UA150293U

UA150293U - Three-phase filter of current harmonics of zero sequence of autotransformer type with the current control

Info

Publication number: UA150293U
Application number: UAU202103700U
Authority: UA
Inventors: Роман Олександрович Буйний; Вячеслав Михайлович Безручко; Анатолій Леонідович Приступа
Original assignee: Національний Університет "Чернігівська Політехніка"
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2022-01-26

Abstract

A three-phase zero-sequence harmonics filter of autotransformer type with current control containing a three-core magnetic circuit and twelve windings is characterized in that the first and second windings of each rod have the same number of turns connected in such a way that the beginning of the first winding on each rod is connected to the phase conductor, and the end – to the end of the second winding on the adjacent rod, the beginnings of the second winding of all rods are connected to a switching device connecting this point to a neutral conductor, and parallel to the switching device the additional windings with the same number of turns are connected in series, and provided that the windings on each rod are connected in opposition .

Description

Корисна модель належить до електротехніки та захисту мережі й може використовуватися в трифазних електричних мережах з нульовим проводом для пригнічення вищих гармонік струмів та поліпшення якості електроенергії.The useful model belongs to electrical engineering and network protection and can be used in three-phase electrical networks with a neutral wire to suppress higher harmonic currents and improve power quality.

На сучасному рівні техніки відомий такі пристрої трифазний автотрансформатор виконаний на тристрижневому магнітопроводі з обмотками, з'єднаними в зигзаг, з однаковою кількістю витків (Патент 501206881А1). Виводи трансформатора підключаються до фазних проводів мережі й до нульового проводу. При цьому гармоніки кратні трьом, що наявні у мережі, шунтуються пристроєм за рахунок малого опору фільтра струмам нульової послідовності.At the current state of the art, such a device is known: a three-phase autotransformer is made on a three-bar magnet wire with windings connected in a zigzag pattern with the same number of turns (Patent 501206881A1). The outputs of the transformer are connected to the phase wires of the network and to the neutral wire. At the same time, harmonics that are multiples of three present in the network are shunted by the device due to the low resistance of the filter to zero-sequence currents.

Однак такий пристрій є пасивним та впливати на значення струму в фільтрі немає можливості, тому при перевищенні допустимого струму пристрій повинен автоматично відключатися від мережі після чого мережа залишається без фільтрації вищих гармонік. Для запобіганню відключенню такі пристрої виготовляються з великим запасом за потужністю, що суттєво збільшує їх вартість.However, such a device is passive and there is no way to influence the value of the current in the filter, therefore, when the permissible current is exceeded, the device must automatically disconnect from the network, after which the network remains without filtering higher harmonics. To prevent disconnection, such devices are manufactured with a large margin of power, which significantly increases their cost.

Найбільш близьким аналогом є трифазний автотрансформатор виконаний на тристрижневому магнітопроводі, який відрізняється від попереднього наявністю додаткових обмоток, які для зменшення струму фільтрації можуть підключаються послідовно з фазними обмотками (Патент 05 540643 7А 7его рпазе зедиепсе ситепі їПШег м/йй адіивіабіє ітредапсе).The closest analogue is a three-phase autotransformer made on a three-bar magnet wire, which differs from the previous one by the presence of additional windings, which can be connected in series with the phase windings to reduce the filtering current (Patent 05 540643 7A 7ego rpase zediepse sitepi yPSheg m/y adiyviabie itredapse).

Підключення таких обмоток послідовно з фазами призводить до викривлення векторної діаграми напруг на обмотках та утворення додаткових урівнюючих струмів. Такі операції можуть виконуватися тільки вручну при відключеному автотрансформаторі (перемикання без збудження). Тому після аварійного відключення такі пристрої підключають знову лише після перепідключення обмоток. В цьому випадку мережа залишається без фільтрації на менш короткий термін.Connecting such windings in series with the phases leads to distortion of the vector diagram of the voltages on the windings and the formation of additional equalizing currents. Such operations can only be performed manually when the autotransformer is disconnected (switching without excitation). Therefore, after an emergency shutdown, such devices are connected again only after the windings are reconnected. In this case, the network remains unfiltered for a shorter period of time.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення нової конструкції трифазного фільтра гармонік струмів нульової послідовності автотрансформаторного типу з регулюванням струму. Конструкція повинна забезпечити можливість автоматичного регулювання струму та недопускати викривлення векторної діаграми напруг на обмотках, не утворювати додаткові урівнюючі струми та не утворювати перехідний процес при комутації в мережі у порівнянні з найближчим аналогом. Поставлена задача вирішується за рахунок використання нової схемиThe basis of the useful model is the task of creating a new design of a three-phase zero-sequence harmonic current filter of the autotransformer type with current regulation. The design should ensure the possibility of automatic current regulation and prevent distortion of the vector diagram of the voltages on the windings, not to form additional equalizing currents and not to form a transient process during switching in the network in comparison with the nearest analogue. The task is solved by using a new scheme

