RU2811981C1 - Universal balancing device for four-wire electrical networks - Google Patents

Universal balancing device for four-wire electrical networks Download PDF

Info

Publication number
RU2811981C1
RU2811981C1 RU2023116737A RU2023116737A RU2811981C1 RU 2811981 C1 RU2811981 C1 RU 2811981C1 RU 2023116737 A RU2023116737 A RU 2023116737A RU 2023116737 A RU2023116737 A RU 2023116737A RU 2811981 C1 RU2811981 C1 RU 2811981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
negative
phase
currents
block
electrical networks
Prior art date
Application number
RU2023116737A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владимирович Наумов
Сергей Валерьевич Подъячих
Дмитрий Николаевич Карамов
Давид Сергеевич Ермолаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского"
Application granted granted Critical
Publication of RU2811981C1 publication Critical patent/RU2811981C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used to compensate for negative and zero sequence currents caused by the fundamental frequency current, as well as additional direct, negative and zero sequences caused by higher harmonic components of currents in three-phase electrical networks when connecting to it a three-phase asymmetrical load of consumers with nonlinear current-voltage characteristic. A device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance is supplemented with a negative and positive sequence filter circuit, to which corresponding narrow-band resonant filters are connected, absorbing sets of negative and positive sequences formed by the emission of the corresponding higher harmonic components. Taken together, this makes it possible to create a universal balancing device for four-wire electrical networks.
EFFECT: reduced asymmetry of currents and voltages of the fundamental frequency and additional sets of higher harmonic components that form direct, negative and zero sequences.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации токов обратной и нулевой последовательностей, обусловленных током основной частоты, а также дополнительных прямой, обратной и нулевой последовательностей, обусловленных высшими гармоническими составляющими токов в трехфазных электрических сетях при подключении к ним трехфазной несимметричной нагрузки потребителей, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику. The invention relates to electrical engineering and can be used to compensate for negative and zero sequence currents caused by the fundamental frequency current, as well as additional direct, negative and zero sequences caused by higher harmonic components of currents in three-phase electrical networks when connecting to them a three-phase asymmetrical load of consumers with nonlinear current-voltage characteristic.

Известно фильтросимметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат, обмотки которого соединены по схеме встречного зигзага, имеющего три фазных провода и один нейтральный. При этом фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам, а нейтральный к нулевому проводу. Фильтросимметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом снабжено тремя конденсаторными батареями, выводы каждой из которых подключены соответственно между фазными и нейтральными выводами электромагнитного аппарата (Пат. SU №1206881 A, H02J 3/26, 23.01.1986) [1].A filter-balancing device for three-phase networks with a neutral wire is known, containing a three-phase electromagnetic device, the windings of which are connected in a counter-zigzag pattern, having three phase wires and one neutral. In this case, the phase terminal is intended for connection to the phase wires, and the neutral one to the neutral wire. A filter balancing device for three-phase networks with a neutral wire is equipped with three capacitor banks, the terminals of each of which are connected respectively between the phase and neutral terminals of the electromagnetic device (Pat. SU No. 1206881 A, H02J 3/26, 01/23/1986) [1].

Недостатком данного устройства является неизменность параметров его индуктивности, что не позволяет осуществлять регулирование мощности устройства при изменении мощности подключаемой нагрузки.The disadvantage of this device is that the parameters of its inductance are unchanged, which does not allow the power of the device to be regulated when the power of the connected load changes.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, содержащее подвесные сердечники магнитопровода, способные под действием электромагнитных сил, обусловленных изменением несимметричной нагрузки, изменять свое положение, автоматически регулируя свою мощность (Пат. RU №2796074 C1, H02J 3/26, 16.05.2023) [2].The closest technical solution, chosen as a prototype, is a device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance, containing suspended magnetic cores capable of changing their position under the influence of electromagnetic forces caused by changes in the asymmetrical load, automatically adjusting their power (Pat. RU No. 2796074 C1, H02J 3/26, 05/16/2023) [2].

