Пристрій для автоматичного симетрування струмів та напруг трифазної системи

Пристрій для автоматичного симетрування струмів та напруг трифазної системи, що містить трифазну систему, яка складається з трифазного джерела та трифазного навантаження, блок симетрування, до складу якого входять три керовані реактивні елементи, які приєднані на лінійні напруги трифазної системи, масштабний перетворювач струмів фаз в напруги, перший масштабний перетворювач фазної напруги, перший квазізрівноважений вимірювальний перетворювач, однокристальний мікроконтролер, причому до трифазного джерела через масштабний перетворювач струмів фаз в напруги приєднане трифазне навантаження, вхід першого масштабного перетворювача фазної напруги приєднаний на першу фазну напругу трифазного джерела, а вихід першого квазізрівнова C2 2 90801 1 3 рогових елементів і виконавчий орган, який складається з двох секцій, в кожній з яких три конденсаторних батареї, що з'єднані в трикутник і приєднані на лінійні напруги трифазної мережі та шести комутаційних апаратів, які ввімкнені послідовно до кожної конденсаторної батареї в кожній секції, причому три входи датчика фазних напруг приєднані до фаз лінії живлення, а входи датчика лінійних струмів підключені в розсічку фаз А, В, С лінії живлення, до кожного з трьох виходів датчика фазних напруг та датчика лінійних струмів попарно приєднані входи датчиків активних та реактивних струмів, виходи датчиків реактивних струмів приєднані до входів трьох суматорів, вихід першого датчика активного струму приєднаний до першого та третього суматорів, вихід другого датчика активного струму - до першого та другого суматорів і вихід третього датчика активного струму - до другого і третього суматорів а до виходу кожного суматора приєднані входи пари порогових елементів, виходи яких з'єднані із входами комутаційних апаратів кожної конденсаторної батареї виконавчого органу. Недоліками цього пристрою є те, що використання прямого перетворення миттєвих струмів, що виконується за допомогою двотактних фазових детекторів, на основі яких реалізовані датчики активних та реактивних струмів, істотно знижує точність симетрування. Найбільш близьким є пристрій для автоматичного симетрування струмів і стабілізації заданого коефіцієнта потужності трифазної системи (Патент України № 64831, М.Кл.7 Η02J3/26, Бюл. №3, 2004), що містить: трифазну систему, що складається з трифазного джерела та трифазного навантаження, блок симетрування, до складу якого входять три керовані реактивні елементи, які приєднані на лінійні напруги трифазної системи, масштабний перетворювач фазної напруги, масштабний перетворювач струмів фаз в напруги, перший та другий перемикачі, фазообертач, однокристальний мікроконтролер, задавач коефіцієнта реактивної потужності, квазізрівноважений вимірювальний перетворювач (в подальшому перший квазізрівноважений вимірювальний перетворювач), який містить цифровий подільник напруги, перемикач, пристрій віднімання та фазочутливий детектор, причому до трифазного джерела через масштабний перетворювач струмів фаз в напруги приєднане трифазне навантаження, три виходи масштабного перетворювача струмів фаз в напруги через перший перемикач приєднані до першого входу квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, а вихід масштабного перетворювача фазної напруги через другий перемикач приєднаний до другого входу квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, а виходи останнього приєднані до входу однокристального мікроконтролера, два виходи керування якого з'єднані з входами керування першого і другого перемикачів та квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, а також трьома входами блоку симетрування, а до входу керування однокристального мікроконтролера приєднаний вихід задавача коефіцієнта реактивної потужності. 90801 4 Недоліком пристрою є недостатня точність симетрування навантажень за умов несинусоїдності. Це пояснюється тим, що в пристрої передбачено використання перетворення фазового зсуву на кут , що за умов несинусоїдності може приз2 вести до значних похибок. Для здійснення такого перетворення необхідні так звані спектральні фазозсуваючі пристрої, реалізація яких надзвичайно складна. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для автоматичного симетрування струмів та напруг трифазної системи, в якому за рахунок використання активних провідностей в системі координат ( , β), визначених відносно фаз А, В та С, досягається збільшення точності симетрування струмів і напруг навантажень за умов несинусоїдності. