UA124582C2 - Трифазний фільтр гармонік струму - Google Patents

Abstract

Трифазний фільтр гармонік струму належить до електротехніки, а саме до електричних силових фільтрів і може бути використаний для покращення електричної сумісності нелінійних навантажень з мережею живлення. Трифазний фільтр гармонік струму містить магнітне осердя з немагнітними зазорами, яке включає в себе три стрижні, на кожному з яких розташовані фазна та резонансна обмотки, що намотані послідовно. Кожен стрижень відповідає одній із трьох фаз системи електроживлення. Два ярма розміщені на кінцях цих стержнів та замикають їх магнітні потоки. Фазна обмотка для кожної фази одним кінцем під'єднана до входу фільтра, а другим - до початку резонансної обмотки, кінець якої з'єднаний з першим виводом першого конденсатора конденсаторної батареї. Навантаження підключено в точку з'єднання фазної та резонансної обмоток. Додатково введено реле струму, контактор та другий конденсатор для кожної фази, причому перший вивід другого конденсатора підключено до першого виводу першого конденсатора, а другий вивід через контакт контактора підключено до другого виводу першого конденсатора, а другий вивід першого конденсатора підключено в точку з'єднання фазної та резонансної обмоток наступної фази. Реле струму підключено на вході навантаження одної з фаз, а його замикаючий контакт під'єднано одним кінцем до фази джерела напруги, а другим кінцем - до першого виводу контактора, другий вивід якого підключено до другої фази джерела напруги. Технічним результатом є поліпшення фільтрувальних можливостей пристрою і обмежування напруги на навантаженні в режимах близьких до холостого ходу на заданому рівні.

Description

Винахід належить до електричних фільтрів і може бути використаним як фільтр гармонічних складових, що генеруються нелінійними навантаженнями в електричному устаткуванні різноманітного призначення.

Відомий універсальний фільтр гармонік, що виробляється фірмою "МІКО5" (Канада), наприклад І іпеайг (1). Він складається з трифазного дроселя, який має по три обмотки, розміщені на кожному стержні в кожній фазі, і групи конденсаторів, причому, перша обмотка в кожній фазі приєднана своїм початком до мережі, а кінець її сполучений з кінцем другої обмотки, а в точку сполучення цих обмоток своїм початком включається третя обмотка, кінець якої підключається до конденсатора, який в свою чергу, з конденсаторами інших фаз з'єднаний в "трикутник", або "зірку", а до вільного початку другої обмотки під'єднується навантаження.

Недоліком цього фільтра є те, що всі обмотки розміщені на загальному магнітопроводі і поміж ними існує магнітний зв'язок, в результаті чого, гармоніки, що протікають в резонансній третій обмотці, трансформуються в інші обмотки і далі в мережу живлення, тим самим зменшуючи ефективність фільтрації. Для її поліпшення необхідно збільшувати величину індуктивності вхідної обмотки дроселя, що приводить до збільшення габаритів фільтра та коштів на його виготовлення, а функціонально до збільшення напруги на виході фільтра в режимах близьких до холостого ходу.

Найбільш близьким по технічному рішенню є, обраний як прототип, фільтр з магнітним шунтом (2), призначений для пригнічення гармонік струмів, що генеруються нелінійними навантаженнями, який має вхід підключений до системи електрозабезпечення та вихід, який з'єднаний з навантаженням та складається з магнітного осердя, що має три стержні. Кожен стержень відповідає одній із трьох фаз системи електроживлення, а також має, принаймні, один магнітний шунт, що проходить через всі стержні і магнітно зв'язаний в їх середній частині.

Перша і друга частини осердя на кожній із двох сторін шунта мають для кожної фази - фазну обмотку, яка має один кінець для з'єднання з першою фазою і другий кінець, причому, ця фазна обмотка знаходиться на першій частині осердя; для кожної фази друга (резонуюча) обмотка, що має перший кінець з'єднаний з другим кінцем фазної обмотки і другий кінець обмотки, що з'єднаний з конденсатором.

Конденсатор має другий вивід з'єднаний з другою фазою або з другим конденсатором, що

Зо підключений до другої фази, причому, фазна та резонуюча обмотки зв'язані за допомогою магнітного шунта, а навантаження підключається в кожній фазі в точку з'єднання фазної та резонуючої обмоток. Осердя має один або декілька немагнітних зазорів. Завдяки такому виконанню магнітні потоки, що створюються фазною та резонуючою обмотками розділені за допомогою магнітного шунта, що в значній мірі ослабляє магнітний зв'язок між обмотками.

Основними недоліками даного фільтра є складність виготовлення осердя фільтра та неможливість зменшення напруги в режимах, близьких до холостого ходу, до заданого рівня. Ці недоліки звужують область застосування фільтра та погіршують його фільтрувальні властивості.

