СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H02M7/521 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для организации системы электроснабжения разнотипных массовых потребителей (например, цехов и заводов) на частотах, как правило, отличающихся от общепромышленной с применением тиристорных преобразователей.

Известен групповой преобразователь, содержащий N объединенных по выходу инверторов, регуляторы постоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах LC-фильтрами, блоки управления регуляторами, датчики тока в цепи питания каждого инвертора и узел сравнения сигналов, а также сумматор, делитель и блок умножителей сигналов датчиков тока [1]
Недостатком данного устройства является большая установленная мощность силового оборудования системы компенсации реактивной мощности, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения. Это связано с тем, что в устройстве не предусматривается изменение структуры вентильного комплекса в зависимости от величины и характера нагрузки.

Известен также преобразователь, в котором компенсатор выполнен в виде неуправляемого диодного моста, подключенного через реактор к фазам нагрузки [2] Достоинством такого преобразователя является высокая динамическая устойчивость при мгновенных перепадах нагрузки. Однако группа таких преобразователей, работающих на общую сеть, также обладает избыточной установленной мощностью силового оборудования.

Известно также устройство для электроснабжения, состоящее из последовательно соединенных регулятора постоянного напряжения с блоком управления, имеющим управляющий вход, LC-фильтра, реактора и тиристорного моста с коммутирующими конденсаторами, диодом, соединяющим шины питания тиристорного моста и блоком формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего узла, имеющего вход синхронизации и вход управления [3]
Однако система электроснабжения, постоянная на базе устройства [3] обладает большой инерционностью, обусловленной тем, что компенсация избыточной реактивной мощности коммутирующих конденсаторов в этой системе осуществляется компенсатором выпрямительно-реактивного типа, что ограничивает возможность использования таких систем электроснабжения при больших мгновенных перепадах нагрузки, приводящих к снижению угла запирания меньше допустимого значения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является система для электроснабжения, состоящая из N тиристорных преобразователей, объединенных по входу и выходу, каждый из которых состоит из последовательно соединенных регулятора постоянного напряжения с блоком управления, имеющим управляющий вход, LC-фильтра, реактора, тиристорного моста с коммутирующими конденсаторами и блоком формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего узла, имеющего вход синхронизации и вход управления, причем входы синхронизации всех фазосдвигающих узлов подключены к выходу задающего генератора, а также 2•(N-1) диодов и компенсирующих реакторов таких, что отрицательный входной вывод первого тиристорного моста соединен с положительными входными выводами остальных тиристорных мостов, а положительный входной вывод первого тиристорного моста соединен с отрицательными входами остальных тиристорных мостов цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных компенсирующего реактора и диода, включенного в непроводящем направлении по отношению к полярности входных выводов соответствующих тиристорных мостов [4]
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности устройства электроснабжения и расширение функциональных возможностей преобразователей, входящих в состав этого устройства. Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в том, что оно обеспечивает одинаковые функциональные возможности входящих в его состав преобразователей. Это свойство повышает надежность системы электроснабжения с перестраиваемой структурой в связи с тем, что любой из преобразователей может работать в любом из трех режимов: инвертирования, компенсации и резерва.

Указанная задача решается тем, что в систему энергоснабжения, содержащую N тиристорных преобразователей, объединенных по входу и выходу, каждый из которых состоит из последовательно соединенных регулятора постоянного напряжения с блоком управления, имеющим управляющий вход, LC-фильтра, реактора, тиристорного моста с коммутирующими конденсаторами и блоком формирования управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего узла, имеющего вход синхронизации и вход управления, причем входы синхронизации всех фазосдвигающих узлов подключены к выходу задающего генератора, а также 2•(N-1) диодов, дополнительно введены диоды и компенсирующие реакторы так, что отрицательный входной вывод каждого тиристорного моста соединен с положительными входными выводами остальных тиристорных мостов, а положительный входной вывод каждого тиристорного моста соединен с отрицательными входами остальных тиристорных мостов цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных компенсирующего реактора и диода, включенного в непроводящем направлении по отношению к полярности входных выводов соответствующих тиристорных мостов.

На фиг. 1 представлена схема системы электроснабжения, фиг. 2 и 3 поясняют принцип ее работы.

Система содержит N объединенных по входу и выходу тиристорных преобразователей, каждый из которых содержит регулятор постоянного напряжения 1.i с блоком управления 2.i, имеющим управляющий вход 3.i, LC-фильтр 4.i, тиристорный мост 5.i с блоком формирования управляющих импульсов 6.i, реактором 7.i и батарею коммутирующих конденсаторов 8.i, фазосдвигающий узел 9.i с входом 10. i синхронизации и входом 11.i управления. В состав сети тиристорных преобразователей входят также компенсирующие реакторы 12.1.12.N•(N-1), диоды 13.1, 13. N•(N-1), а также общий задающий генератор 14. Тиристорный мост построен на тиристорах 15.i^oC20.i. Батарея коммутирующих конденсаторов 8.i включает конденсаторы 21.i, 22.i, 23.i, которые могут быть соединены параллельно, последовательно или последовательно-параллельно с нагрузкой. В отличие от прототипа все преобразователи равномерны, т.е. каждый из них может работать как в режиме инвертирования, так и в режиме компенсации избыточной реактивной мощности коммутирующей конденсаторной батареи. Измерение режима приводится подачей необходимых управляющих воздействий на управляющие входы 3.i и 11.i соответственно блока 2.i управления и фазосдвигающего узла 9.i.

