RU2809838C1 - Three-phase filter compensating device - Google Patents
Three-phase filter compensating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809838C1 RU2809838C1 RU2023119360A RU2023119360A RU2809838C1 RU 2809838 C1 RU2809838 C1 RU 2809838C1 RU 2023119360 A RU2023119360 A RU 2023119360A RU 2023119360 A RU2023119360 A RU 2023119360A RU 2809838 C1 RU2809838 C1 RU 2809838C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminals
- correction coils
- electrical network
- section
- phase
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
Abstract
Description
Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство относится к области электротехники, может быть использовано в установках для улучшения качества электрической энергии: для компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник напряжения в трехфазных электрических сетях.A three-phase filter compensating device belongs to the field of electrical engineering and can be used in installations to improve the quality of electrical energy: to compensate reactive power and filter higher voltage harmonics in three-phase electrical networks.
Известно фильтрокомпенсирующее устройство для трехфазной системы электроснабжения [RU 2046489 С1, МПК H02J 3/18, H02J 3/01, опубл. 20.10.1995]. Фильтрокомпенсирующее устройство снабжено трехстержневым трансформатором, три обмотки каждой фазы которого расположены на одном стержне, первые одноименные выводы первой и второй обмоток подключены к питающей сети системы электроснабжения, первые выводы третей обмотки соединены по схеме «звезда», вторые выводы первой обмотки соединены с конденсаторной батареей, вторые выводы второй обмотки соединены с реактором, вторые выводы третьей обмотки соединены с резистором.A filter compensating device for a three-phase power supply system is known [RU 2046489 C1, IPC H02J 3/18, H02J 3/01, publ. 20.10.1995]. The filter-compensating device is equipped with a three-rod transformer, three windings of each phase of which are located on one rod, the first terminals of the same name of the first and second windings are connected to the power supply network of the power supply system, the first terminals of the third winding are connected in a star configuration, the second terminals of the first winding are connected to a capacitor bank, the second terminals of the second winding are connected to the reactor, the second terminals of the third winding are connected to the resistor.
Недостатками такого устройства являются его конструктивная сложность, нерациональное использование материалов и проводников, узкая сфера применения, а также меньший положительный эффект при больших массогабаритных показателях.The disadvantages of such a device are its design complexity, irrational use of materials and conductors, narrow scope of application, as well as a less positive effect with large weight and size parameters.
Наиболее близким по технической сущности изобретению является фильтрокомпенсирующее устройство [RU 2714925 C1, H02J 3/01, опубл. 21.02.2020]. Фильтрокомпенсирующее устройство содержит электрическую сеть с двумя выводами, реактор, выполненный в виде магнитопровода из П-образных стержней, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток первого проводника и второго проводника из фольги в виде двух отдельных секций, обмотки каждой секции изолированы друг от друга диэлектриком, первый вывод электрической сети подключен к последовательно согласно соединенным катушкам коррекции, намотанным на магнитопровод и подключенным к началу первого проводника первой секции, а второй вывод электрической сети подключен к последовательно согласно соединенным катушкам коррекции, намотанным на магнитопровод и подключенным к концу второго проводника второй секции, начало второго проводника первой секции и конец первого проводника второй секции разомкнуты.The closest in technical essence of the invention is a filter compensating device [RU 2714925 C1, H02J 3/01, publ. 02/21/2020]. The filter-compensating device contains an electrical network with two terminals, a reactor made in the form of a magnetic core made of U-shaped rods, a capacitor made in the form of two-lead windings of the first conductor and the second conductor made of foil in the form of two separate sections wound in series on the magnetic core rods, the windings of each sections are insulated from each other by a dielectric, the first output of the electrical network is connected to the series in accordance with the connected correction coils wound on the magnetic core and connected to the beginning of the first conductor of the first section, and the second terminal of the electrical network is connected to the series in accordance with the connected correction coils wound on the magnetic core and connected to the end of the second conductor of the second section, the beginning of the second conductor of the first section and the end of the first conductor of the second section are open.
