CS265076B1 - Filtry pro vyšší harmonické složky proudů v třífázových sítích - Google Patents

Abstract

jedná seo problém zjednodušení filtrů pro vyšší harmonické složky proudů. Filtry sestávají pouze ze dvou sériových rezonančních obvodů, z nichž každý sestává z jedné tlumivky a jednoho kondenzátoru, naladěných na kmitočet příslušné harmonická složky a zapojených do "V" k jednotlivým fázím třífázové sítě. Vhodný pro filtraci (zkratování) vyšších harmonických složek proudů u indukčních pecí, u pohonů s. tyristogovou regulací, u fázově řízených usměrňovačů, apod.

Description

Vynález se týká filtrů pro vyšší harmonické složky proudů v třífázových sítích·

Dosud se filtry pro vyšší harmonické složky proudu prováděly symetrické ve všech třech fázích třífázové sítě v zapojení bu3 do hvězdy* nebo do trojúhelníka. K tomu je třeba tří stejných a úplných rezonančních sériových obvodů složených ze stejných kapacit a indukčnosti, naladěných na kmitočet příslušné harmonické složky proudu.

Toto uspořádání má nevýhodu v tom, že zejména indukčnosti jsou prostorově náročné a zpravidla prostor potřebný pro instalaci indukčnosti převyšuje prostorové nároky kondenzátorových baterií. Kromě toho výroba indukčnosti přináší některé výrobní a ekonomické problémy.

Tyto nevýhody ostraňují filtry pro vyšší harmonické složky proudů v třífázových sítích podle vynálezu, jehož podstata pozůstává v tom, že každý filtr je složen ze dvou sériových rezonančních obvodů, sestávajících z jedné tlumivky a z jednoho kondenzátoru, jejichž sériová rezonanční frekvence se rovná frekvenci filtrované vyšší harmonické složky proudu a zapojených do V*.

Výhodou filtrů podle vynálezu je jejich jednoduchost, protože u každého filtru se šetří jeden sériový rezonanční

26> 076 obvod nebo celá tlumivka jednoho rezonančního obvodu, což představuje především prostorové úspory, ale klesne tím i cena a výrobní pracnost filtru pro příslušnou harmonickou.

Příklad zapojení filtrů podle vynálezu je na připojeném výkresy, kde na obr. 3 je zapojení filtru pro obecnou harmonickou v případě, že nevadí nesymetrie filtru pro 1. harmonickou, na obr. 4 je zapojení filtru pro případ úplné symetrie pro 1. harmonickou a na obr. 5 je konkrétní provedení skupiny filtrů pro 5., 7. a 11. harmonickou s úplnou symetrií pro 1. harmonickou. Dosavadní zapojení tří jednofázových filtrů do hvězdy je znázorněno na obr.

a ne obr. 2 je totéž zapojení do trojúhelníka.

Filtr (obr. 3) sestává ze dvou sériových rezonančních obvodů 4, z nichž každý je tvořen sériově zapojeným kondenzátorem 1 o kapacitě C_Q a tlumivkou 2 o indukčnosti L_n·

Oba sériové rezonanční obvody ± tvoří tak větve zapojení, které lze označit jako zapojení do V^H, jakožto obdoba zapojení do hvězdy nebo do trojúhelníka. Vrchol zapojení do V^M a konce obou větví jsou připojeny k jednotlivým fázím třífázové sítě. Tak např. jedna větev je připojena jedním koncem k první fázi se svorkou U třífázové sítě £, vrchol ke druhé fázi se svorkou V a druhá větev je připojena ke třetí fázi se svorkou W. Filtr znázorněný na obr. 4- je· zapojen stejně jako filtr na obr. 3 s tím, že konce obou větví sériového rezonančního obvodu 4 jsou spojeny kompenzačním kondenzátorem o kapacitě C^. Zapojenípdle obr.5 je pro konkrétní harmonické o požadovaném čísle 5, 7 a 11, přičemž zapojení jednotlivých filtrů je stejné jako u obr. 4.

Za účelem zvýšení.symetrie filtračního působení na jednotlivé fáze jsou sériové rezonanční filtry pro různé harmonické připojeny k různým fázím soustavy. U nejvyšší harmonické, v tomto případě 11., bývá frekvenční charakteristika filtru upravena dalšími pomocnými obvody, např. sériovým RC členem zapojeným paralelně k tlumivce 2 o indukčnosti L^.

- 3 265 o76

Dá se jednoduše matematicky dokázat, že proudy sudých i lichých harmonických složek, jejichž pořadové číslo je dělitelné třemi, tečou v jinak symetrickém třífázovém systému ve všech třech fázích souběžně a konfázně. Chovají se tedy obdobně, jako nulové složky proudů při rozkladu nesymetrického třífázového proudu na složky symetrické /sousledné a zpětné,⁷ a nulové. Nemohou se proto uzavírat, nemá-li třífázová sí£ nulový (střední) vodič.