Импульсы управления на все мосты подаются через фазосдвигающие узлы 9.i от общего задающего генератора 14. Для перевода i-го преобразователя в режим компенсации необходимо запереть его регулятор 1.i постоянного напряжения воздействием на управляющий вход 3.i и подачей сигнала на вход управления 11.i фазосдвигающего узла 9.i, сдвинуть импульсы управления соответствующего тиристорного моста в сторону опережения на 60 эл. градусов.

На фиг. 2 и фиг. 3 поясняют компенсационные процессы, протекающие в сети тиристорных преобразователей.

Устройство работает следующим образом: на фиг. 2 показаны модуль i, работающий в режиме инвертирования, и 1-ый модуль, работающий в режиме компенсации избыточной реактивной мощности коммутирующих конденсаторов 21.1, 22.1, 23.1-21.N, 22.N, 23.N. В интервале (t₀:t₁) между коммутациями тиристоров модуля i проводят ток тиристоры 17.i и 16.i (тиристоры 15.i, 18.i, 19.i, 20. i в этом интервале выключены), в результате чего коммутирующие емкости 21, 22, 23, образующие конденсаторные батареи 8.1-8.N, заряжаются с полярностью, указанной на фиг. 2. В момент t₁ включается тиристор 19.i (фиг. 3), что приводит к выключению тиристоров 17.i, а конденсаторы 22.1^oC22.N перезаряжаются через реакторы 12.i по цепи, включающей тиристоры 18.1, диод 13. i, реактор 12.i, тиристор 19.i (остальные тиристоры 15.i, 18.i, 20.i, 15.1, 16.1, 17.1, 19.1, 20.1 выключены). В результате избыточная реактивная мощность коммутирующих конденсаторов передается из одной фазы в другую, как это имеет место в трехдроссельной схеме инвертора тока с неуправляемым диодным компенсатором [5]
Перевод 1-го преобразователя из режима компенсации в режим инвертирования производится в обратном порядке. На управляющий вход 11.1 фазосдвигающего узла 9.1 подается сигнал на перемещение импульсов управления, генерируемых генератором 14 и поступающих на вход 10.1 фазосдвигающего узла 9.1, в сторону отставания до совмещения по фазе с импульсами управления тиристорами мостов, работающих в режиме инвертирования. Импульсы управления с выхода фазосдвигающего узла 9.1 через блок формирования 6.1 поступают на управляющие электроды тиристоров 15.1^oC20.1 моста 5.1. Затем на управляющий вход 3.1 блока 2.1 управления подается сигнал отпирания тиристоров регулятора 1.1, восстанавливающий питающее напряжение инвертора, которое через фильтр 4.1 и реактор 7.1 поступает на вход тиристорного моста 5.1.

Предлагаемое устройство предоставляет возможность повышения К.П.Д. системы на повышенных и регулируемых частотах за счет оперативной адаптации структуры устройства к изменяющимся параметрам нагрузки по критерию минимума потерь, кроме того оно обладает высокой надежностью благодаря новым межмодульным связям, обеспечивающим полную взаимозаменяемость преобразовательных модулей по выполняемым ими функциям.

Список используемых источников
1. Авторское свидетельство СССР N 896724, кл. H 02 M 7/515. Опубл. БИ N 1, 1982 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 156230, кл. H 02 M: 7/515 Опубл. БИ N 15, 1963 г.

3. Авторское свидетельство СССР N 1069101, кл. H 02 M 7/515. Опубл. БИ N 3, 1984 г.

4. Авторское свидетельство СССР N 1815773, кл. H 02 M 7/515. Опубл. БИ N 18, 1993 г.

5. Кантер И.И. Введение в статику и динамику вентильных преобразователей частоты, Саратов, 1970, 168 с.

Использование: система электроснабжения предназначена для организации электроснабжения на частотах, отличающихся от общепромышленной частоты 50 Гц. Сущность изобретения: задачей изобретения является повышение надежности устройства электроснабжения. Это достигается тем, что в сеть, содержащую N объединенных по входу и выходу тиристорных преобразователей, дополнительно введены электрические цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные компенсирующий реактор и разделительный диод, включенный в непроводящем направлении по отношению к полярности входов соответствующих тиристорных мостов, причем отрицательный вход каждого тиристорного моста соединен данными цепями с положительными входами остальных тиристорных мостов, а положительный вход каждого тиристорного моста соединен указанными цепями с отрицательными входами остальных тиристорных мостов. 3 ил.

Система электроснабжения, содержащая N тиристорных преобразователей, объединенных по входу и по выходу, каждый из которых состоит из последовательно соединенных регулятора постоянного напряжения с блоком управления, имеющим управляющий вход, LC-фильтра, реакторного и тиристорного моста с коммутирующими конденсаторами и блоком формирования управляющих импульсов, входом соединенным с выходом фазосдвигающего узла, имеющего вход синхронизации и вход управления, причем входы синхронизации всех фазосдвигающих узлов подключены к входу задающего генератора, а также 2 (N - 1) диодов, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными диодами и компенсирующими реакторами, отрицательный входной вывод каждого тиристорного моста соединен с положительными входными выводами остальных тиристорных мостов, а положительный входной вывод каждого тиристорного моста соединен с отрицательными входными выводами остальных тиристорных мостов цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных компенсирующего реактора и диода, включенного в непроводящем направлении по отношению к полярности входных выводов соответствующих тиристорных мостов.