Недостатками прототипа являются невозможность компенсации высших гармоник одновременно по трем фазам трехфазной системы электроснабжения, высокий уровень потерь электроэнергии в устройстве и меньший положительный эффект при больших массогабаритных показателях.The disadvantages of the prototype are the inability to compensate for higher harmonics simultaneously in three phases of a three-phase power supply system, a high level of electricity losses in the device and a less positive effect with large weight and dimensions.
Технической задачей изобретения является улучшение показателей качества электроэнергии в трехфазных электрических сетях, уменьшение габаритов устройства в целом, снижение дополнительных потерь мощности в устройстве.The technical objective of the invention is to improve the quality of electricity in three-phase electrical networks, reduce the dimensions of the device as a whole, and reduce additional power losses in the device.
Технический результат изобретения состоит в повышении коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности, снижения коэффициентов гармонических составляющих напряжения и суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения трехфазной электрической сети при одновременном повышении надежности устройства.The technical result of the invention is to increase the power factor by compensating reactive power, reducing the coefficients of harmonic components of the voltage and the total coefficient of harmonic components of the voltage of a three-phase electrical network while simultaneously increasing the reliability of the device.
Это достигается тем, что в известном фильтрокомпенсирующем устройстве, содержащем компенсируемую электрическую сеть, реактор, конденсатор, выполненный в виде последовательно-согласно намотанных на стержни магнитопровода двухзаходных обмоток из фольги в виде отдельных секций, при этом обмотки каждой секции изолированы друг от друга слоем диэлектрика, катушки коррекции, согласно изобретению, компенсируемая электрическая сеть является трехфазной, реактор выполнен в виде магнитопровода из Ш-образных стержней, отделенных друг от друга одинаковыми по длине немагнитными зазорами, двузаходные обмотки из фольги в виде отдельных секций намотаны по одной секции на фазу, устройство содержит шесть идентичных катушек коррекции магнитного поля, попарно размещенных на стержнях магнитопровода, при этом компенсируемая трехфазная электрическая сеть соединена с выводами начала первых катушек коррекции, а выводы концов первых катушек коррекции соединены с выводами начала первых проводников секций, выводы концов первых проводников секций и выводы начала вторых проводников секций разомкнуты, выводы концов вторых проводников секций соединены с выводами начала вторых катушек коррекции, а выводы концов вторых катушек коррекции соединены по схеме «звезда» и выполнены с возможностью изолирования при подключении устройства к компенсируемой электрической сети с изолированной нейтралью или заземления при подключении к компенсируемой электрической сети с глухозаземленной нейтралью.This is achieved by the fact that in the known filter-compensating device containing a compensated electrical network, a reactor, a capacitor, made in the form of two-lead foil windings wound in series on the magnetic core rods in the form of separate sections, with the windings of each section isolated from each other by a layer of dielectric, correction coils, according to the invention, the compensated electrical network is three-phase, the reactor is made in the form of a magnetic circuit of W-shaped rods, separated from each other by non-magnetic gaps of equal length, double-winding foil windings in the form of separate sections are wound in one section per phase, the device contains six identical magnetic field correction coils, placed in pairs on the magnetic cores, with a compensated three-phase electrical network connected to the terminals of the beginning of the first correction coils, and the terminals of the ends of the first correction coils are connected to the terminals of the beginning of the first section conductors, the terminals of the ends of the first section conductors and the terminals of the beginning of the second section conductors are open, the terminals of the ends of the second section conductors are connected to the terminals of the beginning of the second correction coils, and the terminals of the ends of the second correction coils are connected in a “star” configuration and are designed to be isolated when connecting the device to a compensated electrical network with an isolated neutral or grounded when connected to a compensated electrical network with a solidly grounded neutral.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлена принципиальная схема трехфазного фильтрокомпенсирующего устройства с катушками коррекции, на фиг. 2 - внешний вид одной из секций обмоток трехфазного фильтрокомпенсирующего устройства, аналогичный прототипу.The essence of the invention is illustrated by drawings in Fig. 1 and fig. 2. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a three-phase filter compensating device with correction coils; Fig. 2 - appearance of one of the winding sections of a three-phase filter compensating device, similar to the prototype.