Ко) з'єднання обмоток.Ko) connection of windings.

Технічним результатом застосування корисної моделі є підвищення ефективності фільтрації вищих гармонік під час експлуатації фільтра та оптимізація технології виготовлення фільтра, зменшення маси магнітної системи й обмоток, через менший запас за потужністю (поліпшення його масогабаритних і техніко-економічних показників).The technical result of the application of the useful model is an increase in the efficiency of filtering higher harmonics during the operation of the filter and optimization of the filter manufacturing technology, a reduction in the mass of the magnetic system and windings, due to a smaller power reserve (improvement of its weight, size and technical and economic indicators).

Поставлена задача вирішується тим, що трифазний фільтр гармонік струмів нульової послідовності автотрансформаторного типу з регулюванням струму, що містить тристрижневий магнітопровід і дванадцять обмоток, згідно з корисною моделлю, перша і друга обмотки кожного стрижня мають однакову кількість витків, що підключені таким чином, що початок першої обмотки на кожному стрижні підключається до фазного провідника, а кінець - до кінця другої обмотки на сусідньому стрижні, початки другої обмотки усіх стрижнів з'єднані та підключені до комутаційного апарата, що підключає цю точку до нульового провідника, а паралельно комутаційному апарату підключаються послідовно з'єднані додаткові обмотки з однаковою кількістю витків та за умови зустрічного підключення обмоток на кожному стрижні.The problem is solved by the fact that a three-phase harmonic filter of zero-sequence currents of the autotransformer type with current regulation, containing a three-bar magnet wire and twelve windings, according to a useful model, the first and second windings of each bar have the same number of turns, connected in such a way that the beginning of the first of the winding on each rod is connected to the phase conductor, and the end - to the end of the second winding on the adjacent rod, the beginnings of the second winding of all the rods are connected and connected to the switchgear, which connects this point to the neutral conductor, and parallel to the switchgear are connected in series connected additional windings with the same number of turns and provided that the windings on each core are connected in opposite directions.

Крім того, перша та друга обмотки кожного стрижня автотрансформатора біфілярні.In addition, the first and second windings of each core of the autotransformer are bifilar.

Крім того, третя обмотка та четверта обмотка котушки кожного стрижня автотрансформатора намотані потроєною кількістю однакових паралельних провідників, у порівнянні з першою та другою обмотками котушки кожного стрижня автотрансформатора.In addition, the third winding and the fourth winding of the coil of each rod of the autotransformer are wound with three times the number of identical parallel conductors compared to the first and second windings of the coil of each rod of the autotransformer.

