Спосіб компенсації магнітного поля, яке створюють струми силового кола трифазного розподільного пристрою

Спосіб компенсації магнітного поля, яке створюють струми силового кола трифазного розподільного пристрою, електромагнітамикомпенсаторами, які орієнтовані уздовж трьох просторових осей, що включає вимірювання струмів незалежних контурів силового кола і формування струмів живлення котушок електромагнітівкомпенсаторів у залежності від результатів вимірювань, який відрізняється тим, що у виміряних струмах незалежних контурів силового кола виділяють фіксоване число складових гармонік, часто та яких є кратною частоті мережі, причому у кожній з них виділяють косинусну і синусну складові, а струми живлення кожного електромагнітакомпенсатора формують як суму останніх, де амплітуди цих складових змінені в декілька разів на коефіцієнт kncu та knsu відповідно: Винахід належить до області електротехніки і стосується реалізації забезпечення вимог електромагнітної сумісності трифазного електроустаткування. Відомий спосіб компенсації зовнішнього магнітного поля розподільного пристрою за допомогою параметричної системи автоматичної компенсації [1]. Остання містить первинні перетворювачі незалежних параметрів розподільного пристрою, що визначають його магнітне поле, програмний пристрій для формування й регулювання сили струмів компенсації, джерело живлення з трьома каналами регулювання для посилення по потужності і регулювання струмів компенсації відповідно кожній з трьох просторових компонент магнітного поля, систему електромагнітів-компенсаторів (компенсаційних обмоток), струми яких і створюють магнітне поле, що має компоненти в трьох ортогональних просторових напрямах і компенсує поле, створюване струмами розподільного пристрою. Спосіб включає вимірювання незалежних параметрів електроустаткування, формування сигналів струмів електромагнітів-компенсаторів по кожному з просторових напрямів за певними алгоритмами залежно від величин незалежних параметрів, вимірювання складових компонент напруженості kncu  Imknc  Sku ; Iu  wu  Su knsu  Imkns  Sku , Iu  wu  Su (13) 94310 (19) UA (11) ки струму k -го незалежного контуру силового кола, що змінюються у часі за законом косинуса і синуса; Sku - проекція вектора площі k -го контуру силового кола на просторовий напрямок u ( u  x, y, z канали регулювання відповідно до просторових осей розподільного пристрою); Iu - номінальний струм підсилювача потужності електромагніта-компенсатора каналу u ; w u - число витків котушки електромагнітакомпенсатора каналу u ; S u - площа витка котушки електромагнітакомпенсатора каналу u . C2 де Imknc , Imkns - амплітуди складових n -ї гармоні 3 94310 4 магнітного поля при одночасно включених розпозподільного пристрою є синусоїдальними. Тому дільному пристрої і відповідних цим компонентам його використання можливе лише, коли існує апріелектромагнітах компенсаторах, регулювання сигорна інформація саме про такий випадок. На пракналів струмів залежно від заміряних складових тиці у більшості випадків струми силового кола компонент напруженості магнітного поля в процесі трифазного розподільного пристрою не є синусоїстендової настройки системи компенсації, посидальними. лення сигналів струмів компенсації по кожному з Задача винаходу - розширення функціональпросторових напрямів по потужності і живлення них можливостей способу автоматичної компенсасформованими струмами електромагнітів компенції магнітного моменту трифазного розподільного саторів системи автоматичної компенсації при пристрою, в якому протікають змінні періодичні роботі розподільного пристрою. Як незалежні паструми, у тому числі і несинусоїдального характераметри використовуються струми незалежних ру. контурів силового кола, напруги на елементах цих Задача вирішується тим, що в способі компенконтурів, намагніченість елементів феромагнітних сації магнітного поля, яке створюють струми трисистем розподільного пристрою. Недоліком відофазного розподільного пристрою за допомогою мого способу є значна кількість незалежних параелектромагнітів-компенсаторів, які орієнтовані узметрів і складні алгоритми формування струмів довж трьох