На фиг. 1 показано трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство с катушками коррекции магнитного поля, которое подключается к трехфазной компенсируемой электрической сети 1 (трехфазный источник напряжения) через выводы 2, 3, 4, состоящее из двух Ш-образных участков магнитопровода 5 и 6, выполненных из электротехнической стали и отделенных друг от друга одинаковыми по длине немагнитными зазорами 7. На участки магнитопровода намотаны секции 8, 9, 10, выполненные каждая из двухзаходных обмоток из одинаковых изолированных проводов 11 и 12 в виде алюминиевой фольги и пленок диэлектрика 13 и 14 (фиг. 2), и катушки 15, 16, 17, 18, 19, 20, каждая из которых имеет начальные и конечные выводы: катушка 15 - выводы 21 и 22, катушка 16 - выводы 23 и 24, катушка 17 - выводы 25 и 26, катушка 18 - выводы 27 и 28, катушка 19 - выводы 29 и 30, катушка 20 - выводы 31 и 32. У каждой секции есть выводы для соединения с катушками и компенсируемой электрической сетью: у секции 8 - выводы 33, 34, 35, 36, у секции 9 - выводы 37, 38, 39, 40, у секции 10 - выводы 41, 42, 43, 44. Вывод 21 катушки 15 соединен с выводом компенсируемой сети 2, вывод 23 катушки 16 соединен с выводом компенсируемой сети 3, вывод 25 катушки 17 соединен с выводом компенсируемой сети 4. У секции 8 вывод 33 соединен с выводом 22 катушки 15, вывод 35 - с выводом 27 катушки 18; у секции 9 вывод 37 соединен с выводом 24 катушки 16, вывод 39 - с выводом 29 катушки 19; у секции 10 вывод 41 соединен с выводом 26 катушки 17, вывод 43 - с выводом 31 катушки 20. Вывод 28 катушки 18, вывод 30 катушки 19, вывод 32 катушки 20 соединены по схеме «звезда».In fig. Figure 1 shows a three-phase filter compensating device with magnetic field correction coils, which is connected to a three-phase compensated electrical network 1 (three-phase voltage source) through terminals 2, 3, 4, consisting of two W-shaped sections of the magnetic circuit 5 and 6, made of electrical steel and separated from each other by non-magnetic gaps 7 of equal length. Sections 8, 9, 10 are wound on sections of the magnetic circuit, each made of two-lead windings from identical insulated wires 11 and 12 in the form of aluminum foil and dielectric films 13 and 14 (Fig. 2), and coils 15, 16, 17, 18, 19, 20, each of which has initial and final terminals: coil 15 - terminals 21 and 22, coil 16 - terminals 23 and 24, coil 17 - terminals 25 and 26, coil 18 - terminals 27 and 28, coil 19 - terminals 29 and 30, coil 20 - terminals 31 and 32. Each section has terminals for connecting to coils and a compensated electrical network: section 8 - terminals 33, 34, 35, 36, section 9 - pins 37, 38, 39, 40, for section 10 - pins 41, 42, 43, 44. Pin 21 of coil 15 is connected to the pin of compensated network 2, pin 23 of coil 16 is connected to the pin of compensated network 3, pin 25 of coil 17 is connected with the output of the compensated network 4. In section 8, output 33 is connected to output 22 of coil 15, output 35 is connected to output 27 of coil 18; in section 9, pin 37 is connected to pin 24 of coil 16, pin 39 is connected to pin 29 of coil 19; in section 10, pin 41 is connected to pin 26 of coil 17, pin 43 is connected to pin 31 of coil 20. Pin 28 of coil 18, pin 30 of coil 19, pin 32 of coil 20 are connected in a star configuration.
Трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство работает следующим образом.A three-phase filter compensating device operates as follows.