Недостатком названного устройства является невозможность симметрирования дополнительных совокупностей высших гармонических составляющих (ВГС), образующих прямую, обратную и нулевую последовательности, а также отсутствие возможности компенсации нефункциональных потоков реактивной мощности.The disadvantage of this device is the impossibility of balancing additional sets of higher harmonic components (HHC), forming positive, negative and zero sequences, as well as the inability to compensate for non-functional reactive power flows.

Задачей изобретения является создание универсального балансирующего устройства для четырехпроводных электрических сетей.The objective of the invention is to create a universal balancing device for four-wire electrical networks.

Сущность изобретения заключается в следующем. Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, содержащее электромагнитное устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат со стальными сердечниками, размещенными в катушках, установленных на основании, обмотки названного аппарата соединены по схеме встречный зигзаг, имеющий три фазных вывода и один нейтральный, причем каждый фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам сети, а нейтральный - к нулевому проводу, кроме того, каждый сердечник установлен в соответствующей катушке с возможностью его осевого перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фильтры тока обратной и прямой последовательностей, состоящие из трансформаторов тока и трансреакторов, к которым подключены узкополосные резонансные фильтры (УРФ), поглощающие совокупности обратной и прямой последовательностей, образованными эмиссией соответствующих высших гармонических составляющих, кроме того, батарея конденсаторов подключена к фазам электромагнитного устройства по схеме «треугольник». В совокупности это позволяет создать универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей.The essence of the invention is as follows. A universal balancing device for four-wire electrical networks, containing an electromagnetic device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance, containing a three-phase electromagnetic device with steel cores placed in coils installed on the base, the windings of the said device are connected in a counter zigzag pattern, having three phase terminals and one neutral, and each phase terminal is intended for connection to the phase wires of the network, and the neutral - to the neutral wire, in addition, each core is installed in a corresponding coil with the possibility of its axial movement, characterized in that it additionally contains negative and positive sequence current filters , consisting of current transformers and transreactors, to which narrow-band resonant filters (BRFs) are connected, absorbing sets of negative and positive sequences formed by the emission of the corresponding higher harmonic components, in addition, a bank of capacitors is connected to the phases of the electromagnetic device according to the “triangle” circuit. Taken together, this makes it possible to create a universal balancing device for four-wire electrical networks.

На фиг. представлено универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей.In fig. a universal balancing device for four-wire electrical networks is presented.

Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей состоит из шести блоков: блок 1 - электромагнитное устройство (ЭМУ), блок 2 - батарея конденсаторов, блок 3 и 4 - фильтры обратной и прямой последовательностей, блок 5 и 6 - блоки УРФ, соответственно обратной и прямой последовательностей.The universal balancing device for four-wire electrical networks consists of six blocks: block 1 - electromagnetic device (EMD), block 2 - capacitor bank, block 3 and 4 - negative and positive sequence filters, block 5 and 6 - URF blocks, respectively, negative and positive sequence sequences.

Блок 1 - устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, имеет три фазных вывода А, В и С и один нейтральный N для подключения к четырехпроводной сети и дополнительные контакты «а, б, в, г, д, е» для подключения фильтров тока обратной (блок 3) и прямой (блок 4) последовательностей.Block 1 - a device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance, has three phase terminals A, B and C and one neutral N for connecting to a four-wire network and additional contacts “a, b, c, d, e, f” for connecting filters current of reverse (block 3) and direct (block 4) sequences.

Блок 2 является батареей конденсаторов C1, С2 и С3, которая подключена к фазным выводам ЭМУ А, В и С (блок 1) по схеме «треугольник» с целью уменьшения нефункциональных потоков реактивной мощности и соответствующих дополнительных потерь обусловленных этими потоками.Block 2 is a battery of capacitors C1, C2 and C3, which is connected to the phase terminals of the EMU A, B and C (block 1) according to the “triangle” circuit in order to reduce non-functional reactive power flows and the corresponding additional losses caused by these flows.