просторових осей, що включає вимікомпенсації залежно від цих параметрів. рювання струмів незалежних контурів силового Найбільш близьким за технічною суттю є спокола і формування струмів живлення котушок елесіб автоматичної компенсації змінного зовнішнього ктромагнітів-компенсаторів у залежності від ремагнітного поля (моменту), що створюється струзультатів вимірювань, у виміряних струмах видімами при роботі трифазного розподільного приляють фіксоване число складових гармонік, строю, який містить множину трифазних фідерів частота яких є кратною частоті мережі, причому у [2] і живиться від мережі промислової чи іншої часкожній з них виділяють косинусну і синусну склатоти. Спосіб реалізований у вигляді параметричної дові, а струми живлення кожного електромагнітусистеми автоматичної компенсації магнітного мокомпенсатора формують як суму останніх, де ампменту, що характеризує із заданою точністю трилітуди цих складових змінені в декілька разів на фазний розподільний пристрій як джерело зовнішкоефіцієнти kncu та knsu відповідно: нього магнітного поля. До складу системи I S автоматичної компенсації входять: первинні переkncu  mknc ku ; Iu  wu  Su творювачі струмів, принаймні два з трьох фаз всіх фідерів, однотипні пристрої обробки їх сигналів, I S knsu  mkns ku , (1), що містять фазозсувні пристрої і регульовані підIu  wu  Su силювачі струму, число яких дорівнює подвоєному де Imknc , Imkns - амплітуди складових n-ї гарчислу фідерів трифазного розподільного пристрою, послідовно включені суматор, регульовамоніки струму k-го незалежного контуру силового ний підсилювач потужності і електромагніткола, що змінюються у часі за законом косинуса і компенсатор (або обмотка компенсації) для кожної синуса; з трьох просторових компонент магнітного моменSku - проекція вектора площі k-го контуру ситу, який потрібно компенсувати. Відомий спосіб лового кола на просторовий напрямок u включає вимірювання струмів двох фаз кожного з ( u  x, y, z - канали регулювання відповідно до трифазних фідерів, формування з них струмів просторових осей розподільного пристрою); електромагнітів компенсаторів по кожному з просIu - номінальний струм підсилювача потужносторових напрямів у вигляді лінійних залежностей від величин струмів фідерів трифазного розподіті електромагніта-компенсатора каналу u; льного пристрою, попереднє вимірювання при w u - число витків котушки електромагнітастендовій настройці системи автоматичної компекомпенсатора каналу u; нсації складових компонент магнітного моменту S u - площа витка котушки електромагнітапри одночасно включених трифазному розподільному пристрої і електромагнітах-компенсаторах, компенсатора каналу u. осі яких відповідають цим компонентам, регулюНа кресленні наведено структурну схему павання по фазі, величині і посилення потужності раметричної системи автоматичної компенсації сигналів струмів компенсації по кожному з простозовнішнього магнітного поля, яке створюють струрових напрямів, і живлення сформованими струми трифазного розподільного пристрою, що реалімами електромагнітів-компенсаторів при роботі зує запропонований спосіб. Позначення на схемі трифазного розподільного пристрою. В порівнянні такі: 1 - первинний перетворювач струму, коефіціз попереднім, цей спосіб має меншу кількість неєнт передачі якого l/р і чисельність яких визначає залежних параметрів, обмежену тільки струмами кількість К незалежних контурів силового кола; 2 контурів силового кола трифазного розподільного програмний пристрій; 3 - блок фільтрів для фіксопристрою, які можуть бути і несинусоїдального ваного числа N частотних складових струмів; 4 характеру, та більш простий алгоритм формуванпристрій ортогонального розкладання вхідного ня струмів електромагнітів-компенсаторів за рахусигналу на гармонічні складові; 5 - підсилювач нок використання лінійної функції цих струмів від струму, коефіцієнт підсилення якого можна регуструмів незалежних контурів силового кола. Сполювати; 6 - суматор сигналів (струмів); 7 - еталон сіб-прототип має суттєвий недолік: його викорисзсуву фази; 8 - підсилювач потужності з коефіцієнтання можливе лише у випадках, якщо струми ротом підсилення р і