NO135218B

NO135218B -

Info

Publication number: NO135218B
Application number: NO442772A
Authority: NO
Inventors: H Engels
Original assignee: Saint Gobain
Priority date: 1971-12-04
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1976-11-22
Also published as: ATA993972A; BE792221A; DE2160215B2; CH565308A5; IT971473B; GB1417569A; LU66595A1; FI52490B; NO135218C; DK133906C; DE2160215C3; FI52490C; DE2160215A1; DK133906B; FR2159142A5; AT333617B; NL7216423A; ES409221A1

Description

Fasefølgefilter for trefasesystemer. Phase tracking filter for three-phase systems.

Foreliggende oppfinnelse angår et fase-følgefilter for spenningskomponentene i et trefasesystem d. v. s. et filter hvis utgangs-størrelse er proporsjonal med spenningskomponenten med den ene fasefølge, men i det vesentlige uavhengig av spenningskomponenten med motsatt fasefølge. The present invention relates to a phase tracking filter for the voltage components in a three-phase system, i.e. a filter whose output size is proportional to the voltage component with one phase sequence, but essentially independent of the voltage component with the opposite phase sequence.

Hittil kjente spenningsfølsomme fase-følgefiltre har i alminnelighet den mangel at de er sterkt frekvensfølsomme, hvilket innebærer at om filterets utgangsstørrelse er null når trefasesystemet bare inneholder spenningskomponenten med den ene fase-følge og med filterets merkefrekvens, oppnås det, såsnart frekvensen avviker fra denne verdi, en utgangsstørrelse som er avhengig av såvel frekvensavvikelsen som komponentens størrelse. Filteret opptrer således ved frekvensvariasjoner som om trefasesystemet inneholdt spenningskomponenten med den fasefølge for hvilken filteret skal være følsomt. Previously known voltage-sensitive phase-following filters generally have the shortcoming that they are strongly frequency-sensitive, which means that if the filter's output value is zero when the three-phase system only contains the voltage component with one phase-following and with the filter's rated frequency, it is achieved as soon as the frequency deviates from this value , an output quantity that depends on both the frequency deviation and the component's size. The filter thus behaves with frequency variations as if the three-phase system contained the voltage component with the phase sequence to which the filter should be sensitive.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å skaffe et fasefølgefilter for spenningskomponentene i et trefasesystem, hvis funksjon er i det vesentlige uavhengig av endog store variasjoner i trefasesystemets frekvens og som består av et lite antall driftsikre og stabile komponenter. The purpose of the present invention is to provide a phase tracking filter for the voltage components in a three-phase system, whose function is essentially independent of even large variations in the three-phase system's frequency and which consists of a small number of reliable and stable components.

Det særegne ved fasefølgefilteret i henhold til oppfinnelsen består i det vesentlige i at det inneholder tre impedanselementer, hvorav det ene utgjøres av en resistans, det annet av en induktans og det tredje av en resistans i serie med en induktans, og som er tilsluttet hver sin spenning som er avledet fra trefasesystemets spenninger. Impedanselementene er herunder dimensjonert slik og de spenninger som de er tilsluttet er valgt slik at når trefasesystemet bare inneholder spenningskomponenten med den fasefølge for hvilken filteret skal være ufølsomt, er summen av The distinctive feature of the phase-following filter according to the invention essentially consists in the fact that it contains three impedance elements, one of which consists of a resistance, the second of an inductance and the third of a resistance in series with an inductance, and which are each connected to voltage derived from the three-phase system voltages. The impedance elements below are dimensioned as follows and the voltages to which they are connected are chosen so that when the three-phase system only contains the voltage component with the phase sequence to which the filter is to be insensitive, the sum of

strømmene gjennom impedanselementene the currents through the impedance elements

null, og slik at i et vektordiagram over disse zero, and so that in a vector diagram of these

strømmer er vektoren for strømmen gjennom det rent induktive impedanselement currents is the vector of the current through the purely inductive impedance element

