RU2453965C2

RU2453965C2 - Three-phase balancing device

Info

Publication number: RU2453965C2
Application number: RU2010139219/07A
Authority: RU
Inventors: Валерий Дмитриевич Василенко (RU); Валерий Дмитриевич Василенко
Original assignee: Валерий Дмитриевич Василенко
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2012-06-20
Also published as: RU2010139219A

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: application: in electric engineering. The three-leg transformer in three-phase balancing device is comprised of three coils with the first, nearest to leg, and the utmost leg being connected in series and in accord between each other and the total number of windings in coils is equal to the number of windings in the second coil to be opposite connected in zigzag pattern. Free terminals of the first coils are connected to input and output clips, while free terminals of the second coils are integrated in one common zero point to connect phase loads. Semi-conducting a.c. switch is energised between zero terminal of power system and three-phase transformer.

EFFECT: improved reliability and reduced resistance of zero-sequence current.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различной аппаратуры.The invention relates to electrical engineering and can be used in power circuits of various equipment.

Известен трехфазный стабилизатор переменного напряжения, содержащий симметрирующий трансформатор (1).Known three-phase AC voltage stabilizer containing a balancing transformer (1).

Недостаток - большая установленная мощность трансформатора.The disadvantage is the large installed capacity of the transformer.

Известно трехфазное симметрирующее устройство, содержащее входные зажимы для подключения питающей сети и выходные зажимы, к которым подключен трехфазный трансформатор, первичные обмотки соединены в «зигзаг» (2).Known three-phase balancing device containing input terminals for connecting the mains and output terminals to which a three-phase transformer is connected, the primary windings are connected in a zigzag (2).

Недостаток - сложность и большая установленная мощность симметрирующего трансформатора.The disadvantage is the complexity and large installed power of the balancing transformer.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является трехфазное симметрирующее устройство, между входными и выходными зажимами в котором включен трехфазный автоматический выключатель, а к выходным или входным зажимам подключен трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого включены встречно и соединены в «зигзаг» (3).Closest to the proposed device is a three-phase balancing device, between the input and output terminals in which a three-phase circuit breaker is connected, and a three-phase transformer is connected to the output or input terminals, the primary windings of which are turned on and connected in a zigzag (3).

Недостаток - большое сопротивление токам нулевой последовательности и низкая надежность, обусловленная появлением высоких напряжений в аварийных режимах при пропадании напряжения одной из фаз.The disadvantage is the large resistance to zero sequence currents and low reliability due to the appearance of high voltages in emergency conditions when one of the phases disappears.

Цель изобретения - уменьшение сопротивления токам нулевой последовательности и повышение надежности работы устройства в аварийных режимах работы при пропадании напряжения одной из фаз.The purpose of the invention is to reduce the resistance to currents of zero sequence and increase the reliability of the device in emergency operation when the voltage of one of the phases disappears.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем входные зажимы А1, В1, С1, N1 для подключения питающей сети и выходные зажимы А2, В2, С2, N2, для подключения нагрузки к которым подключен трехфазный трехстержневой трансформатор, две первичные обмотки которого соединены встречно-последовательно в «зигзаг» в каждую фазу трансформатора введена третья обмотка крайняя на каждом стержне трансформатора, при этом ближняя к стержню первая обмотка и крайняя третья обмотки соединены согласно-последовательно и в сумме число витков этих обмоток равно числу витков второй обмотки. Первые свободные выводы первых обмоток соединяются с выходными или входными зажимами фаз А, В, С, свободные выводы вторых обмоток соединяются в одну общую точку и являются нулевым выводом для подключения фазных нагрузок.This goal is achieved by the fact that in the known device containing input terminals A1, B1, C1, N1 for connecting the mains and output terminals A2, B2, C2, N2, for connecting the load to which a three-phase three-core transformer is connected, the two primary windings of which are connected counter-sequentially in the “zigzag” in each phase of the transformer, the third winding is inserted at the extreme end on each transformer rod, while the first winding closest to the rod and the extreme third winding are connected in series and in total the number of turns in these windings equals the number of turns of the second coil. The first free terminals of the first windings are connected to the output or input terminals of phases A, B, C, the free terminals of the second windings are connected to one common point and are the zero terminal for connecting phase loads.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники выявило в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field revealed signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype, which allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлена схема устройства. The drawing shows a diagram of the device.