заданим набором параметрів 5 94310 6 амплітуд N гармонік струмів; 9 - електромагнітвачі потужності 8 і подається у відповідний електкомпенсатор; x, y, z - канали регулювання відповіромагніт-компенсатор 9. За умовою (1) магнітні дно до конструктивних осей розподільного примоменти електромагнітів компенсаторів забезпестрою. чують повну компенсацію магнітного моменту розСтруктурну схему характеризують наступні подільного пристрою. зв'язки між елементами. Однотипні первинні переДійсно, миттєвий змінний періодичний струм творювачі струму 1 трифазного розподільного іk(t) k-го незалежного контуру силового кола розпристрою включені поодинці в коло кожного з АГподільного пристрою можна представити сумою незалежних контурів його силового кола. Кожен з гармонік основної кутової частоти ω мережі його програмних пристроїв 2, число яких відповідає живлення: N числу каналів регулювання і дорівнює трьом, місik t    Imkn  sinnt  kn  , (2) тить: блок фільтрів 3 з N виходами; N пристроїв n 1 ортогонального розкладання вхідного електричноде Іmkn - амплітуда складової n-ї гармоніки го сигналу 4; 2N підсилювачів струму 5 з регульоструму k-го незалежного контуру силового кола ваними коефіцієнтами підсилення і суматор 6. Вирозподільного пристрою; ходи первинних перетворювачів струму з'єднані з kn - зсув фази n-ої гармоніки струму k-го невходами блоків фільтрів відповідних програмних пристроїв. Кожен з N блока фільтрів сполучений з залежного контуру відносно початку періоду попершим входом пристрою ортогонального розклавторення електромагнітних процесів в розподільдання, а його другий вхід сполучений з входом ному пристрої. еталону зсуву фази 7. Однотипні пристрої ортогоВиміряний струм k-го контуру силового кола нального розкладання мають по два виходи - "козменшується первинним перетворювачем у р разів синусний" і "синусний". Сигнал кожного з цих вихоі на його виході присутній сигнал (струм) i'k(t) дів через однотипний підсилювач струму N 1 надходить на вхід суматора. Вихід останнього чеi'k t    Imkn   sinnt  kn  . (3) p n 1 рез підсилювач потужності 8 з'єднаний з вхідними затискачами котушки електромагнітуБлок фільтрів виділяє з цього сигналу визнакомпенсатора 9 відповідного каналу регулювання. чену кількість N гармонічних складових: У відповідності з пропонованим способом пер1 i'kn t   Imkn   sinnt  kn  , (4) винні перетворювачі 1 електричного струму здійсp нюють вимірювання струмів незалежних контурів n=1, 2, ..., N. силового кола трифазного розподільного приКожен з цих сигналів надходить у пристрій орстрою. Наприклад вимірюють струми двох його тогонального розкладання, на виходах якого форфаз кожного з трифазних фідерів. На своєму вимуються два сигнали, що змінюються у часі за ході кожний первинний перетворювач струму фозаконами косинуса й синуса: рмує електричний сигнал (струм), що є пропорцій  1 ним струму незалежного контуру. Надалі сигнал з i'knc t    Imkn   sin kn   cos nt  I'mknc  cos nt ;   виходу первинного перетворювача надходить у p   програмний пристрій 2, де в блоці фільтрів 3 здій  1 снюється його розділення (перетворення) на фік  i'kns t    Imkn   cos kn   sin nt  I'mknc  sin nt . (5) p соване число N гармонічних складових, частота   яких є кратною частоті ω мережі живлення трифаЗсуви фаз гармонік струмів φkn що входять до зного розподільного пристрою. На практиці число формул (3)-(5), відлічують від початкової фази, що гармонічних складових обмежується шістьма, N≤6, задається еталоном зсуву фаз. оскільки, як правило, амплітуди гармонік більш Амплітуди цих косинусних і синусних гармонівисоких порядків є достатньо малими і ними можчних складових (5) регулюються в підсилювачах на знехтувати; таке становище відповідає найвідповідно в αkncu та αknsu разів: більш типовій ситуації, коли використовують напіI'mknсu=I'mknс·αknсu впровідникові елементи у трифазному колі задля I'mknsu=I'mkns·αknsu. (6) регулювання струму першої (основної) гармоніки В суматорі 6 кожного каналу u гармонічні сигсилового кола. Надалі пристрій ортогонального нали з амплітудами (6) підсумовуються: розкладання 4 здійснює розкладання кожного з K N сигналів фіксованої частоти nω, що