RU2714964C1

RU2714964C1 - Device for compensation of reactive power of modular structure of shc mc

Info

Publication number: RU2714964C1
Application number: RU2019136553A
Authority: RU
Inventors: Ильнур Ринатович Каримов; Александр Михайлович Андреев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "УралТехПром"
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-02-26

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical devices, which are intended to increase efficiency of power consumption, in particular, to reactive power compensation devices and compensation of passive components of electric voltage and current in electric installations with inductive loads (electric motors, welding apparatus, etc.). Technical result is achieved due to that in reactive power compensation device, comprising housing, inside which there are electric capacitors with throttles, and terminals coming out of it for direct connection to supply electrical network and consumer, according to invention each electric capacitor is connected in series with throttle, forming cells of LC-circuits in form of a triangle between all terminals of device, besides, to LC cell of same circuit parallel similar connection of LC-circuit is repeatedly connected.

EFFECT: elimination of the above disadvantage, namely simplification of the design of the device, which ensures performance of the main function by compensation of reactive power at connection of consumers to networks of alternating electric current with voltage from 380 V to 10 kV with frequency 50 (60) Hz, including with parasite frequency harmonics.

1 cl, 2 dwg

Description

Заявленное техническое решение относится к электротехническим устройствам, которые предназначены для повышения эффективности потребления электроэнергии, в частности, к устройствам компенсации реактивной мощности и компенсации пассивных составляющих электрического напряжения и силы токах в электроустановках с индуктивными нагрузками (электродвигатели, сварочные аппараты и т.д.). Предлагаемое устройство может быть использовано в различных отраслях промышленности для электроустановок различной мощности, работающих от электрических сетей с напряжением от 380 В до 10 кВ.The claimed technical solution relates to electrical devices that are designed to increase the efficiency of electricity consumption, in particular, to devices for reactive power compensation and compensation of passive components of electric voltage and current strength in electrical installations with inductive loads (electric motors, welding machines, etc.). The proposed device can be used in various industries for electrical installations of various capacities operating from electrical networks with voltage from 380 V to 10 kV.

Известно устройство компенсации реактивной мощности, содержащее управляемую индуктивность, батарею конденсаторов, устройство фильтрации высших гармоник, при этом регулируемая индуктивность представляет собой двухобмоточный трансформатор с регулятором насыщения магнитопровода, причем номинальное входное сопротивление трансформатора от полутора до шести раз превышает сумму приведенных к номинальному напряжению индуктивных сопротивлений его обмоток, устройство фильтрации высших гармоник выполнено в виде фильтрокомпенсирующего устройства, номинальная мощность которого составляет от одной десятой до половины мощности батареи конденсаторов, а сумма номинальных мощностей фильтрокомпенсирующего устройства и батареи конденсаторов, подключенных к вторичной обмотке, равна номинальной мощности трансформатора (патент RU 2510556, опубликован 27.03.2014).A device for reactive power compensation is known, which contains a controlled inductance, a capacitor bank, a device for filtering higher harmonics, while the adjustable inductance is a two-winding transformer with a saturation regulator of the magnetic circuit, and the nominal input resistance of the transformer from one and a half to six times the sum of the inductive resistances reduced to the rated voltage windings, the device for filtering higher harmonics is made in the form of filter compensating construction, the rated power of which is from one tenth to half the power of the capacitor bank, and the sum of the rated capacities of the filter compensating device and the capacitor bank connected to the secondary winding is equal to the rated power of the transformer (patent RU 2510556, published 03/27/2014).

Недостатком известного технического решения является возможность использования только в сетях высоковольтного напряжения и, как следствие, сложность схемно-конструкторского решения.A disadvantage of the known technical solution is the possibility of using only high-voltage networks and, as a result, the complexity of the circuit design solution.

Известно также устройство компенсации реактивной мощности, содержащее корпус, внутри которого расположены электрические конденсаторы, соединенные между собой в единый контур с дросселями и выходящие из него клеммы для соединения с подводящей сетью и потребителем, при этом клеммы соединены с подводящей сетью и потребителем непосредственно, сами клеммы соединены с контуром электрических конденсаторов в разных его местах, а контур дополнительно снабжен индуктивными катушками, один конец которых соединен с клеммами, а другой - соединен со средней точкой между конденсаторами с противоположной клеммам стороны. Кроме того, схема минимальной ячейки устройства выполнена одновременно в виде и треугольника и звезды (патент RU 165904, опубликован 10.11.2016).A device for reactive power compensation is also known, comprising a housing, inside of which there are electric capacitors connected to each other in a single circuit with reactors and outgoing terminals for connecting to the supply network and the consumer, while the terminals are directly connected to the supply network and the consumer, the terminals themselves connected to the circuit of electric capacitors in different places, and the circuit is additionally equipped with inductive coils, one end of which is connected to the terminals, and the other is connected to the midpoint between the capacitors on the opposite side of the terminals. In addition, the minimum cell circuit of the device is made simultaneously in the form of both a triangle and a star (patent RU 165904, published 10.11.2016).