Суть корисної моделі полягає в тому, що на стрижні кожної фази створюється по дві додаткові обмотки з однаковою та порівняно малою кількістю витків, струми нульової послідовності, що проходять обмоткам, мають бути направлені зустрічно та не утворювати в магнітопроводі магнітний потік. Ці обмотки в нормальному режимі мають бути закороченими автоматичним вимикачем. Через те, що ці обмотки включені зустрічно, на них наводиться однакова напруга різної полярності і, як наслідок, струм при їх закорочуванні не з'являється. У результаті, після спрацювання захисту, автоматичний вимикач дешунтує закоротку і струм фільтра буде проходити через усі обмотки, які зменшують струм. На відміну від найближчого аналогу, кожна фаза має по дві додаткові обмотки, включені зустрічно, що дозволяє регулювати опір струмам нульової послідовності автоматично за допомогою реле струму. Такі пристрої можуть бути використані без великого запасу за потужністю, а отже, мати менші масо-габаритні показники. Значення струму в додаткових обмотках (третя та четверта обмотки кожного бо стрижня) в тричі більший за струм основних (першої та другою обмоток кожного стрижня), тому її раціонально виготовляти втричі більшого перерізу або потроєною кількістю провідників з перерізом як в перших двох обмотках. Останнє дозволить покращити технологічність виготовлення.The essence of a useful model is that two additional windings with the same and relatively small number of turns are created on the core of each phase, the zero-sequence currents passing through the windings should be directed in opposite directions and should not create a magnetic flux in the magnetic circuit. These windings in normal mode should be short-circuited by a circuit breaker. Due to the fact that these windings are switched on oppositely, the same voltage of different polarity is applied to them and, as a result, the current does not appear when they are shorted. As a result, after the protection is triggered, the circuit breaker de-shunts the short circuit and the filter current will pass through all windings that reduce the current. Unlike the closest analogue, each phase has two additional windings connected oppositely, which allows you to adjust the resistance to zero-sequence currents automatically using a current relay. Such devices can be used without a large margin of power, and therefore have smaller weight and dimensions. The value of the current in the additional windings (the third and fourth windings of each rod) is three times greater than the current of the main ones (the first and second windings of each rod), so it is rational to make it three times larger in cross-section or with three times the number of conductors with a cross-section as in the first two windings. The latter will improve the manufacturability of manufacturing.

На фіг. 1 наведено приклад схеми підключення фільтра струмів нульової послідовності до чотирипровідникової магістральної мережі з вказанням напряму розподілу струмів нульової послідовності. На фіг. 2 схематично зображено одна з можливих конструкцій трифазного фільтра гармонік струмів нульової послідовності автотрансформаторного типу з регулюванням струму, що заявляється, де м - основні обмотки м/ - допоміжні струмообмежувальні обмотки таIn fig. 1 shows an example of the connection diagram of the zero-sequence current filter to the four-wire main network with the indication of the direction of distribution of the zero-sequence currents. In fig. 2 schematically shows one of the possible designs of the three-phase zero-sequence current harmonic filter of the autotransformer type with current regulation, which is claimed, where m - main windings m/ - auxiliary current-limiting windings and

ОР автоматичний вимикач або інша комутаційна апаратура та А, В,С - позначення фаз коло клем підключення, М - позначення нульового провідника. На фіг. З зображена векторна діаграма напруг на обмотках фільтра, що заявляється.OP is an automatic switch or other switching equipment and A, B, C are the designations of the phases around the connection terminals, M is the designation of the neutral conductor. In fig. C shows the vector diagram of the voltages on the windings of the claimed filter.

Схема з'єднань обмоток трифазного фільтра гармонік струмів нульової послідовності автотрансформаторного типу, що наведена на фіг. 2, містить автотрансформатор, на кожному стрижні якого намотується по дві обмотки в одному напрямку гвинтової лінії з однаковою кількістю витків, а також дві додаткові обмотки з малою кількістю витків. Обмотки фільтра з'єднані таким чином, щоб початок першої обмотки на стрижні з'єднується із проводом фази, а кінець першої обмотки з'єднується з кінцем другої обмотки, початок другої обмотки на стрижні з'єднується з початками обмоток усіх стрижнів та підключається до комутаційного апарата (наприклад, ОЕ - автоматичного вимикача), який підключає пристрій до нульового провідника.The connection diagram of the windings of the three-phase harmonics filter of zero-sequence currents of the autotransformer type, shown in Fig. 2, contains an autotransformer, on each rod of which two windings are wound in one direction of the helical line with the same number of turns, as well as two additional windings with a small number of turns. The filter windings are connected in such a way that the beginning of the first winding on the rod is connected to the phase wire, and the end of the first winding is connected to the end of the second winding, the beginning of the second winding on the rod is connected to the beginnings of the windings of all the rods and connected to the switching device (for example, OE - automatic circuit breaker), which connects the device to the neutral conductor.

Паралельно комутаційному апарату підключаються додаткові обмотки, що включаються зустрічно на кожному стрижні та послідовно.Additional windings are connected in parallel to the switching device, which are switched on oppositely on each rod and in series.

