого датчика фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим третьим входом к выходу второго датчика фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим четвертым входом к выходу третьего датчика фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим шестым входом к выходу узла ввода команд и своим выходом к второму входу преобразователя частоты, при этом предлагаемое устройство компенсации гармонических искажений снабжено датчиком тока нулевой последовательности, подсоединенным одним своим выводом к выходу преобразователя частоты и другим своим выводом к другому выводу дросселя, а своим выходом к пятому входу контроллера, при этом первый вход преобразователя частоты подсоединен к изолированной нейтрали трехфазной электрической сети.
Введение датчика тока нулевой последовательности и выполнение подсоединений преобразователя частоты, как указано выше, в процессе появления однофазных замыканий на землю в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, возникает высокочастотный переходной процесс, обусловлен разрядом напряжения поврежденной фазы на землю и перезарядом других фаз через индуктивность источника до мгновенного значения линейного напряжения, создающими гармонические искажения в напряжении трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, которые ухудшают качество потребляемой электрической энергии, поэтому, фиксируя состояние фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, а также фиксируя гармонические искажения тока нулевой последовательности и обеспечивая подсоединение к изолированной нейтрали трехфазной электрической сети первого входа преобразователя частоты и получение на его выходе напряжения полученной частоты, которое через датчик тока нулевой последовательности и через дроссель поступает на корпус заземления, осуществляя подачу тока, протекающего через дроссель на пятый вход контроллера, в соответствии с поступившими вышеперечисленными сигналами и сигналами, поступившими с выхода узла ввода команд на шестой вход контроллера, в соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера, обрабатываются и обеспечивают на его выходе сформированные управляющие сигналы, поступление которых на управляющий (второй) вход преобразователя частоты обеспечивает более точный выбор частоты параллельного резонанса, обусловленного индуктивностью дросселя и емкостью трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, и, как следствие этому, осуществляют значительное снижение величины тока короткого замыкания на землю одного из фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью на землю, и более точную и качественную компенсацию гармонических искажений в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью.
В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Проведенный анализ предлагаемого технического решения и известных аналогичных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности существенных признаков, так и отличительных признаков, что позволило сделать вывод о наличии новизны и изобретательского уровня устройства компенсации гармонических искажений.
Предлагаемое устройство компенсации гармонических искажений поясняется нижеследующим описанием и чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства компенсации гармонических искажений, которое содержит:
- трехфазную электрическую сеть - 1 с изолированной нейтралью - 2 и нагрузкой - 3;
- схему - 4 фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2, выполненную в виде трансформатора - 5 Бауха, подсоединенного своими соответствующими входами (входы схемы - 4 фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2) к соответствующим проводам трехфазной электрической сети - 1 и аналого-цифрового преобразователя - 6, подсоединенного своим входом к выходу транформатора - 5 Бауха, при этом выход аналого-цифрового преобразователя - 6 , является выходом схемы - 4 фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети - 1;
- первый - 7, второй - 8 и третий - 9 датчики фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, подсоединенные своими соответствующими входами к соответствующим проводам трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2;
- преобразоваитель - 10 частоты, выполненный в виде диода - 11, подсоединенного своим анодом, являющимися первым входом преобразователя - 10 частоты, к изолированной нейтрали - 2 трехфазной электрической сети - 1, тиристора - 12, подсоединенного своим анодом к катоду диода - 11 и цифроаналогового преобразователя - 13, подсоединенного своим выходом к управляющему входу тиристора - 12;
- датчик - 14 тока нулевой последовательности, выполненный в виде трансформатора - 15, подсоединенного одним из выводов первичной обмотки к катоду тиристора - 12, (являющимся выходом преобразователя - 10 частоты) и аналого-цифрового преобразователя - 16, подсоединенного своим входом к одному из выводов вторичной обмотки трансформатора - 15, подсоединенному другим своим выводом к корпусу заземления;
- дроссель - 17, подсоединенный одним своим выводом к другому выводу первичной обмотки трансформатора - 15 и другим своим выводом к корпусу заземления;
- контроллер - 18, подсоединенный своим первым входом к выходу схемы - 4 фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2, своим вторым входом к выходу первого датчика - 7 фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим третьим входом к выходу второго датчика - 8 фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим четвертым входом к выходу третьего датчика - 9 фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности, своим пятым входом к выходу аналого-цифрового преобразователя - 16, являющемуся выходом датчика - 14 тока нулевой последовательности, своим шестым входом к выходу узла - 19 ввода команд и своим выходом к входу цифроаналогового преобразователя - 13, являющимся вторым выходом преобразователя - 10 частоты.
Предлагаемое устройство компенсации гармонических искажений работает следующим образом.
До появлении однофазного замыкания на землю в трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью, контроллер - 18 в соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера - 18, подает управляющий сигнал через выход 1, на вход цифроаналогового преобразователя - 13, запускает процесс изменения частоты естественной несимметрии сети при использовании тиристора - 12, при этом фиксируется ток с выхода датчика - 14 тока нулевой последовательности через аналого-цифровой преобразователь - 16 на пятый вход контроллера - 18. В контроллере - 18 определяется резонансная частота между индуктивностью дросселя - 17 и емкость трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2. Контроллер - 18 фиксирует резонансный ток, и в случае возникновения однофазного замыкания на землю в трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2 выдает определенный управляющий сигнал на выход 1 на блок цифроаналогового преобразователя - 13, подсоединенного к управляющему входу тиристора 12.
При появлении однофазного замыкания на землю в трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью схема - 4 фиксации состояния фазных проводов трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью фиксирует их состояние и обеспечивает поступление результата фиксации напряжения на первый вход контроллера - 18.
Одновременно с этим первым - 7, вторым - 8 и третьим - 9 датчиками фиксации гармонических искажений тока нулевой последовательности фиксируются гармонические искажения, которые поступают на второй, третий и четвертый входы контроллера - 18.
А поступившее напряжение на первый вход преобразователя частоты - 10 с изолированной нейтрали - 2 трехфазной электрической сети, после соответствующего преобразования обеспечивает получение на выходе преобразователя - 10 частоты напряжения зафиксированной частоты, которое в свою очередь поступает через датчик - 14 тока нулевой последовательности и дроссель - 17 на корпус заземления.
Поступившие сигналы на соответствующие входы контроллера - 18, а также и с выхода узла - 19 ввода команд на шестой вход контроллера - 18, в соответствии с программой, записанной в блоке памяти контроллера - 18, обрабатываются, и на его (первом) выходе формируется сигнал, который поступает на второй вход преобразователя частоты - 10, обеспечивая более точный выбор частоты параллельного резонанса, обусловленного индуктивностью дросселя - 17 и емкостью трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2 и, как следствие этому, значительное снижение величины тока замыкания на землю одного из фазных проводов трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2 и более точную и качественную компенсацию гармонических искажений.
Таким образом, предлагаемое устройство компенсации гармонических искажений за счет более точного выбора частоты последовательного резонанса, обусловленного индуктивностью дросселя - 17 и емкостного фазного провода трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью - 2, обеспечивает более точную и качественную компенсацию гармонических искажений, возникающих в трехфазной электрической сети - 1 с изолированной нейтралью. - 2