Блоки 3 и 4 представляют собой фильтры тока обратной (блок 3) и прямой (блок 4) последовательностей. Фильтр тока обратной последовательности (блок 3) имеет восемь выводов: шесть выводов «а', б', в', г', д', е'» для подключения ЭМУ (блок 1) и два вывода «Р', 0'» для подключения УРФ обратной последовательности (блок 5). Фильтр тока прямой последовательности (блок 4) имеет также восемь выводов: шесть выводов «а'', б'', в'', г'', д'', е''» для подключения ЭМУ (блок 1) и два вывода «Р'', 0''» для подключения УРФ прямой последовательности (блок 6). Фильтры состоят из трансформаторов тока TLA и трансреакторов TAV, а также переменных сопротивлений резисторов R1 и R2 подключенных к вторичным обмоткам TAV и TLA соответственно.Blocks 3 and 4 are reverse (block 3) and forward (block 4) sequence current filters. The negative sequence current filter (block 3) has eight terminals: six terminals “a', b', c', d', d', f'" for connecting the EMU (block 1) and two terminals "P', 0'" for connecting negative sequence URF (block 5). The positive sequence current filter (block 4) also has eight terminals: six terminals “a'', b'', c'', d'', d'', e''” for connecting the EMU (block 1) and two terminals “P'', 0''” for connecting direct sequence URF (block 6). The filters consist of current transformers TLA and transreactors TAV, as well as variable resistance resistors R 1 and R 2 connected to the secondary windings of TAV and TLA, respectively.

Блоки 5 и 6 представляют собой собранные параллельно узкополосные резонансные фильтры, каждый из которых настроен в резонанс именно своей составляющей из общего потока ВГС. Блок 5 образует совокупность УРФ для обратной последовательности (1(2), 1(5), 1(8), 1(j) - 1(38)) и подключен к фильтру тока обратной последовательности к выводам «Р', 0'» (блок 3). Блок 6 образует совокупность УРФ для прямой последовательности (1(4), 1(7), 1(10), 1(i) - 1(40)) и подключен к фильтру тока прямой последовательности к выводам «Р'', 0''» (блок 4).Blocks 5 and 6 are narrow-band resonant filters assembled in parallel, each of which is tuned to resonate precisely its own component from the total VGS flow. Block 5 forms a set of URFs for negative sequence (1 (2) , 1 (5) , 1 (8) , 1 (j) - 1 (38) ) and is connected to the negative sequence current filter to the terminals “P', 0'” (block 3). Block 6 forms a set of URFs for positive sequence (1 (4) , 1 (7) , 1 (10) , 1 (i) - 1 (40) ) and is connected to the positive sequence current filter to the pins “P'', 0''" (block 4).

