УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТОКА ТРЕТЬЕЙ ГАРМОНИКИ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для повышения энергоэффективности трехфазных четырехпроводных сетей.
Известно устройство защиты сети от воздействия токов третьей гармоники (патент RU 2353040, МПК H02J 3/01, H02J 3/26, Бюл. №11, 2009 г), состоящее из измерительного трансформатора и выпрямителя, в которое введены три трансреактора, первичные обмотки которых включены в рассечку линейных проводов сети, а начала их вторичных обмоток образуют общую точку с концом вторичной обмотки измерительного трансформатора, при этом измерительный трансформатор выполнен трансреактором, а выпрямитель - трехфазным.
Недостатками данного устройства являются слабое подавление тока третьей гармоники в нулевом проводе сети и вследствие этого - низкая энергоэффективность при передаче электроэнергии.
За прототип принят электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети (патент RU 2346370, МПК H02J 3/01, Бюл. №4, 2009 г), содержащий измерительный трансформатор тока, выпрямитель и преобразователь, в который введены три трансформатора тока, первичные обмотки которых 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, 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.
Недостатками данного устройства являются частичное подавление тока третьей гармоники в нулевом проводе сети и низкая энергоэффективность при передаче электроэнергии.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности компенсации третьей гармоники в нулевом проводе сети.
Технический результат - повышение точности компенсации третьей гармонической составляющей тока, что улучшает качество электрической энергии, снижает потери активной мощности и потери напряжения во всех элементах сети от тока третьей гармонической составляющей.
Технический результат достигается устройством для снижения тока третьей гармоники четырехпроводной сети, содержащим трехфазный однополупериодный выпрямитель с нулевой точкой, четыре трансформатора тока, один из которых включен своей первичной обмоткой в нейтральный провод, а три других - в фазные провода сети, в которое дополнительно введен фильтр с полосой пропускания 150 Гц, а три трансформатора тока, включенных в фазные провода сети, содержат дополнительно вторые вторичные обмотки, при этом, концы вторичных обмоток трансформаторов тока, объединены между собой так, что конец первой вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в опережающую фазу сети, соединен с концом второй вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в отстающую фазу сети, при этом, начала их первых вторичных обмоток объединены в общую точку, которая подключается к началу вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в нейтральный провод сети, а начала их вторых вторичных обмоток подключены на вход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой, выход которого через фильтр с полосой пропускания 150 Гц подключен к концу вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в нейтральном проводе сети.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства для снижения тока третьей гармоники четырехпроводной сети. На фиг. 2 представлена векторная разность фазных вторичных токов.
Устройство для снижения тока третьей гармоники четырехпроводной сети содержит трехфазный однополупериодный выпрямитель с нулевой точкой 1, трансформатор тока 2, три трансформатора тока с двумя вторичными обмотками каждый 3-5, фильтр 6 с полосой пропускания 150 Гц. Трансформатор тока 2 включен своей первичной обмоткой в нейтральный провод N, а трансформаторы тока 3-5 подключены в фазные провода сети L1, L2, L3, начала вторичных обмоток трансформатора тока 2 и начала первых вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 образуют общую точку. Начала вторых вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 подключены на вход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1. Выход трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1 через фильтр 6 с полосой пропускания 150 Гц подключен к концу вторичной обмотки трансформатора тока 2, включенного в нейтральном проводе сети N. Причем, концы вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 объединены между собой так, что конец первой вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в опережающую фазу сети, соединен с концом второй вторичной обмотки трансформатора тока, включенного в отстающую фазу сети.
Устройство для снижения тока третьей гармоники четырехпроводной сети работает следующим образом.
L1
L2
3
Однофазные нелинейные нагрузки вызывают протекание в фазах и нейтрали четырехпроводной сети несинусоидальных токов, среди которых доминирует третья гармоника. Под действием напряжений U, U и UL во вторичных обмотках трансформаторов тока 3-5 индуцируются вторичные токи. Диоды трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1 включаются попеременно по 1/3 периода промышленной частоты. Так как первые и вторые вторичные обмотки трансформаторов тока 3-5 включены на разность фаз, то через диоды трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 1 будет проходить ток в √3 раз больше фазного вторичного тока (фиг. 2), ток будет проводить тот диод трехфазного однополупериодного выпрямителя с нулевой точкой 7, потенциал анода которого относительно общей точки первых вторичных обмоток трансформаторов тока 3-5 выше, чем у других диодов. Коммутация диодов происходит в моменты времени, соответствующие точкам пересечения синусоид линейных напряжений, поэтому кривая выпрямленного напряжения имеет вид огибающей синусоиды линейных напряжений, индуктируемых вторичными обмотками трансформаторов тока 3-5. Кривая выпрямленного тока повторяет кривую выпрямленного напряжения. Кратность пульсаций выпрямленного тока, протекающего во вторичной обмотке трансформатора тока 2, по отношению к основной частоте первичной сети равна трем. Для компенсации постоянной составляющей и нежелательных гармоник выпрямленного тока введен фильтр 6 с полосой пропускания 150 Гц. В результате ток протекающий через трансформатор тока 2 будет содержать только токи частотой 150 Гц, а вторичные обмотки не будут дополнительно прогреваться.
Таким образом, заявленное устройство для снижения тока третьей гармоники четырехпроводной сети обеспечивает повышение точности компенсации третьей гармонической составляющей тока, что улучшает качество электрической энергии, снижает потери активной мощности и потери напряжения во всех элементах сети от тока третьей гармонической составляющей.