Трифазний фільтр гармонік струмів нульової послідовності автотрансформаторного типу призначений для пригнічення гармонік струмів нульової послідовності в трифазних електричних мережах з нульовим проводом та має можливість регулювання струму. Фільтр працює таким чином. Виводи пристрою підключаються до трифазної мережі з нульовим проводом. У результаті на обмотках пристрою з'являється електрична напруга, у магнітопроводах пристрою з'являється магнітний потік, що викликає електрорушійні сили індукції й самоіндукції в обмотках, у результаті чого в обмотках протікає електричний струм. У магнітопроводах пристрою з'являються взаємні магніторушійні сили, що врівноважуються. Котушки пристрою з'єднаніThe autotransformer-type three-phase harmonic filter of zero-sequence currents is designed to suppress harmonics of zero-sequence currents in three-phase electrical networks with a neutral wire and has the ability to adjust the current. The filter works like this. The outputs of the device are connected to a three-phase network with a neutral wire. As a result, an electric voltage appears on the windings of the device, a magnetic flux appears in the magnetic conductors of the device, which causes electromotive forces of induction and self-induction in the windings, as a result of which an electric current flows in the windings. Mutual magnetomotive forces appear in the magnetoconductors of the device, which are balanced. The coils of the device are connected

Зо таким чином, що опір струмам нульової послідовності є мінімальним, а прямий і зворотній - максимальний, у результаті чого струми нульової послідовності замикаються через пристрій та по фазних проводах вертаються назад до навантаження. В разі перевищення допустимого струму комутаційний вимикач відключається та струм має протікати через додаткові обмотки, що не створюють магніторушійної сили в магнітопроводі для струмів нульової послідовності через їх зустрічне з'єднання, але зменшують струм фільтрації.In such a way that the resistance to the zero-sequence currents is minimal, and the direct and reverse currents are maximal, as a result of which the zero-sequence currents are closed through the device and return to the load through the phase wires. If the permissible current is exceeded, the switching switch is turned off and the current must flow through additional windings, which do not create a magnetomotive force in the magnetic circuit for zero-sequence currents due to their opposite connection, but reduce the filtering current.

Для кращої якості фільтрації намагаються виконати обмотки з мінімальним опором струмам нульової послідовності, для чого в конструкції зменшують потоки розсіювання. Це досягається намотуванням обмоток з однаковою кількістю витків біфілярно або з чергуванням шарів.For better filtering quality, they try to make windings with minimum resistance to zero-sequence currents, for which the dissipation currents are reduced in the design. This is achieved by winding windings with the same number of turns bifilarly or with alternating layers.

Економічний ефект корисної моделі досягається за рахунок меншого запасу по потужності через автоматичну можливість регулювання струму та, як наслідок, зниженням витрати активних матеріалів і спрощенням технології намотування обмоток, які застосовуються при виготовленні трифазного фільтра гармонік струмів нульової послідовності автотрансформаторного типу у порівнянні із найближчим аналогом.The economic effect of the useful model is achieved due to a smaller margin of power due to the automatic ability to regulate the current and, as a result, a reduction in the consumption of active materials and a simplification of the winding technology used in the manufacture of a three-phase harmonic filter of zero-sequence currents of the autotransformer type in comparison with the closest analogue.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. A three-phase zero-sequence current harmonic filter of the autotransformer type with current regulation, containing a three-bar magnet wire and twelve windings, which is characterized by the fact that the first and second windings of each bar have the same number of turns, connected in such a way that the beginning of the first winding on each bar is connected to the phase conductor, and the end - to the end of the second winding on the adjacent rod, the beginnings of the second winding of all the rods are connected and connected to the switchgear, which connects this point to the neutral conductor, and in parallel to the switchgear, series-connected additional windings are connected with the same number of turns and provided that the windings on each core are connected in opposite directions.

2. A three-phase zero-sequence current harmonic filter of the autotransformer type according to claims 1 and 2, which differs in that the first and second windings of each rod of the autotransformer are bifilar.

3. A three-phase harmonic filter of zero-sequence currents of the autotransformer type according to claims 1-3, which differs in that the third winding and the fourth winding of the coil of each