Принцип работы универсального балансирующего устройства для четырехпроводных электрических сетей заключается в следующем. Устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью (блок 1) минимизирует токи нулевой последовательности основной частоты и дополнительную нулевую последовательность, образованную ВГС, кратными трем. Фильтрация дополнительных прямой и обратной последовательностей, образованных соответствующими токами ВГС осуществляется фильтрами тока обратной (блок 3) и прямой (блок 4) последовательностей. Принцип работы, которых заключается в сравнивании напряжения от трансформатора тока TLA и от трансреактора TAV. Первичные обмотки трансформатора TLA (блок 3) включены на разность токов а трансреактора TAV на разность Первичный ток трансформатора тока TLA совпадает с вторичным током по фазе, следовательно, напряжение на R2 будет совпадать по фазе с первичным током. Фаза вторичного тока трансреактора TAV зависит от вторичной нагрузки Сопротивление резисторов R1 и R2 подобраны так, чтобы напряжение совпадало по фазе с током . При этом будет опережать ток на угол π/3. При подведении к фильтру токов прямой последовательности напряжение на выходе фильтра будет равно нулю, поскольку векторы напряжений и противоположны по направлению. Если же на вход фильтра подаются токи обратной последовательности, то векторы напряжений сместятся относительно друг друга на угол π/3 и на выходе фильтра появится значительное напряжение Если трансформатор тока TLA (блок 4) включить на разность токов и трансреактор TAV на разность токов то будет получен фильтр токов прямой последовательности, который будет направлять потоки прямой последовательности на УРФ (блок 6). В УРФ (блоки 5 и 6), состоящих из цепей индуктивно-емкостных элементов, каждая из которых настроена в резонанс с соответствующей гармоникой, происходить фильтрация дополнительных обратной (блок 5) и прямой (блок 6) последовательностей, образованных ВГС.The operating principle of a universal balancing device for four-wire electrical networks is as follows. A device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance (block 1) minimizes the zero-sequence currents of the fundamental frequency and the additional zero-sequence formed by the VGS, multiples of three. Filtering of additional direct and reverse sequences formed by the corresponding VGS currents is carried out by filters of the reverse (block 3) and direct (block 4) sequence currents. The principle of operation is to compare the voltage from the TLA current transformer and from the TAV transreactor. The primary windings of the TLA transformer (block 3) are connected to the current difference and the TAV transreactor for the difference The primary current of the current transformer TLA is in phase with the secondary current, therefore the voltage across R 2 will be in phase with the primary current. The phase of the secondary current of the TAV transreactor depends on the secondary load. The resistance of resistors R 1 and R 2 is selected so that the voltage in phase with the current . Wherein will lead the current at an angle π/3. When positive sequence currents are applied to the filter, the voltage at the filter output will be equal to zero, since the voltage vectors And opposite in direction. If negative sequence currents are supplied to the filter input, then the voltage vectors will shift relative to each other by an angle π/3 and a significant voltage will appear at the filter output If the current transformer TLA (block 4) is switched on to the current difference and TAV transreactor for current difference then a positive sequence current filter will be obtained, which will direct positive sequence currents to the URF (block 6). In the URF (blocks 5 and 6), consisting of circuits of inductive-capacitive elements, each of which is tuned to resonance with the corresponding harmonic, additional reverse (block 5) and direct (block 6) sequences formed by the VGS are filtered.

Таким образом, предложено универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, которое позволяет снижать несимметрию токов и напряжений основной частоты и дополнительных совокупностей высших гармонических составляющих, образующих прямую, обратную и нулевую последовательности.Thus, a universal balancing device for four-wire electrical networks has been proposed, which allows reducing the asymmetry of currents and voltages of the fundamental frequency and additional sets of higher harmonic components that form direct, negative and zero sequences.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕSOURCES OF INFORMATION TAKEN INTO ATTENTION

1. Патент SU №1206881 A, H02J 3/26, 23.01.1986.1. Patent SU No. 1206881 A, H02J 3/26, 01/23/1986.

2. Патент RU №2796074 C1, H02J 3/26, 16.05.2023 - прототип.2. Patent RU No. 2796074 C1, H02J 3/26, 05/16/2023 - prototype.

Claims (1)

Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей, содержащее электромагнитное устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью, содержащее трехфазный электромагнитный аппарат со стальными сердечниками, размещенными в катушках, установленных на основании, обмотки названного аппарата соединены по схеме «встречный зигзаг», имеющий три фазных вывода и один нейтральный, причем каждый фазный вывод предназначен для подключения к фазным проводам сети, а нейтральный - к нулевому проводу, кроме того, каждый сердечник установлен в соответствующей катушке с возможностью его осевого перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фильтры тока обратной и прямой последовательностей, состоящие из трансформаторов тока и трансреакторов, к которым подключены узкополосные резонансные фильтры, поглощающие совокупности обратной и прямой последовательностей, образованными эмиссией соответствующих высших гармонических составляющих, кроме того, батарея конденсаторов подключена к фазам электромагнитного устройства по схеме «треугольник».A universal balancing device for four-wire electrical networks, containing an electromagnetic device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance, containing a three-phase electromagnetic device with steel cores placed in coils installed on the base, the windings of the said device are connected according to a “counter zigzag” pattern, having three phase output and one neutral, each phase terminal is intended for connection to the phase wires of the network, and the neutral one to the neutral wire, in addition, each core is installed in a corresponding coil with the possibility of its axial movement, characterized in that it additionally contains reverse and reverse current filters positive sequences, consisting of current transformers and transreactors, to which narrow-band resonant filters are connected, absorbing sets of negative and positive sequences formed by the emission of the corresponding higher harmonic components; in addition, a bank of capacitors is connected to the phases of the electromagnetic device according to the “triangle” circuit.
RU2023116737A 2023-06-23 Universal balancing device for four-wire electrical networks RU2811981C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2811981C1 true RU2811981C1 (en) 2024-01-22