надходить на i'u t     I'mkncu  cos nt  I'mknsu sin nt  , (7) k 1n1 його вхід, на ортогональні складові, косинусну й u=x, y, z. синусну. За допомогою еталона зсуву фази 7 здійОтримані сигнали струму підсилюються в р снюється відлік зсувів фаз гармонійних складових разів в підсилювачі потужності 8, чим закінчується струму. У підсилювачах струму 5 здійснюють регупроцес формування струму живлення електромаглювання амплітуд Іmknc, Іmkns сформованих косинуніту-компенсатора відповідного каналу u: сних і синусних складових струмів шляхом устаноK N влення їх величин відповідно співвідношенню (1). i u t   i' u t   p    I' mkncu p  cos nt  I' mknsu p  sin nt   Після їх підсумовування в суматорі 6, на його k 1n1 виході, виникає електричний сигнал (струм) у виK N    Imkncu  cos nt  Imknsu  sin nt . гляді лінійної залежності від косинусних і синусних k 1n1 (8) складових N гармонік струмів незалежних контурів Струмами ik(t) (k=1, 2, ..., K) розподільного трифазного розподільного пристрою. Сформовапристрою створюється змінний у часі магнітний ний струм підсилюється за потужністю в підсилю 7 94310 8 момент, компонента якого mu(t) в просторовому Струм живленнякотушки електромагнітунапрямі u дорівнює: компенсатора iu(t) створює магнітний момент m'u(t) K в просторовому напрямі u: m u t    ik t   S ku  m'u(t)=-iu(t)wuSu. (10) k 1 Компонента магнітного моменту m'u(t), що K N обумовлений струмом електромагніту   Imknc  S ku  cos nt  Imkns  S ku  sin nt . k 1n1 компенсатора каналу u, після послідовної підста(9) новки виразів струмів з урахуванням (4)-(8) в (10) приймає вид: m' u (t)  -i u (t)w u S u  K N     pI' mkncu  cos nt  pI' mknsu  sin nt w u S u  k 1n1 K N     pI' mknc  kncu  cos nt  pI' mkns  knsu  sin nt w u S u  k 1n1 K N       1 1     p Imkn sin  kn  kncu  cos nt  p Imkn cos  kn  knsu sin nt w u S u      p p       k 1n1  K N   Imknc  S ku Imkns S ku      Imkn cos nt  Imkn sin nt w u S u    Iu  w u  S u Iu w u S u k 1n1  K N I  Imkn mkn    Imknc S ku cos nt  Imkns S ku sin nt .   Iu k 1n1 Iu  Враховуючі, що в заданому діапазоні частот підсилення амплітуд однакове для всіх гармонік, незалежно від того, струмом якого контуру вони створюються, і однаковість форм струмів контурів можна записати: Imkn=Iu; u=x,y,z, (12) де Iu - номінальний струм підсилювача потужності каналу u. З урахуванням (12) компоненти магнітного моменту (11) електромагніту-компенсатора є такою: m'u t   K N   Imknc  Sku  cos nt  Imkns  Sku  sin nt  . (13) k 1n 1 Як видно зі співвідношень (9) та (13), однойменні компоненти магнітних моментів струмів розподільного пристрою і електромагнітівкомпенсаторів відрізняються лише знаком і результуючий магнітний момент струмів розподільного пристрою і електромагнітів компенсаторів дорівнює нулю, що і є умовою забезпечення повної компенсації магнітного поля розподільного пристрою. При зміні струмів контурів силового кола розподільного пристрою, включаючи знеструмлення чи зміну форми струму контурів, забезпечується (11) автоматичне відслідковування змін його струмів відповідною зміною струмів живлення електромагнітів компенсаторів. Таким чином, поставлена задача способу вирішується тим, що структура магнітних моментів, що створюється струмопроводами силового трифазного кола розподільного пристрою і електромагнітами-компенсаторами, повністю співпадають, завдяки чому досягається автоматична компенсація магнітного моменту трифазного розподільного пристрою при всіх можливих поєднаннях незалежних контурів силового кола, що утворюються при комутації фідерів залежно від встановлюваного режиму роботи трифазного розподільного пристрою. Джерела інформації: 1. Розов В.Ю. Внешние магнитные поля силового электрооборудования и методы их уменьшения: Препр. / НАН Украины. Ин-т электродинамики; № 772. - К.: 1995. - 42 с. 2. Розов В.Ю., Ерисов А.В., Лупиков B.C. Особенности снижения внешних магнитных полей распределительных устройств и полупроводниковых преобразователей: Препр. / НАН Украины. Инт электродинамики; № 791. - К.: 1996. - 47 с. 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 94310 Підписне 10 Тираж 23 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