На выводах 2, 3, 4 компенсируемой трехфазной электрической сети 1 устанавливается измерительная аппаратура для анализа показателей качества электрической энергии (коэффициента мощности, коэффициента гармонических искажений), специальное средство автоматизации получает сигнал на включение и замыкает силовые цепи, тем самым подключая трехфазное фильтрокомпенсирующее устройство к компенсируемой электрической сети. Устройство подключается посредством отдельного коммутационно-защитного аппарата к выводам 2, 3, 4 трехфазной компенсируемой электрической сети 1 через выводы 21, 23, 25 катушек 15, 16, 17, при этом выводы 34 и 36, 38 и 40, 42 и 44 разомкнуты. В результате такого подключения к трехфазному источнику напряжения между проводниками из фольги 11 и 12 секций появляется электрическое поле, приводящее к возникновению токов смещения в диэлектрике 13 и 14. Эти токи, как токи проводимости в проводниках, являются намагничивающими токами магнитопровода. Выполнение магнитопровода из двух участков 5 и 6 обеспечивает распределение намагничивающей силы по периметру магнитопровода. Размещение на стержнях магнитопровода катушек коррекции снижает величину потоков рассеяния. При протекании токов i A , i B , i C в результате согласного включения проводников из фольги 11 и 12 (фиг. 2) каждой секции и проводов катушек коррекции обеспечивается суммирование намагничивающих сил, сокращение области потов рассеяния, что делает эффективным использование устройства на низких частотах.At terminals 2, 3, 4 of the compensated three-phase electrical network 1, measuring equipment is installed to analyze indicators of the quality of electrical energy (power factor, harmonic distortion factor), a special automation tool receives a signal to turn on and closes the power circuits, thereby connecting the three-phase filter compensating device to the compensated one electrical network. The device is connected via a separate switching and protective device to terminals 2, 3, 4 of the three-phase compensated electrical network 1 through terminals 21, 23, 25 of coils 15, 16, 17, while terminals 34 and 36, 38 and 40, 42 and 44 are open. As a result of this connection to a three-phase voltage source, an electric field appears between the foil conductors of sections 11 and 12, leading to the occurrence of displacement currents in the dielectric 13 and 14. These currents, like conduction currents in the conductors, are magnetizing currents of the magnetic circuit. Making the magnetic circuit from two sections 5 and 6 ensures the distribution of the magnetizing force along the perimeter of the magnetic circuit. Placing correction coils on the magnetic core rods reduces the amount of leakage fluxes. When currents i A , i B , i C flow, as a result of the consistent inclusion of foil conductors 11 and 12 (Fig. 2) of each section and the wires of the correction coils, the summation of magnetizing forces is ensured, reducing the area of scattering sweat, which makes the use of the device effective at low frequencies .
Наличие немагнитных зазоров 7 позволяет снизить нелинейность магнитопровода, а изменение их длины - регулировать значение резонансной частоты без изменения других параметров устройства. Применение катушек коррекции 15, 16, 17, 18, 19, 20 позволяет регулировать значение индуктивности устройства без изменения параметров секций 8, 9, 10.The presence of non-magnetic gaps 7 makes it possible to reduce the nonlinearity of the magnetic circuit, and changing their length allows you to adjust the value of the resonant frequency without changing other parameters of the device. The use of correction coils 15, 16, 17, 18, 19, 20 allows you to adjust the inductance value of the device without changing the parameters of sections 8, 9, 10.
На промышленной частоте входное сопротивление фильтрокомпенсирующего устройства имеет емкостной характер, в результате чего реализуется повышение коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности. Для подавления высших гармонических составляющих напряжения компенсируемой трехфазной электрической сети реализуется режим последовательного резонанса устройства. Резонансная частота определяется значениями емкости секций 8, 9, 10, индуктивности, определяемой проводниками 11 и 12 и катушками коррекции 15, 16, 17, 18, 19, 20, параметров и характеристик участков 5 и 6 магнитопровода и длины немагнитных зазоров 7.At industrial frequency, the input resistance of the filter compensating device is capacitive in nature, resulting in an increase in the power factor due to reactive power compensation. To suppress higher harmonic components of the voltage of a compensated three-phase electrical network, a series resonance mode of the device is implemented. The resonant frequency is determined by the values of the capacitance of sections 8, 9, 10, inductance determined by conductors 11 and 12 and correction coils 15, 16, 17, 18, 19, 20, parameters and characteristics of sections 5 and 6 of the magnetic circuit and the length of non-magnetic gaps 7.
