NO135218B - - Google Patents

Description

Fasefølgefilter for trefasesystemer.

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.

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.

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.

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

strømmene gjennom impedanselementene

null, og slik at i et vektordiagram over disse

strømmer er vektoren for strømmen gjennom det rent induktive impedanselement

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.

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.

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.

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.

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-

lige uavhengig av endog forholdsvis store variasjoner i trefasesystemets frekvens.

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.

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.

1 med den forskjell at det ikke inneholder

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.

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.

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.

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

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.

20 pst. Det vil følgelig ikke oppnås noen

strøm gjennom strømtransformatorens sekundærvikling ved ren plusfølgespenning uavhengig av frekvensvariasjoner.

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.

Claims (4)

1. Fasefølgefilter for trefasesystemer, som gir en utgangsstørrelse som er proporsjonal med spenningskomponenten meld den ene fasefølge, men i det vesentlige uavhengig av spenningskomponenten med motsatt fasefølge, karakterisert ved at det inneholder tre impedanselementer, hvorav et utgjøres av en resistans (4), det annet av en induktans (3), og det tredje av en resistans (2) i serie med en induktans (1), hvilke impedanselementer er dimensjonert slik og koblet til hver sin spenning som er avledet fra trefasesystemets spenninger at når trefasesystemet bare inneholder spenningskomponenten med den fasefølge for hvilken filteret skal være ufølsomt, er summen av strømmene (li, I2 og I») gjennom impedanselementene null, og i et vektordiagram over disse strømmer er vektoren for strømmen (I2) gjennom det rent induktive impedanselement (3) parallell med tangenten til den halvsirkelformete stedskurve (0) med hensyn på varierende frekvens for vektoren for strømmen (I1) gjennom det impedanselement som består av en resistans (2) i serie med en induktans (1) i det punkt på stedskurven (0) hvor den ende av vektoren (li) som kan beveges langs stedskurven (0) befinner seg ved trefasesystemets merkefrekvens, og avstanden fra dette punkt på stedskurven. (0) til stedskurvens diameter er i det vesentlige like stor som lengden av vektoren for strømmen (I2) gjennom det rent induktive impedanselement (3).

2. Fasefølgefilter som angitt i påstand 1, karakterisert ved at impedanselementene med sine ender er koblet til et felles punkt (6), og med sine andre ender til hver sin av trefasesystemets fasespenninger, samt at det rent induktive impedanselement (3) utgjøres av en reaktor med en sekundærvikling og at spenningen over det rent resistive impedanselement (4) i serie med spenningen over den nevnte sekundærvikling er påtrykket filterets utgang.

3. Fasefølgefilter som angitt i påstand 1, karakterisert ved at de rent resistive og induktive impedanselementer (3, 4) er koblet til spenninger, som er i fase eller mot- fase med hverandre og at det impedanselement som består av en induktans (1) i serie med en resistans (2) er koblet til en spenning med annen fasestilling.

4. Fasefølgefilter som angitt i påstand 3, karakterisert ved at det inneholder en strømtransformator (5), hvis primærvik-linger gjennomflytes av strømmene gjennom samtlige impedanselementer og hvis sekundærvikling er koblet til filterets ut-gangsklemmer (7).