В устройстве по патенту RU 165904 невозможно реализовать схему минимальной ячейки одновременно в виде и треугольника, и звезды, поскольку в известной схеме возможно только раздельное соединение катушек индуктивности (дросселей) в виде звезды, а конденсаторов в виде треугольника, причем каждый второй конденсатор, используемый в плече схемного треугольника применяется также в качестве моста для связи с элементами схемной звезды - катушками индуктивности (дросселями).In the device according to the patent RU 165904, it is impossible to realize the circuit of the minimum cell simultaneously in the form of a triangle and a star, since in the known circuit only separate connection of inductors (inductors) in the form of a star and capacitors in the form of a triangle is possible, and every second capacitor used in the shoulder of the circuit triangle is also used as a bridge for communication with elements of the circuit star - inductors (inductors).

Недостатком известного устройства является сложность использования предложенного схемно-конструкторского решения, обусловленная тем, что соединение одних элементов (конденсаторов) в виде треугольника через мосты, функции которых выполняют аналогичные конденсаторы, с другими элементами (дросселями), которые соединены в виде звезды, приводит к образованию тройного колебательного контура. Этот тройной колебательный контур при совпадении резонансной частоты или ее гармоник с паразитными частотными гармониками электрической сети может вызвать резкое повышение (или понижение в случае разных фаз колебаний) в сети питания потребителя электрической энергии и привести устройство - потребитель в неработоспособное или неисправное состояние.A disadvantage of the known device is the difficulty of using the proposed circuit design solution, due to the fact that the connection of some elements (capacitors) in the form of a triangle through bridges, the functions of which are performed by similar capacitors, with other elements (chokes), which are connected in the form of a star, leads to the formation triple oscillatory circuit. This triple oscillatory circuit, when the resonant frequency or its harmonics coincides with the parasitic frequency harmonics of the electric network, can cause a sharp increase (or decrease in the case of different phases of oscillations) in the power supply network of the consumer of electrical energy and lead the device - consumer to an inoperative or malfunctioning state.

Техническим результатом заявленного технического решения является устранение указанного выше недостатка, а именно упрощение конструкции устройства, которое обеспечивает выполнение основной функции по компенсации реактивной мощности при подключении потребителей к сетям переменного электрического тока напряжением от 380 В до 10 кВ частотой 50 (60) Гц в том числе с паразитными частотными гармониками.The technical result of the claimed technical solution is to eliminate the above drawback, namely, simplifying the design of the device, which provides the main function of reactive power compensation when connecting consumers to AC networks with voltage from 380 V to 10 kV with a frequency of 50 (60) Hz, including with spurious frequency harmonics.

Технический результат достигается тем, что в устройстве компенсации реактивной мощности, содержащем корпус, внутри которого размещены электрические конденсаторы с дросселями и выходящие из него клеммы для непосредственного соединения с подводящей электрической сетью и потребителем, согласно изобретению, каждый электрический конденсатор соединен последовательно с дросселем, образуя ячейки LC-цепей в виде треугольника между всеми клеммами устройства, причем к каждой ячейке LC-цепи параллельно многократно подсоединена аналогичная LC-цепь.The technical result is achieved by the fact that in a reactive power compensation device comprising a housing, inside which there are placed electric capacitors with reactors and terminals coming out of it for direct connection with a power supply network and a consumer, according to the invention, each electric capacitor is connected in series with an inductor, forming cells LC circuits in the form of a triangle between all the terminals of the device, and the same LC circuit is repeatedly connected to each cell of the LC circuit in parallel s.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена общая принципиальная схема подключения устройства компенсации реактивной мощности; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства.In FIG. 1 shows a general circuit diagram for connecting a reactive power compensation device; in FIG. 2 is a circuit diagram of a device.