parallell med tangenten til den halvsirkelformete stedskurve med hensyn på varierende frekvens for vektoren for strømmen gjennom det impedanselement som består av en resistans i serie med en induktans i det punkt på stedskurven hvor den ende av vektoren som kan bevege seg langs stedskurven befinner seg ved merkefrekvens og slik at avstanden fra dette punkt på stedskurven til dennes diameter er i det vesentlige like stor som lengden av vektoren for strømmen gjennom det rent induktive impedanselement. parallel to the tangent to the semicircular location curve with respect to varying frequency for the vector of the current through the impedance element consisting of a resistance in series with an inductance at the point on the location curve where the end of the vector that can move along the location curve is at the rated frequency and so that the distance from this point on the location curve to its diameter is essentially the same as the length of the vector for the current through the purely inductive impedance element.

Oppfinnelsen skal nu beskrives nærmere i tilslutning til vedføyde tegning. Fig. 1, 4 og 5 viser som eksempel tre forskjellige utførelsesformer for oppfinnelsen. Fig. 2 og 3 er vektordiagrammer for det filter som er vist i fig. 1 for det tilfelle at det trefasesystem som er tilsluttet filteret bare inneholder plusfølgespenning hen-holdsvis minusfølgespenning. Fig. 6 og 7 viser tilsvarende vektordiagrammer for det filter som er vist i fig. 5. The invention will now be described in more detail in connection with the attached drawing. Fig. 1, 4 and 5 show, as an example, three different embodiments of the invention. Figs. 2 and 3 are vector diagrams for the filter shown in Figs. 1 for the case that the three-phase system which is connected to the filter only contains positive secondary voltage or negative secondary voltage respectively. Fig. 6 and 7 show corresponding vector diagrams for the filter shown in Fig. 5.

Alle de filtre som er vist på tegningen er koblet slik at de fungerer som minus-følgefiltre d. v. s. deres utgangsstørrelser er proporsjonale med minusfølgespennin-gen i det tilsluttete trefasesystem, men uavhengig av dets plusfølgespenning. All the filters shown in the drawing are connected so that they function as minus-following filters, i.e. their output values are proportional to the minus-following voltage in the connected three-phase system, but independent of its plus-following voltage.

Det fasefølgefilter som er vist i fig. 1 består av tre impedanselementer hvorav det ene utgjøres av en reaktor 1 i serie med en motstand 2; det annet av en reaktor 3 og det tredje av en motstand 4. Hvert av de tre impedanselementer er med den ene ende i serie med en primærvikling på en strømtransformator 5, koblet til et felles punkt 6. Med den annen ende er impedanselementene koblet til fasene R, S, henholds-vis T i det trefasesystem hvis symmetri filteret skal overvåke. Det felles sammenkoblingspunkt 6 er koblet til midtpunk-tet på hovedspenningen mellom fasene S og T i trefasesystemet. Filterets utgangs-klemmer 7 er koblet til sekundærviklingen på strømtransformatoren 5. The phase tracking filter shown in fig. 1 consists of three impedance elements, one of which consists of a reactor 1 in series with a resistor 2; the second by a reactor 3 and the third by a resistor 4. Each of the three impedance elements is with one end in series with a primary winding of a current transformer 5, connected to a common point 6. With the other end the impedance elements are connected to the phases R, S, respectively T in the three-phase system whose symmetry the filter is to monitor. The common connection point 6 is connected to the midpoint of the main voltage between phases S and T in the three-phase system. The filter's output terminals 7 are connected to the secondary winding of the current transformer 5.