Задачею винаходу є створення такого фільтру гармонік струму, в якому, за рахунок зменшення напруги в режимах, близьких до холостого ходу, до потрібних розмірів, та можливості змінювати параметри резонансної гілки фільтра в залежності від тієї гармоніки, яка переважає в струмі, що споживається навантаженням, досягається новий технічний результат: розширення функціональних можливостей фільтра, поліпшення якості струму, що споживається з мережі, поліпшення фільтрувальних можливостей фільтра, спрощення технології виготовлення осердя фільтра.

Поставлена задача вирішується завдяки тому, шо трифазний фільтр гармонік струму має магнітне осердя з немагнітними зазорами, яке включає в себе три стержні, на кожному з яких розташовані фазна та резонансна обмотки, намотані послідовно, причому кожен стержень відповідає одній із трьох фаз системи електроживлення, та два ярма, розміщених на кінцях цих стержнів, які замикають їх магнітні потоки, для кожної фази фазна обмотка одним кінцем під'єднана до входу, а другим - до початку резонансної обмотки, кінець якої з'єднаний з першим виводом першого конденсатора конденсаторної батареї, навантаження підключається в точку з'єднання фазної та резонансної обмоток, другий вивід першого конденсатора підключено в точку сполучення фазної та резонансної обмоток наступної фази, додатково введено реле струму, контактор та другий конденсатор, причому перший вивід другого конденсатора підключено до першого виводу першого конденсатора, а другий вивід через контакт контактора - до другого виводу першого конденсатора, реле струму підключено на вході навантаження одної з фаз, а його замикаючий контакт під'єднано одним кінцем до фази джерела напруги, а другим кінцем - до першого виводу контактора, другий вивід якого підключено до другої фази (516) джерела напруги.

Технічний результат досягається тим, що фазна та резонансна обмотки розміщуються як у звичайного трифазного дроселя на одному магнітному осерді без магнітного шунта, що значно спрощує конструкцію фільтра, а також з метою обмеження напруги в режимах близьких до холостого ходу додатково вводиться реле струму, комутатор та другий конденсатор, причому реле вимірює струм навантаження і, в залежності від його величини, включає, або виключає комутатор, який в свою чергу підключає або відключає другий конденсатор паралельно першому.

Порівняльний аналіз пристрою, що заявляється, з прототипом показує, що фільтр відрізняється наявністю нових зв'язків, що полягають у відповідному з'єднанні елементів схеми між собою та з елементами прототипу зазначеним вище чином та нових елементів, а саме: реле струму, контактора, другої групи конденсаторів конденсаторної батареї. Нові елементи та зв'язки даного фільтра розраховані на їх практичне впровадження з досягненням нового технічного результату. Пристрій, що заявляється відповідає критерію "новизна".

На підставі викладеного можна зробити висновок про те, що сукупність суттєвих відмінних ознак, відображених у формулі пропонованого винаходу, є необхідною і достатньою для досягнення нового технічного результату, а саме - покращення фільтрувальних властивостей та розширення функціональних можливостей фільтра за. рахунок відповідного сполучення елементів фільтра та зміни величини ємності конденсаторної батареї у відповідності до нагальних технічних потреб.

Сутність винаходу пояснюється кресленням. На Фіг. зображена схема електрична принципова пропонованого фільтра. Він містить для кожної фази фазні обмотки 1, 2, 3, які одним кінцем підключені до джерела живлення, а другим - до початку резонансних обмоток 4, 5, 6, кінець яких з'єднується відповідно з першими виводами конденсаторів 7, 8, 9, другі виводи яких підключаються в точку сполучення фазної та резонансної обмоток наступної фази.

Трифазний фільтр гармоніки струму додатково забезпечений конденсаторами 10, 11, 12, які одним виводом підключені до перших виводів конденсаторів 7, 8, 9, а своїми другими виводами до замикаючих контактів 13, 14, 15 контактора 16, під'єднаного до фази джерела живлення.

Другі виводи контактів 13, 14, 15 з'єднані з другими виводами конденсаторів 7, 8, 9. Крім того, на вході навантаження одної з фаз підключено реле струму 17, замикаючий контакт якого 18

Зо одним кінцем з'єднаний з фазою джерела живлення, а другим- з котушкою контактора 16.

Навантаження 19, 20, 21 в кожній фазі підключено в точку сполучення фазної та резонансної обмоток.

Трифазний фільтр гармоніки струму працює наступним чином.

