Устройство согласования госсети с потребителями электроэнергии по напряжению

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению. Устройство содержит тороидальный сердечник, составленный из наружной тороидальной части с пазами, в которых уложена первичная концентрическая синусная трехфазная обмотка и соосный ей внутренней тороидальной части с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части. Применение синусной обмотки позволяет значительно повысить качество напряжения на зажимах потребителя электроэнергии, поскольку высшие гармоники кривой напряжения сети нейтрализуются в первичной обмотке устройства.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве устройства согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению.

Известно устройство согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению, содержащее тороидальный сердечник, составленный из наружной тороидальной части с пазами и соосной ей внутренней тороидальной части с пазами, причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части, и трехфазные первичную, соединенную звездой, обмотку, размещенную в пазах наружной тороидальной части, и вторичную, соединенную в звезду с нулевым проводом, размещенную в пазах внутренней тороидальной части, обмотку [1]. Данное устройство имеет простую конструкцию и обеспечивает согласование госсети с потребителем электроэнергии по величине напряжения сети и по отклонению входного напряжения, при этом первое согласование достигается за счет коэффициента трансформации первичной и вторичной обмоток, а второе согласование - за счет разных кривых намагничивания наружной и внутренней тороидальных частей сердечника. Однако данному устройству присущи и недостатки, среди которых наиболее существенным является беспрепятственное прохождение высших гармоник из госсети к потребителю электроэнергии, поскольку первичная и вторичная обмотки являются обычными и не обладают фильтрующими свойствами.

Техническим результатом полезной модели является повышение качества напряжения на потребителе электроэнергии за счет фильтрации высших гармоник госсети в устройстве.

Требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению, содержащим тороидальный сердечник, составленный из наружной тороидальной части с пазами, в которых размещена первичная трехфазная обмотка и соосный ей внутренней тороидальной части с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части, первичная трехфазная обмотка выполнена синусной концентрической, при этом число витков в пазах наружной тороидальной части указанного сердечника устройства изменяется по закону

где w_m, - максимальное число витков в пазу; - угол между осью обмотки и i-ым пазом; z=2pmq - число пазов наружной тороидальной части; m - число фаз; q - число пазов на полюс и фазу; p - число пар полюсов.

На фиг.1 изображена схема синусной концентрической первичной обмотки. На фиг.2 показана кривая магнитодвижущей силы (МДС) обмотки.

Устройство согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению содержит тороидальный сердечник (не показан), составленный из наружной тороидальной части (не показана) с пазами в которых размещена первичная трехфазная синусная концентрическая трехфазная обмотка (фиг.1), все секции одной фазы которой лежат в параллельных плоскостях, и соосной ей внутренней тороидальной части (не показана) с пазами в которых размещена вторичная трехфазная обмотка (не показана), причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части (не показана) меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части. Число витков в секциях пропорционально синусам половинных углов по расточке наружной тороидальной части, занимаемых соответствующей секцией

где w,_m - максимальное число витков в пазу; а - угол между осью обмотки и i-ым пазом; z=2pmq ₁ - число пазов наружной тороидальной части; m - число фаз; q₁ - число пазов на полюс и фазу; p - число пар полюсов.

Магнитодвижущая сила (МДС) такой обмотки представляет собой ступенчатую функцию (фиг.2), разложение которой в ряд Фурье имеет вид

где I - ток в обмотке; v - номер гармоники; K=z/4 - число катушек одной половины обмоток; - угол по расточке, отсчитываемый от оси обмотки.

Из анализа формулы МДС следует, что амплитуда v-ой гармоники МДС равна

Подставляя значения w_i из формулы (2) и производя несложные тригонометрические преобразования, находим:

Полученные в (5) результаты показывают, что МДС обмотки содержит гармоники достаточно высоких порядков

Из (6) следует, что при числе пазов z=12 (фиг.1) порядок гармоник имеет вид

Таким образом, определенная часть гармоник напряжения госсети будет нейтрализована в первичной синусной концентрической обмотке, поэтому качество напряжения на входе потребителя электроэнергии будет повышено.

Количественное улучшение качества напряжения сети обычно определяется с помощью обмоточного коэффициента

где F_mv и F_mcv - соответственно амплитуды МДС v-ой гармоники при заданном законе распределения и при сосредоточенной диаметральной обмотке.

Расчеты показывают, что при синусной обмотке обмоточные коэффициенты для пятой гармоники K₀₅=-0,0841, для седьмой гармоники K₀₇=0,1 в то время как для первой гармоники K₀₁=0,815.

Устройство согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению работает следующим образом.

При наличии в кривой напряжения госсети высших гармоник между госсетью и потребителем электроэнергии устанавливается предлагаемое устройство, тогда при включении напряжения госсети оно поступает на первичную трехфазную обмотку, размещенную в пазах наружной тороидальной части сердечника. В указанной обмотке возникают токи фаз, под действием которых в сердечнике устройства возникает круговое вращающееся магнитное поле (КВМП). Под действием магнитного потока во вторичной трехфазной обмотке возникает электродвижущая сила (ЭДС), используемая для питания потребителей электроэнергии. Поскольку первичная обмотка выполнена синусной, то во вторичную обмотку будут передаваться гармоники высоких порядков, действием которых можно пренебречь. Нейтрализация высших гармоник с нежелательными номерами (5, 7, 11, 13 и т.д.) позволяет улучшить качество напряжения, поступающего на потребитель электроэнергии. Применение различных кривых намагничивания наружной и внутренней тороидальных частей сердечника позволяет обеспечить постоянство напряжения на зажимах потребителя электроэнергии независимо от изменения напряжения госсети.

Источники, принятые во внимание

[1]. Свидетельство на полезную модель 23536 РФ. МПК⁷ H02 5/12 от 18.10.2001.

Устройство согласования госсети с потребителем электроэнергии по напряжению, содержащее тороидальный сердечник, составленный из наружной тороидальной части с пазами, в которых размещена первичная трехфазная обмотка, и соосный с ней внутренней тороидальной части с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части, отличающееся тем, что первичная трехфазная обмотка выполнена синусной концентрической, при этом число витков в пазах наружной тороидальной части указанного сердечника устройства изменяется по закону

,

где w_m - максимальное число витков в пазу; - угол между осью обмотки и i-м пазом; z=2pmq₁ - число пазов наружной тороидальной части; m - число фаз; q ₁ - число пазов на полюс и фазу; p - число пар полюсов.