Использование изобретения обеспечивает улучшение показателей качества электрической энергии в трехфазных электрических сетях, уменьшение количества элементов устройства, что приводит к уменьшению массогабаритов и снижению дополнительных потерь.The use of the invention improves the quality of electrical energy in three-phase electrical networks, reduces the number of device elements, which leads to a reduction in weight and dimensions and a reduction in additional losses.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809838C1 true RU2809838C1 (en) | 2023-12-19 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4419648A (en) * | 1981-04-24 | 1983-12-06 | Hewlett-Packard Company | Current controlled variable reactor |
| US5444609A (en) * | 1993-03-25 | 1995-08-22 | Energy Management Corporation | Passive harmonic filter system for variable frequency drives |
| RU2046489C1 (en) * | 1993-02-26 | 1995-10-20 | Акционерное общество открытого типа "Уралэлектротяжмаш" | Filtering and correcting device for three-phase power system |
| US5574631A (en) * | 1995-04-26 | 1996-11-12 | Westinghouse Electric Corporation | Magnetic filter |
| RU128033U1 (en) * | 2012-10-29 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | FILTER-COMPENSATING DEVICE |
| RU2714925C1 (en) * | 2019-09-11 | 2020-02-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Filter compensating device |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4419648A (en) * | 1981-04-24 | 1983-12-06 | Hewlett-Packard Company | Current controlled variable reactor |
| RU2046489C1 (en) * | 1993-02-26 | 1995-10-20 | Акционерное общество открытого типа "Уралэлектротяжмаш" | Filtering and correcting device for three-phase power system |
| US5444609A (en) * | 1993-03-25 | 1995-08-22 | Energy Management Corporation | Passive harmonic filter system for variable frequency drives |
| US5574631A (en) * | 1995-04-26 | 1996-11-12 | Westinghouse Electric Corporation | Magnetic filter |
| RU128033U1 (en) * | 2012-10-29 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") | FILTER-COMPENSATING DEVICE |
| RU2714925C1 (en) * | 2019-09-11 | 2020-02-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Filter compensating device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2467445C2 (en) | Short-circuit current limiter | |
| Noda et al. | Accurate modeling of core-type distribution transformers for electromagnetic transient studies | |
| US8410883B2 (en) | High voltage dry-type reactor for a voltage source converter | |
| EP0684679B1 (en) | Method for reducing waveform distortion in an electrical utility system and circuit for an electrical utility system | |
| Okabe et al. | Development of high frequency circuit model for oil-immersed power transformers and its application for lightning surge analysis | |
| KR20000016037A (en) | High voltage ac apparatus | |
| Da Silva | Analysis and simulation of electromagnetic transients in HVAC cable transmission grids | |
| US9831027B2 (en) | Electrostatic shielding of transformers | |
| De et al. | Part winding resonance: Demerit of interleaved high-voltage transformer winding | |
| NITU et al. | Calculation of surges transmitted between transformer windings using the coupled circuit model | |
| US5663636A (en) | Method for reducing waveform distortion in an electrical utility system and circuit for an electrical utility system | |
| Xu et al. | Harmonic suppression analysis of a harmonic filtering distribution transformer with integrated inductors based on field–circuit coupling simulation | |
| RU2809838C1 (en) | Three-phase filter compensating device | |
| Hu et al. | Electric field optimization of cast resin dry-type transformer under lightning impulse | |
| Moradnouri et al. | Inductance calculation of HTS transformers with multi-segment windings considering insulation constraints | |
| Jahagirdar et al. | Study of high voltage inductive voltage transformer for transients and ferroresonance | |
| Salama | A calcualtion method for voltage distribution in a large AIR core power reactor | |
| RU167845U1 (en) | FILTER-COMPENSATING DEVICE | |
| Niţu et al. | Methods for determining dielectric stresses in the windings of a transformer subjected to lightning impulse | |
| RU2690689C1 (en) | Filter compensating plant | |
| RU2714925C1 (en) | Filter compensating device | |
| RU176454U1 (en) | FILTER-COMPENSATING DEVICE | |
| Still | Principles of Transformer Design | |
| Samimi et al. | Reactor failure due to resonance in Zahedan-Iranshahr parallel EHV lines, analysis and practical solutions | |
| Butyrin et al. | Physical Modeling of the Polyfrequency Filter-Compensating Device Based on the Capacitor-Coil |