Fig. 2 viser et vektordiagram for strømmene gjennom de forskjellige impedanselementer i det filter som er vist i fig. 1 under den forutsetning at trefasesystemet bare inneholder plusfølgespenning med fasefølgen R, S, T. Spenningsvektorene ER, Es, E.|. angir retningene for trefasesystemets fasespenninger. Reaktoren 1 og motstanden 2 er dimensjonert slik at strømmen li gjennom dem ved filterets merkefrekvens vil ligge 45° etter spenningen i fase. Reaktoren 3 og motstanden 4 er dimensjonert slik i forhold til reaktoren 1 og motstanden 2 at summen av strømme-ne li, I2 og Ia inn mot punktet 6 er null, slik som det fremgår av vektordiagrammet i fig. 2. Spissen av vektoren I1 for strømmen gjennom det impedanselement som består åv reaktoren 1 og motstanden 2 flytter seg ved varierende frekvens langs kurven O, som utgjøres av en halvsirkel. Som det fremgår er vektoren for strømmen I2 gjennom det rent induktive impedanselement parallell med tangenten til kurven O i det punkt hvor spissen av vektoren li befinner seg ved filterets merkefrekvens. Videre er impedanselementene dimensjonert slik at avstanden fra dette punkt på kurven O til dennes diameter er tilnærmelsesvis like stor som lengden av vektoren Ia ved merkefre-kvensen. Ved en frekvensvariasjon flytter ganske visst spissen av vektoren li seg langs kurven O, men samtidig vil lengden av vektoren Io endres i tilsvarende grad, slik at summen av strømmene inn mot punktet 6 stadig er tilnærmelsesvis null. De stiplete vektorer angir forholdet ved en økning av frekvensen med ca. 20 pst. Så-lenge trefasesystemet bare inneholder en ren plusfølgespenning vil således strømmen gjennom sekundærviklingen på strøm-transformatoren 5 være null, i det vesent- Fig. 2 shows a vector diagram for the currents through the various impedance elements in the filter shown in fig. 1 under the assumption that the three-phase system only contains positive sequence voltage with the phase sequence R, S, T. The voltage vectors ER, Es, E.|. indicates the directions of the three-phase system's phase voltages. The reactor 1 and the resistor 2 are dimensioned so that the current li through them at the filter's rated frequency will be 45° behind the voltage in phase. The reactor 3 and the resistor 4 are dimensioned in such a way in relation to the reactor 1 and the resistor 2 that the sum of the currents li, I2 and Ia towards point 6 is zero, as can be seen from the vector diagram in fig. 2. The tip of the vector I1 for the current through the impedance element consisting of the reactor 1 and the resistance 2 moves at varying frequency along the curve O, which is formed by a semicircle. As can be seen, the vector for the current I2 through the purely inductive impedance element is parallel to the tangent to the curve O at the point where the tip of the vector li is located at the filter's rated frequency. Furthermore, the impedance elements are dimensioned so that the distance from this point on the curve O to its diameter is approximately as large as the length of the vector Ia at the target frequency. In the case of a frequency variation, the tip of the vector li certainly moves along the curve O, but at the same time the length of the vector Io will change to a corresponding degree, so that the sum of the currents towards the point 6 is still approximately zero. The dashed vectors indicate the ratio at an increase of the frequency by approx. 20 per cent. As long as the three-phase system only contains a pure positive following voltage, the current through the secondary winding of the current transformer 5 will thus be zero, essentially

lige uavhengig av endog forholdsvis store variasjoner i trefasesystemets frekvens. equally independent of even relatively large variations in the frequency of the three-phase system.

Fig. 3 viser et tilsvarende vektordiagram for strømmene gjennom impedanselementene i det filter som er vist i fig. 1 i det tilfelle at det trefasesystem som er koblet til filteret bare inneholder minusfølgespen-ning med fasefølgen R, T, S. Som det fremgår av vektordiagrammet i fig. 3 blir i dette tilfelle summen av strømmene gjennom impedanselementene inn mot punktet 6 ikke lengre null, slik at det fra sekundærviklingen på strømtransformatoren 5 kan tas ut en strøm som er proporsjonal med størrelsen av spenningskomponenten med negativ fasefølge. Fig. 3 shows a corresponding vector diagram for the currents through the impedance elements in the filter shown in fig. 1 in the case that the three-phase system which is connected to the filter only contains minus sequence voltage with the phase sequence R, T, S. As can be seen from the vector diagram in fig. 3, in this case the sum of the currents through the impedance elements towards point 6 is no longer zero, so that a current proportional to the size of the voltage component with negative phase sequence can be taken from the secondary winding of the current transformer 5.