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для автоматичного симетрування струмів та напруг трифазної системи, що містить трифазну систему, яка складається з трифазного джерела та трифазного навантаження, блок симетрування, до складу якого входять три керовані реактивні елементи, які приєднані на лінійні напруги трифазної системи, масштабний перетворювач струмів фаз в напруги, масштабний перетворювач фазної напруги, перший квазізрівноважений вимірювальний перетворювач, однокристальний мікроконтролер, причому до трифазного джерела через масштабний перетворювач струмів фаз в напруги приєднане трифазне навантаження, вхід масштабного перетворювача фазної напруги приєднаний на фазну напругу трифазного джерела, а вихід квазізрівноваженого вимірювального перетворювача - до входу однокристального мікроконтролера, виходи керування якого з'єднані з трьома входами блоку симетрування, додатково введені другий і третій масштабні перетворювачі фазної напруги, перший і другий комутатори, перший і другий пристрої віднімання, другий квазізрівноважений вимірювальний перетворювач, причому три виходи масштабного перетворювача струмів фаз в напруги приєднані до входів першого комутатора, перший вихід якого приєднаний до першого входу першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, а другий і третій виходи комутатора через перший пристрій віднімання приєднані до першого входу другого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, входи другого і третього масштабних перетворювачів фазної напруги приєднані на другу і третю фазні напруги трифазного джерела, а виходи трьох масштабних перетворювачів фазної напруги приєднані до входів другого комутатора, перший вихід якого приєднаний до другого входу першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, а другий і третій виходи комутатора через другий пристрій віднімання приєднані до другого входу другого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача, а вихід останнього приєднаний до другого входу однокристального мікроконтролера, вихід керування якого з'єднаний із входами керування комутаторів. 5 90801 На кресленні подана структурна схема пристрою для автоматичного симетрування струмів та напруг трифазної системи. На кресленні позначені: трифазне джерело - 1, масштабний перетворювач струмів фаз в напруги 2, трифазне навантаження - 3, перший масштабний перетворювач фазної напруги - 4, другий масштабний перетворювач фазної напруги - 5, третій масштабний перетворювач фазної напруги - 6, перший комутатор - 7, другий комутатор - 8, перший пристрій віднімання 9, другий пристрій віднімання 10, перший квазізрівноважений вимірювальний перетворювач 11, другий квазізрівноважений вимірювальний перетворювач - 12, однокристальний мікроконтролер - 13, блок симетрування - 14, до складу якого входять три керовані реактивні елементи. При цьому до трифазного джерела 1 через масштабний перетворювач струмів фаз в напруги 2 приєднане трифазне навантаження 3, три виходи масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 приєднані до входів першого комутатора 7, перший вихід якого приєднаний до першого входу першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 11, а другий та третій виходи комутатора 7 з'єднані з першим та другим входами першого пристрою віднімання 9, а до виходу останнього приєднаний перший вхід другого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 12, входи масштабних перетворювачів фазної напруги 4, 5 та 6 приєднані на три фазні напруги трифазного джерела, а їх виходи - до входів другого комутатора 8, перший вихід якого приєднаний до другого входу першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 11, а другий та третій виходи комутатора 8 з'єднані з першим та другим входами другого пристрою віднімання 10, до виходу останнього приєднаний другий вхід другого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 12, виходи квазізрівноважених вимірювальних перетворювачів 11, 12 з'єднані з входами однокристального мікроконтролера 13, до виходів керування якого приєднані входи керування комутаторів 7 та 8 і три входи блоку симетрування 14. В основу роботи пристрою покладено закон керування провідністю реактивних елементів блоку симетрування 14 у відповідності з формулами bBC bBC 0; bCA 2 3 k 2g2(B); bAB 3 2 3 k2g2(B); bCA 3 0; bAB 2 3 k 2g2(C), (1) 3 2 3 k2g2( A ), (2) 3 2 3 2 3 k 2g2(C); bCA k 2g2( A ) bAB 0, (3) 3 3 де g2(A), g2(В), g2(C) - активні провідності навантаження зворотної послідовності в системах координат, визначених відносно фаз А, В та С. Вибір однієї з трьох реалізацій закону керування провідністю реактивних елементів блоку симетрування 14 здійснюється за знаком активних провідностей g2(A), g2(В), g2(C). Якщо від'ємним є знак провідності g2(А), то керування здійснюється за формулами (1), якщо від'ємним є знак провідності g2(С), то - за формулами (2), якщо від'ємним є bBC 6 знак провідності g2(В), то - за формулами (3). І, навпаки, якщо додатнім є знак провідностей g2(В), g2(C), то керування здійснюється за формулами (1), якщо додатнім є знак провідностей g2(В), g2(A), то за формулами (2), якщо додатнім є знак провідностей g2(C), g2(A), то - за формулами (3). Визначення активної провідності зворотної послідовності полягає в отриманні інформації про провідності навантаження, які представлені в системі координат ( , β),   I I g Re  ; g Re  , ( 4) U U з використанням цифрової обробки яких отримують значення активної провідності зворотної послідовностей навантаження g2 0,5(g g ). (5) Опишемо алгоритм роботи пристрою. В першому такті з першого виходу масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 через перший комутатор 7 та з першого масштабного перетворювача фазної напруги 4 через другий комутатор 8 відповідно на перший та другий входи першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 11 поступають сигнали, які пропорційні відповідно струму фази А трифазного навантаження 3 та напрузі фази А трифазного джерела 1, на виході якого формується величина, що пропорційна активній провідності g (A) (як відношення синфазної складової струму до модуля напруги фази А), одночасно з другого і третього виходів масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 та другого і третього масштабних перетворювачів фазної напруги 5 і 6 через перший та другий пристрої віднімання 9 і 10 відповідно на перший та другий входи другого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 12 поступають сигнали, які пропорційні відповідно різниці струмів та різниці напруг фаз В, С, на виході якого в першому такті формується величина, що пропорційна активній провідності gβ(A) (як відношення синфазної складової різниці струмів до модуля різниці напруг фаз В, С). В другому такті з другого виходу масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 через перший комутатор 7 та з другого масштабного перетворювача фазної напруги 5 через другий комутатор 8 відповідно на перший та другий входи першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 11 поступають сигнали, які пропорційні відповідно струму фази В трифазного навантаження 3 та напрузі фази В трифазного джерела 1, на виході якого формується величина, що пропорційна активній провідності g (В) (як відношення синфазної складової струму до модуля напруги фази В), одночасно з третього і першого виходів масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 та третього і першого масштабних перетворювачів фазної напруги 6 і 4 через перший та другий пристрої віднімання 9 і 10 відповідно на перший та другий входи другого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 12 поступають сигнали, які пропорційні відповідно різниці струмів та різниці напруг фаз С, А, на виході якого в другому такті формується величина, що пропор 7 90801 ційна активній провідності gβ(В) (як відношення синфазної складової різниці струмів до модуля різниці напруг фаз С, А). В третьому такті з третього виходу масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 через перший комутатор 7 та з третього масштабного перетворювача фазної напруги 6 через другий комутатор 8 відповідно на перший та другий входи першого квазізрівноваженого вимірювального перетворювача 11 поступають сигнали, які пропорційні відповідно струму фази С трифазного навантаження 3 та напрузі фази С трифазного джерела 1, на виході якого формується величина, що пропорційна активній провідності g (С) (як відношення синфазної складової струму до модуля напруги фази С), одночасно з першого і другого виходів масштабного перетворювача струмів фаз в напруги 2 та першого і другого масштабних перетворювачів фазної напруги 4 і 5 через перший та другий пристрої віднімання 9 і 10 відповідно на перший та другий входи другого квазізрівноваженого вимірю Комп’ютерна верстка А. Рябко 8 вального перетворювача 12 поступають сигнали, які пропорційні відповідно різниці струмів та різниці напруг фаз А, В, на виході якого в третьому такті формується величина, що пропорційна активній провідності gβ(С) (як відношення синфазної складової різниці струмів до модуля різниці напруг фаз А, В). Усі ці величини заносяться в комірки пам'яті однокристального мікроконтролера 13, після чого відбувається розрахунок активних провідностей зворотної послідовностей g2(A), g2(В), g2(C) за формулою (5). Зміна тактів вимірювання здійснюється однокристальним мікроконтролером 13 шляхом синхронного перемикання комутаторів 7 і 8. Вибір однієї з трьох реалізацій (1), (2) або (3) закону керування провідністю реактивних елементів блоку симетрування 14 здійснюється однокристальним мікроконтролером 13 за знаком активних провідностей g2(A), g2(В), g2(C). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601