Týká se to tedy 3., 9., 15.» 21. atd. liché harmonické a 6., 12., 18., 24. atd. sudé harmonické. Proudy ostatních harmonických, jejichž pořadové číslo není dělitelné třemi, jsou v symetrickém třífázovém systému třífázové, symetrické a jsou tedy tvořeny zpětnými či souslednými složkami. Suma jejich proudů je v každém okamžiku rovna nule, a proto nepotřebují nulový /střední/ vodič a uzavírají se jen ve třech krajních vodičích třífázové sítě. Mají ovšem n-kráte vyšší kmitočet než 1. harmonická /základní/, kde n je pořadové číslo harmonické. Platí to tedy pro 5.,

7., 11·, 13. atd. lichou harmonickou a pro 4., 8., 10.,

14. atd. sudou harmonickou. Protože se však normálně v sítích vyskytují jen liché harmonické proudy, je možno se nadále zabývat filtry jen na liché harmonické. Pro ně. platí, že vznikly rozkladem průběhu funkce, jejíž hodnoty z první poloviny periody se opakují v druhé polovině s opačným znaménkem, tj. f /x + ll / « - f /x/. Sudé harmonické by vznikly rozkladem funkce, jejíž hodnoty z první poloviny periody se opakují ve druhé polovině s týmž znaménkem, tj. f/x + 7Γ/ = = f /x/, což je však v elektrických sítích neobvyklé.

Porovnáním obr. 3 a obr. 1 nebo'2 lze zjistit, že při zapojenípedle vynálezu je vynechán celý jeden sériový rezonanční obvod . Oba sériové rezonanční obvody 4. jsou naladěny na kmitočet příslušné vyšší harmonické složky. Jestliže

- 4 265 076 je totiž pro příslušnou harmonickou složku proudu zkrat podle obr. 3 mezi fázemi se svorkami U a V a mezi fázemi se svorkami V a W, potom je pro tuto harmonickou složku zkrat i mezi fázemi se svorkami U a W. Filtr tedy zcela normálně působí. Provedeníydle obr. 3 platí pro případ, kdy výrazně převažuje filtrační účinek filtru pro n-tou harmonickou nad kompenzačním účinkem, tedy nad účinkem filtru pro 1. harmonickou. Pokud by vadila nesymetrie filtru pro 1. harmonickou složku tím, že mezi fázemi se svorkami U a V a mezi fázemi se svorkami V a W jsou kapacity C_n, ale mezi fázemi se svorkami U a W žádná kapacita není, je možno ji mezi fáze se svorkami U a W připojit. Tato připojená kompenzační kapacita je na obr. 4 označena jako C^. Dá se matematicky odvodit, že kompenzační kapacita bude pro zachování symetrie filtru pro první harmonickou proudu rovna hodnotě

kde n je pořadové číslo harmonické složky proudu, pro níž je filtr určen. Prostorově lze jednotlivé kompenzační kapacity C^ sdružit do jedné celkové. Celková, centrální kapacita je rovna sumě kompenzačních kapacit více filtrů při respektování zapojení kompenzačních kapacit k různým fázím. I při tomto řešení se ušetří celá jedna indukčnost L u každého filtru. Kompenzační kapačita je prakticky rovna kapacitě C^, piOtože např. pro

5. harmonickou bude = 1 ,04166 C.

- 5 2 65 C76 pro 7. harmonickou bude

1,02083 C_n a pro 11. harmonickou bude

1,00833 C_n o

Pro ještě vyšší harmonické se bude od C_n lišit ještě méně. Z toho lze učinit závěr, že pro všechny harmonické

C* = C . To je výhodné z hlediska stavebnicovosti celého η n ^w filtračního zařízení.

Vynález lze využít všude tam, kde se až dosud prováděly filtry se zapojením do hvězdy nebo do trojúhelníka, tj. u indukčních pecí, u elektrických pohonů s tyristorovou' regulací, u fázově řízených usměrňovačů pro galvanické pokovování, pro elektrolýzy apod. Rozhodující oblastí použití vynálezu je filtrace vyšších harmonických složek, jejichž pořadové číslo n je liché a není dělitelné třemi. V případě lichých harmonických dělitelných třemi je zapojenípdle vynálezu použitelné pouze tehdy, vznikajíli v síti sousledné či zpětné složky těchto harmonických, tedy při fázově nesymetrické zátěži.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   26? 076

   1. Filtry pro vyšší harmonické složky proudů v třífázových sítích, vyznačující se tím, že každý filtr je složen ze dvou sériových rezonančních obvodů (4), sestávajících z jedné tlumivky (2) a z jednoho kondenzátoru (1), jejichž sériová rezonanční frekvence se rovná frekvenci filtrované vyšší harmonické složky proudu a zapojených do V.
2. 2. Filtry pro vyšší harmonické složky proudů podle bodu l_r vyznačující se tím, že mezi konce obou větví zapojení do V je zapojen kompenzační kondenzátor /3/.
3. 3· Filtry pro vyšší harmonické složky proudů podle bodu 2| vyznačující se tím, že kompenzační kondenzátor /3/ má stejnou kapacitu, jako je kapacita v rezonančních obvodech /4/.
4. 4. Filtry pro vyšší harmonické složky proudů podle bodu 2_f vyznačující se tím, že kapacita kompenzačního kondenzátoru (3) se rovná podílu kapacit kondenzátoru (1) v rezonančních obvodech (4) a rozdílu čísla jedna a převrácené hodnoty druhé mocniny pořadového čísla (n) harmonické složky proudu, pro níž je filtr určen·

   1 výkres