Det fasefølgefilter i henhold til oppfinnelsen som er vist i fig. 4 er bygget opp på samme måte som det som er vist i fig. The phase tracking filter according to the invention shown in fig. 4 is constructed in the same way as that shown in fig.

1 med den forskjell at det ikke inneholder 1 with the difference that it does not contain

noen strømtransformator og at punktet 6 ikke er koblet til noe fast potensial i trefasesystemet. I stedet er reaktoren 3 for-synt med en sekundærvikling og filterets ene utgangsklemme er i serie med denne sekundærvikling koblet til fase T i trefasesystemet, mens den annen utgangsklemme er koblet til det felles sammenkoblingspunkt 6 for de tre impedanselementer. some current transformer and that point 6 is not connected to any fixed potential in the three-phase system. Instead, the reactor 3 is provided with a secondary winding and one output terminal of the filter is connected in series with this secondary winding to phase T in the three-phase system, while the other output terminal is connected to the common connection point 6 for the three impedance elements.

Virkemåten for dette filter forstås let-test under henvisning til det filter som er vist i fig. 1. Som det fremgår av beskrivel-sen av dette filter, er summen av strøm-mene inn mot det felles sammenkoblingspunkt 6 alltid null, uavhengig av frekvensvariasjoner i det tilfelle at trefasesystemet bare innholder plusfølgespenning. Ved ren plusfølgespenning flyter det følgelig ikke noen strøm mellom sammenkoblingspunktet 6 og klemmen ST. Forbindelsen mellom sammenkoblingspunktet 6 og klemmen ST kan følgelig brytes, uten at dette i noen henseende påvirker potetsialet i sammenkoblingspunktet 6. I det filter som er vist i fig. 4 vil følgelig sammenkoblingspunktet 6 ved ren plusfølgespenning alltid, uavhengig av variasjoner i frekvensen, ha et potensial som ligger midt mellom potensialene på fasene S og T i trefasesystemet. Hvis over-settingen mellom primær- og sekundærviklingen på reaktoren 3 er én, vil det føl-gelig ved ren plusfølgespenning ikke finnes noen spenning mellom filterets utgangs-klemmer 7, uavhengig av eventuelle frekvensvariasjoner. Ved minusfølgespenning i trefasesystemet vil imidlertid, som be-skrevet i forbindelse med det filter som er vist i fig. 1, summen av strømmene inn mot det felles sammenkoblingspunkt 6 ikke bli null. Det flyter således i dette tilfelle en resulterende strøm mellom sammenkoblingspunktet 6 og klemmen ST. Hvis forbindelse mellom sammenkoblingspunktet 6 og klemmen ST brytes i et slikt tilfelle, slik som det er gjort i det filter som er vist i fig. 4 vil punktet 6 tydelig anta et annet potensial. Det kan vises at i det filter som er vist i fig. 4 vil sammenkoblingspunktet 6 ved ren minusfølgespenning anta et potensial som ligger nærmere potensialet på trefasesystemets fase R. Som en følge av dette vil det opptre en spenning mellom filterets utgangsklemme 7, en spenning som er proporsjonal med størrelsen av minusfølgespen-ningen i trefasesystemet. The way this filter works can be easily understood with reference to the filter shown in fig. 1. As can be seen from the description of this filter, the sum of the currents towards the common connection point 6 is always zero, regardless of frequency variations in the case that the three-phase system only contains positive follow-on voltage. In the case of pure positive follow-on voltage, no current flows between connection point 6 and terminal ST. The connection between the connection point 6 and the terminal ST can therefore be broken, without this in any respect affecting the potential in the connection point 6. In the filter shown in fig. 4, the connection point 6 will therefore always, regardless of variations in the frequency, have a potential that lies midway between the potentials on the phases S and T in the three-phase system in the case of pure positive follow-on voltage. If the translation between the primary and secondary windings of the reactor 3 is one, then with pure positive follow-on voltage there will be no voltage between the filter's output terminals 7, regardless of any frequency variations. In the case of negative secondary voltage in the three-phase system, however, as described in connection with the filter shown in fig. 1, the sum of the currents towards the common connection point 6 does not become zero. Thus, in this case, a resulting current flows between the connection point 6 and the terminal ST. If the connection between the connection point 6 and the terminal ST is broken in such a case, as is done in the filter shown in fig. 4, point 6 will clearly assume a different potential. It can be shown that in the filter shown in fig. 4, the connection point 6 will assume a potential that is closer to the potential of the three-phase system's phase R in the case of pure negative follow-on voltage. As a result of this, a voltage will appear between the filter's output terminal 7, a voltage that is proportional to the magnitude of the negative follow-on voltage in the three-phase system.