Устройство содержит входные зажимы для подключения питающей сети А1, В1, С1, N1 и выходные зажимы для подключения нагрузки А2, В2, С2 и N2, трехфазный трехстержневой симметрирующий трансформатор 1, имеющий первичные обмотки 2, 3, 4. Обмотка 2, ближняя к стержню и обмотка 4 крайняя на каждом стержне, включены согласно-последовательно и встречно в «зигзаг» с обмотками 2, расположенными на других стержнях. Первые свободные выводы первых обмоток соединяются с выходными или входными зажимами фаз А, В, С, а свободные выводы вторых обмоток соединяются в одну общую точку 5 и являются нулевым выводом для подключения фазных нагрузок N2. Между нулевым выводом для подключения фазных нагрузок N2 и нулевым выводом питающей сети N1 может быть включен ключ на тиристорах 6 и 7, управляющие электроды которых через два встречно включенных стабилитрона 8 и 9 и последовательный резистор 10 соединены между собой.The device contains input terminals for connecting the supply network A1, B1, C1, N1 and output terminals for connecting the load A2, B2, C2 and N2, a three-phase three-core balancing transformer 1 having primary windings 2, 3, 4. Winding 2, closest to the rod and the outermost 4 winding on each rod, is connected in a sequential manner and counter to the "zigzag" with windings 2 located on other rods. The first free terminals of the first windings are connected to the output or input terminals of phases A, B, C, and the free terminals of the second windings are connected to one common point 5 and are the zero terminal for connecting the phase loads N2. Between the zero terminal for connecting the phase loads N2 and the zero terminal of the supply network N1, a key on thyristors 6 and 7 can be connected, the control electrodes of which are connected to each other through two counter-connected zener diodes 8 and 9 and a series resistor 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче напряжения на трехфазное симметрирующее устройство нулевым выводом для подключения фазных нагрузок служит нулевой вывод 5 встречно включенных в «зигзаг» первичных обмоток 2 с согласно-последовательно включенными на каждом стержне обмотками 2 и 4 трехфазного трехстержневого трансформатора 1. При таком включении первичных обмоток в зигзаг трехфазный трансформатор имеет большое сопротивление для токов прямой и обратной последовательности и малое сопротивление для токов нулевой последовательности, т.е. обеспечивает создание устойчивой нулевой точки, симметрирование фазных напряжений и фильтрацию гармоник токов нулевой последовательности. Известно, что при таком включении обмоток сопротивление нулевой последовательности определяется параметрами короткого замыкания его трансформаторных элементов. При предлагаемом трехобмоточном соединении обмоток, когда первая к стержню 2 и крайняя 4 соединяются согласно-последовательно, при этом суммарное число витков этих обмоток равно числу витков обмотки 3, сопротивление нулевой последовательности будет минимальным. Эффект достигается при равенстве чисел витков обмоток 2 и 4, однако в зависимости от конструктивного выполнения обмоток соотношение чисел витков этих обмоток может отличаться от указанного.When voltage is applied to the three-phase balancing device with a zero output, phase output is connected to the zero output of 5 primary windings 2, which are included in the “zigzag” windings 2, with windings 2 and 4 of the three-phase three-core transformer 1, connected in series on each rod. a three-phase transformer has a high resistance for currents of direct and negative sequence and a low resistance for currents of zero sequence, i.e. provides a stable zero point, phase voltage balancing and filtering of harmonics of zero sequence currents. It is known that with such a turn on of the windings, the resistance of the zero sequence is determined by the short circuit parameters of its transformer elements. With the proposed three-winding connection of the windings, when the first to the rod 2 and the extreme 4 are connected in series, the total number of turns of these windings being equal to the number of turns of the winding 3, the zero-sequence resistance will be minimal. The effect is achieved when the number of turns of the windings 2 and 4 is equal, however, depending on the design of the windings, the ratio of the number of turns of these windings may differ from the specified one.