Для обмеження рівня напруги в режимах близьких до холостого ходу запуск навантаження з режиму холостого ходу відбувається при включених конденсаторах 7, 8, 9 ємність яких вибирають з урахуванням заданого рівня напруги на навантаженні. При досягненні струмом навантаження величини уставки, спрацьовує реле струму 17, яке своїм контактом 18, подає напругу на контактор 16, а останній підключає конденсатори 10, 11, 12 до батареї і подальша робота фільтра відбувається при сумарній ємності обох конденсаторів, яка і забезпечує потрібну ступінь фільтрації в номінальних режимах. Величина навантаження, при якому спрацьовує реле струму, вибирається такою, щоб при підключенні конденсаторів 10, 11, 12 напруга на навантаженні на перевищувала заданий рівень. При зменшенні навантаження до рівня відпускання реле струму 17, останнє спрацьовує і відключає від мережі живлення контактор 16, а отже і конденсатори 10, 11, 12. Подальше зменшення навантаження відбувається при конденсаторах 7, 8, 9 які забезпечують необхідний рівень напруги на навантаженні.

Крім того, зміна схеми підключення конденсатора резонансної гілки фільтра значно покращує фільтруючі властивості, що в свою чергу дозволяє зменшити розміри фільтра та його коштовність.

Отже, введення в схему фільтра, реле струму, контактора та виконання конденсаторної батареї у вигляді двох частин, одна з котрих має змогу підключатись (відключатись) в залежності від конкретних умов, призводить до зменшення напруги в режимах близьких до холостого ходу до заданого рівня. Тобто, пропонований трифазний фільтр гармонік має розширені функціональні можливості.

Внаслідок вищевикладеного передбачається ефективне використання пропонованого фільтра за умов обмеженого рівня напруги на навантаженні та необхідності мати функціональну можливість адаптувати параметри фільтра в залежності від спектра гармонік, що генеруються навантаженням. Остання перевага пропонованого фільтра особливо актуальна у випадку застосування його для групи нелінійних навантажень, які мають різний спектральний склад,

тому підключення, або вимикання одного з навантажень призводить до різкої зміни спектру гармонік в мережі.

Трифазний фільтр гармонік струму виконаний як макетний зразок потужністю 5 кВА. Його експериментальне випробування підтвердили працездатність та ефективність в порівнянні з відомими рішеннями, а також перспективи його подальшого використання.

Одержані за результатами досліджень параметри та характеристики фільтра відповідають в своїй сукупності новому технічному рішенню завдяки новим елементам та зв'язкам, викладеним у формулі винаходу, а саме: розширення функціональних можливостей фільтра, що відповідно вирішується в наслідок введення реле струму, контактора та конденсаторної батареї, що складається з двох частин, одна з яких має змогу підключатись (відключатись) в залежності від конкретних вимог, а також завдяки введенню нових зв'язків, призвело до поліпшення фільтрувальних можливостей фільтра.

Джерела інформації: 1. Геміп М., МоїКом І. Раїепі Опімегза! Нагтопіс Міїдайпо Зубіет /Риб. Ме 5 6, 127, 743//10.01.2000. 2. Геміп М., Ноемепааг:5 А., МоїЇКом І. Раїепі арріїсайоп рибіїсайоп /Нагтопіс тіїїдайтпу аемісе м/йп тадпеїс зпипі /Рир. МеО5 2006 /0197385 А! (О5А) //Зер.7.2006.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Трифазний фільтр гармонік струму, що містить магнітне осердя з немагнітними зазорами, яке включає в себе три стрижні, на кожному з яких розташовані фазна та резонансна обмотки, що намотані послідовно, причому кожен стрижень відповідає одній із трьох фаз системи електроживлення, та два ярма, розміщених на кінцях цих стержнів, які замикають їх магнітні 25 потоки, при цьому фазна обмотка для кожної фази одним кінцем під'єднана до входу фільтра, а другим - до початку резонансної обмотки, кінець якої з'єднаний з першим виводом першого конденсатора конденсаторної батареї, а навантаження підключено в точку з'єднання фазної та резонансної обмоток, який відрізняється тим, що додатково введено реле струму, контактор та другий конденсатор для кожної фази, причому перший вивід другого конденсатора підключено 30 до першого виводу першого конденсатора, а другий вивід через контакт контактора підключено до другого виводу першого конденсатора, а другий вивід першого конденсатора підключено в точку з'єднання фазної та резонансної обмоток наступної фази, при цьому реле струму підключено на вході навантаження одної з фаз, а його замикаючий контакт під'єднано одним кінцем до фази джерела напруги, а другим кінцем - до першого виводу контактора, другий вивід 35 якого підключено до другої фази джерела напруги. 3 ів т 3 ! Кан і З я ЕЕ і ж 8 т г ; нена с 4: шк кеш ше

   Фіг.