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1206881A1 (en) * 1983-09-23 1986-01-23 Институт Электродинамики Ан Усср Filtering-symmetrizing device for three-phase networks with zero phase wire
US4891569A (en) * 1982-08-20 1990-01-02 Versatex Industries Power factor controller
RU2459337C1 (en) * 2010-12-13 2012-08-20 Валерий Дмитриевич Василенко Three-phase filter balancing device
RU2796074C9 (en) * 2022-04-27 2023-07-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Device for current and voltage symmetration with self-regulating inductance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4891569A (en) * 1982-08-20 1990-01-02 Versatex Industries Power factor controller
SU1206881A1 (en) * 1983-09-23 1986-01-23 Институт Электродинамики Ан Усср Filtering-symmetrizing device for three-phase networks with zero phase wire
RU2459337C1 (en) * 2010-12-13 2012-08-20 Валерий Дмитриевич Василенко Three-phase filter balancing device
RU2796074C9 (en) * 2022-04-27 2023-07-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Device for current and voltage symmetration with self-regulating inductance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2364016C1 (en) System and method of limiting alternating inrush current
US20040239470A1 (en) Harmonic filtering circuit with special transformer
CN105052025A (en) Device and method for filtering electromagnetic interference
US6466466B1 (en) Stable artificial neutral point in a three phase network of single phase rectifiers
US7535125B2 (en) Single-phase filter for reducing harmonics
DE102022100303A1 (en) MAGNETIC INTEGRATION OF A THREE-PHASE RESONANCE CONVERTER AND AN AUXILIARY POWER SUPPLY
RU2811981C1 (en) Universal balancing device for four-wire electrical networks
US11929683B2 (en) Isolated multi-phase DC/DC converter with reduced quantity of blocking capacitors
RU133987U1 (en) FILTER HARMONIC OF POWER SUPPLY OF NONLINEAR LOADS
JP2013172466A (en) Power conversion device and system interconnection system using the same
US7843299B2 (en) Inductive devices and transformers utilizing the tru-scale reactance transformation system for improved power systems
US10312881B2 (en) Filters for adjustable speed drives with low DC bus capacitance and methods of manufacture and use thereof
RU2501142C2 (en) Power three-phase harmonic filter for supply current of non-linear loads
RU218514U1 (en) DEVICE FOR LIMITING THE CURRENT IN THE ZERO WORKING WIRE OF A THREE-PHASE FOUR-WIRE NETWORK
RU2335082C1 (en) Electromagnetic harmonics compensator
WO2023199259A1 (en) Emi filtering circuit for ev/hev battery chargers
RU2178228C2 (en) Power supply system
RU2122255C1 (en) Method for changing single-phase voltage to three-phase supply and voltage changer implementing it
RU2281543C1 (en) Reactive power uniform distribution apparatus
WO2023199262A1 (en) Emi filtering circuit for ev/hev battery chargers
Kiran et al. Non-Linear State-Space Modeling and Electromagnetic Analysis of Three-Phase High-Frequency Magnetic Links for Power Converter Applications
SU729750A1 (en) Filtering-balancing device
UA124582C2 (en) THREE-PHASE CURRENT HARMONIC FILTER
SU547945A1 (en) Single phase frequency multiplier even number of times
WO2022089789A1 (en) An interleaved power converter comprising coupled inductors