Det fasefølgefilter i henhold til oppfinnelsen som er vist i fig. 5 består som de tid-ligere av tre impedanselementer, hvorav det ene utgjøres av en reaktor 1 i serie med en motstand 2, den annen av en reaktor 3 og det tredje av en motstand 4. Også i dette tilfelle er impedanselementene koblet i serie med hver sin primærvikling på en strøm-transformator 5 idet filterets utgangsklem-mer 7 er koblet til sekundærviklingen. I dette tilfelle er imidlertid det rent induktive impedanselement og det rent resistive impedanselement koblet parallelt med hverandre til hovedspenningen mellom trefasesystemets faser R og S, mens det impedanselement som består av en induktans i serie med en resistans er koblet til hovedspenningen mellom fasene S og T. The phase tracking filter according to the invention shown in fig. 5 consists, as before, of three impedance elements, one of which consists of a reactor 1 in series with a resistor 2, the second of a reactor 3 and the third of a resistor 4. Also in this case, the impedance elements are connected in series with each has its own primary winding on a current transformer 5, the filter's output terminals 7 being connected to the secondary winding. In this case, however, the purely inductive impedance element and the purely resistive impedance element are connected in parallel with each other to the main voltage between phases R and S of the three-phase system, while the impedance element consisting of an inductance in series with a resistance is connected to the main voltage between phases S and T.

Fig. 6 er et vektordiagram over strøm-mene gjennom impedanselementene i det tilfelle at trefasesystemet bare inneholder plusfølgespenning. Reaktoren 1 og motstanden 2 er dimensjonerte slik at strøm-men li gjennom dem ved filterets merkefrekvens ligger 30° etter spenningen i fase. Reaktoren 3 og motstanden 4 er dimensjonerte slik i forhold til reaktoren 1 og motstanden 2 at summen av strømmene gjennom impedanselementene er null, slik som det fremgår av vektordiagrammet i fig. 6. Spissen av vektoren I2 beveger seg også i dette tilfelle ved frekvensvariasjoner langs en kurve 0 som består av en halvsirkel. Videre er også i dette tilfelle vektoren I2 for strømmen gjennom det rent induktive impedanselement parallell med tangenten til kurven 0 i det punkt hvor spissen av vektoren Ij ligger ved merkefrekvens, og impedanselementene er dimensjonert slik at avstanden fra spissen av vektoren li ved merkefrekvens til diameteren i kurven 0 er i det vesentlige like stor som lengden av vektoren I2 for strømmen gjennom det rent induktive impedanselement. Som en følge av dette vil, ved en frekvensvariasjon flyt-tingen av spissen av vektoren Ij langs kurven 0 motsvares av en like stor endring i Fig. 6 is a vector diagram of the currents through the impedance elements in the case that the three-phase system only contains positive following voltage. The reactor 1 and the resistor 2 are dimensioned so that the current through them at the filter's rated frequency is 30° behind the voltage in phase. The reactor 3 and the resistor 4 are dimensioned in such a way in relation to the reactor 1 and the resistor 2 that the sum of the currents through the impedance elements is zero, as can be seen from the vector diagram in fig. 6. The tip of the vector I2 also moves in this case with frequency variations along a curve 0 which consists of a semicircle. Furthermore, also in this case, the vector I2 for the current through the purely inductive impedance element is parallel to the tangent to the curve 0 at the point where the tip of the vector Ij lies at the rated frequency, and the impedance elements are dimensioned so that the distance from the tip of the vector li at the rated frequency to the diameter i the curve 0 is essentially equal to the length of the vector I2 of the current through the purely inductive impedance element. As a consequence of this, with a frequency variation the movement of the tip of the vector Ij along the curve 0 will correspond to an equally large change in