Аварийными режимами работы в таком устройстве может быть пропадание напряжения одной из фаз, и в этом случае нарушается симметрия формирования нулевой точки трансформатором 1 и напряжение на двух оставшихся фазах относительно нулевого вывода 5 определяется соотношением сопротивлений фазных нагрузок. При отличающихся нагрузках в одной фазе напряжение будет сильно завышенным, а в другой заниженным. Нормализация напряжений в таких режимах обеспечивается благодаря включению между нулевым проводом питающей сети N1 и нулевым выводом N2 полупроводникового ключа на двух встречно-параллельно включенных тиристорах 6 и 7, управляющие электроды которых через два встречно-последовательно включенных стабилитрона 8 и 9 и последовательный резистор 10 соединены между собой. При таком включении и при превышении напряжения между N1 и N2 установленного уровня (определяется напряжением пробоя стабилитронов 8, 9 и составляет 8-30В) происходит автоматическое включение ключа и нулевые точки N1 и N2 соединяются между собой. При этом происходит нормализация напряжений на период времени, связанный с пропаданием напряжения. При восстановлении напряжения на всех фазах происходит автоматическое выключение тиристорного ключа. Полупроводниковый ключ может быть выполнен не на двух встречно включенных тиристорах, а на одном семисторе.The emergency operation modes in such a device may be the loss of voltage of one of the phases, in which case the symmetry of the zero point formation by the transformer 1 is violated, and the voltage in the two remaining phases relative to the zero terminal 5 is determined by the ratio of the phase load resistances. With different loads in one phase, the voltage will be very high, and in the other underestimated. Voltage normalization in such modes is ensured by the inclusion of a semiconductor switch between the neutral wire of the supply network N1 and the neutral output N2 of the two thyristors 6 and 7 connected in parallel, the control electrodes of which are connected between the zener diodes 8 and 9 and the series resistor 10 between by myself. With this inclusion and when the voltage between N1 and N2 exceeds the set level (determined by the breakdown voltage of the Zener diodes 8, 9 and is 8-30V), the key is automatically turned on and the zero points N1 and N2 are interconnected. In this case, stress normalization occurs for a period of time associated with a voltage failure. When voltage is restored at all phases, the thyristor switch is automatically turned off. The semiconductor key can be made not on two counterclockwise thyristors, but on one heistor.

Такое выполнение трехфазного симметрирующего устройства обеспечивает работу устройства в режиме создания устойчивой нулевой точки и с искусственным нулевым проводом и только в аварийных режимах работы с соединением этого нулевого провода с нулевым проводом питающей сети.This embodiment of a three-phase balancing device ensures the operation of the device in the mode of creating a stable zero point and with an artificial zero wire and only in emergency operation modes with the connection of this zero wire to the neutral wire of the supply network.

Технико-экономическая эффективность при использовании устройства достигается благодаря уменьшению сопротивления токам нулевой последовательности и повышению качества электрической энергии, связанной с этим параметром, и надежности работы в аварийных режимах работы.Technical and economic efficiency when using the device is achieved by reducing the resistance to currents of zero sequence and improving the quality of electric energy associated with this parameter, and the reliability of emergency operation.

1. «Электротехнический справочник», Москва, издательство МЭИ, 1998, стр.135, рис.24.19.1. "Electrotechnical reference book", Moscow, publishing house MPEI, 1998, p. 135, fig. 24.19.

2. А.С. СССР №1324086. М.Кл. Н02М 5/12, 1985.2. A.S. USSR No. 1324086. M.C. H02M 5/12, 1985.

3 Патент РФ №2314620, Н02J 3/26, Н02Н 3/253.3 RF Patent No. 2314620, Н02J 3/26, Н02Н 3/253.

Claims

1. Three-phase balancing device, mainly for operation from a three-wire or four-wire supply network, containing input terminals, for connecting a supply network A1, B1, C1, N1 and output terminals A2, B2, C2, N2 for connecting a load, a three-phase three-core transformer containing two primary windings: the first one closest to the rod and the second, characterized in that a third winding is introduced, the last one on each rod, connected in series with the first winding and opposite in a “zigzag” with windings located on other st rzhnyah, while the total number of turns of the first and third windings is equal to the number of turns of the second winding; the first free terminals of the first windings are connected to the output or input terminals, and the free terminals of the second windings are connected to one common point N2 and are the zero terminal for connecting phase loads.

2. The three-phase balancing device according to claim 1, characterized in that between the zero terminal of the power supply network N1 and the zero terminal for connecting the phase loads N2, a semiconductor switch is connected on two counter-parallel thyristors, the control electrodes of which through two counter-parallel connected zener diodes and a series resistor interconnected.