Устройство компенсации реактивной мощности содержит корпус 1, внутри которого размещены на печатных платах 2 ячейки LC-цепей. Устройство с помощью электрических клемм соединяется с потребителем (нагрузкой) 3 с помощью электрических цепей 1, 2 и 3; при этом потребитель 3 подключен к подводящей электрической сети посредством пускорегулирующей аппаратуры нагрузки 4. На печатных платах 2 LC-цепи соединены согласно принципиальной электрической схеме, показанной на фиг. 2, эквивалентной схеме соединения LC-цепей в виде треугольника. На печатной плате 2 конденсатор 5 соединен последовательно с дросселем 6, которая представляет собой минимальную ячейку LC-цепи, причем соединение трех минимальных ячеек LC-цепей между клеммами 7 с номерами 1, 2 и 3 производится в виде треугольника (фиг. 2), образуемого следующим контуром электрической цепи: C₁₂L₁₂ - C₂₃L₂₃ - C₃₁L₃₁. К каждой ячейке LC-цепей многократно (кратно n) подсоединены параллельно аналогичные LC-цепи. Величины емкости конденсатора 5 и индуктивности дросселя 6, а также величина кратности n параллельных соединений ячеек LC-цепей выбираются в зависимости от потребляемой электрической мощности нагрузкой 3 и возможными паразитными частотными гармониками в сети электроснабжения. В частности, были проведены успешные опытно-промышленные испытания (см. приложенное фото) с применением минимальных ячеек LC-цепей с конденсаторами емкостью 1 мкФ (400 в) и индуктивностью дросселя 0,4 мГ с величинами кратности n от 40 до 200. Для применения предложенного устройства в сетях с высоким напряжением свыше 3,6 кВ рекомендуется соединение устройства компенсации реактивной мощности с потребителем (нагрузкой) 3 посредством высоковольтного трехфазного трансформатора по классической схеме.The reactive power compensation device comprises a housing 1, inside of which there are 2 LC circuit cells on printed circuit boards. The device using electrical terminals is connected to the consumer (load) 3 using electrical circuits 1, 2 and 3; wherein the consumer 3 is connected to the supply electric network by means of ballast equipment 4. On the printed circuit boards 2, the LC circuits are connected according to the circuit diagram shown in FIG. 2, equivalent to the connection diagram of LC-chains in the form of a triangle. On the printed circuit board 2, the capacitor 5 is connected in series with the inductor 6, which is the minimum cell of the LC circuit, and the connection of the three minimum cells of the LC circuit between terminals 7 with numbers 1, 2 and 3 is made in the form of a triangle (Fig. 2), formed the following circuit: C ₁₂ L ₁₂ - C ₂₃ L ₂₃ - C ₃₁ L ₃₁ . Similar LC circuits are connected in parallel to each cell of the LC circuits repeatedly (by a multiple of n). The values of the capacitor 5 and the inductance of the inductor 6, as well as the magnitude of the multiplicity n of the parallel connections of the cells of the LC circuits are selected depending on the electrical power consumed by the load 3 and possible spurious frequency harmonics in the power supply network. In particular, successful pilot tests were carried out (see the attached photo) using the minimum cells of LC circuits with capacitors of 1 μF (400 V) and a choke inductance of 0.4 mG with magnitudes of n from 40 to 200. For application The proposed device in networks with a high voltage above 3.6 kV, it is recommended that the reactive power compensation device be connected to the consumer (load) 3 by means of a high-voltage three-phase transformer according to the classical scheme.

Упрощение конструкции в предложенном устройстве позволяет обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности для различных потребителей в большом диапазоне электрических мощностей и напряжений питающей сети. Ниже приведена таблица сравнения результатов опытно-промышленных испытаний предложенного устройства с характеристиками используемых в промышленности аналогов.Simplification of the design in the proposed device allows for effective compensation of reactive power for various consumers in a wide range of electrical capacities and supply voltage. Below is a table comparing the results of pilot tests of the proposed device with the characteristics of analogues used in the industry.

Приведенное сравнение показывает высокую эффективность использования предложенного изобретения.The above comparison shows the high efficiency of the use of the proposed invention.

Кроме того, следствием достижения технического результата являются улучшенные технические характеристик устройства компенсации реактивной мощности модульной конструкции ПТК МК:In addition, the result of achieving a technical result is improved technical characteristics of the reactive power compensation device of the modular design of the PTK MK:

- значительное увеличение срока службы, безопасности и надежности электрооборудования;- a significant increase in the service life, safety and reliability of electrical equipment;

- уменьшение пусковых токов асинхронных двигателей в среднем в 3 раза;- decrease in starting currents of induction motors by an average of 3 times;

- снижение рабочей температуры электрических проводников и электродвигателей в 2-3 раза;- reduction of the working temperature of electrical conductors and electric motors by 2-3 times;

- увеличение динамического КПД электрооборудования в среднем на 4%;- increase in dynamic efficiency of electrical equipment by an average of 4%;

- подавление генерации акустических шумов;- suppression of generation of acoustic noise;

- уменьшение вибраций электродвигателей, как функции гироскопического момента ротора при колебаниях сетевого напряжения.- reduction of vibration of electric motors, as a function of the gyroscopic moment of the rotor during voltage fluctuations.

Claims

A reactive power compensation device comprising a housing inside which electric capacitors with chokes are placed, and terminals emerging from it for direct connection to a power supply network and a consumer, characterized in that each electric capacitor is connected in series with a choke, forming LC-cells in the form a triangle between all the terminals of the device, and a similar LC circuit is repeatedly connected to each cell of the LC circuit in parallel.