lengden av vektoren I2. Summen av strøm-mene gjennom impedanselementene vil føl-gelig holde seg i det vesentlige lik null uavhengig av variasjoner i frekvensen. De stiplete vektorer viser forholdet ved en sen-king i trefasesystemets frekvens med ca. the length of the vector I2. The sum of the currents through the impedance elements will therefore remain substantially equal to zero regardless of variations in the frequency. The dashed vectors show the relationship in the event of a reduction in the frequency of the three-phase system by approx.

20 pst. Det vil følgelig ikke oppnås noen 20 per cent. Consequently, none will be achieved

strøm gjennom strømtransformatorens sekundærvikling ved ren plusfølgespenning uavhengig av frekvensvariasjoner. current through the current transformer's secondary winding with pure positive follow voltage regardless of frequency variations.

Fig. 7 viser et tilsvarende vektordiagram over strømmene gjennom impedanselementene i det tilfelle at trefasesystemet bare inneholder minusfølgespenning. Som det fremgår av dette vektordiagram vil i dette tilfelle summen av strømmene gjennom impedanselementene ikke lengre være null, slik at det gjennom sekundærviklingen på strømtransformatoren 5 oppnås en strøm hvis størrelse er proporsjonal med størrelsen av minusfølgespenningen i trefasesystemet. Fig. 7 shows a corresponding vector diagram of the currents through the impedance elements in the case that the three-phase system only contains negative secondary voltage. As can be seen from this vector diagram, in this case the sum of the currents through the impedance elements will no longer be zero, so that through the secondary winding of the current transformer 5 a current is obtained whose magnitude is proportional to the magnitude of the minus follow-on voltage in the three-phase system.

Claims

1. Phase sequence filter for three-phase systems, which gives an output quantity that is proportional to the voltage component of one phase sequence, but essentially independent of the voltage component with the opposite phase sequence, characterized in that it contains three impedance elements, one of which is made up of a resistance (4), the second by an inductance (3), and the third by a resistance (2) in series with an inductance (1), which impedance elements are dimensioned in such a way and connected to each a voltage derived from the voltages of the three-phase system that when the three-phase system only contains the voltage component with the phase sequence to which the filter is to be insensitive, the sum of the currents (li, I2 and I») through the impedance elements is zero, and in a vector diagram of these currents the vector of the current (I2) through the purely inductive impedance element (3) is parallel to the tangent to the semicircular site curve (0) with respect to varying frequency of the vector of the current (I1) through the impedance element which consists of a resistance (2) in series with an inductance (1) at the point on the location curve (0) where the end of the vector (li) which can be moved along the location curve (0) is located at the three-phase system's rated frequency, and the distance from this point on the location curve. (0) until the diameter of the location curve is essentially as large as the length of the vector of the current (I2) through the purely inductive impedance element (3).

2. Phase tracking filter as stated in claim 1, characterized in that the impedance elements are connected with their ends to a common point (6), and with their other ends to each of the phase voltages of the three-phase system, and that the purely inductive impedance element (3) consists of a reactor with a secondary winding and that the voltage across the purely resistive impedance element (4) in series with the voltage across the said secondary winding is applied to the filter's output.

3. Phase tracking filter as stated in claim 1, characterized in that the purely resistive and inductive impedance elements (3, 4) are connected to voltages, which are in phase or opposite phase with each other and that the impedance element consisting of an inductance (1) in series with a resistance (2) is connected to a voltage with a different phase position.

4. Phase tracking filter as stated in claim 3, characterized in that it contains a current transformer (5), whose primary windings are fed by the currents through all impedance elements and whose secondary winding is connected to the filter's output terminals (7).