МИНИМИЗАТОР ТОКОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ ТИРИСТОРНОГО РЕГУЛЯТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования реактивной мощности трехфазных резкопеременных нагрузок промпредприятий, например дуговых сталеплавильных печей, с помощью статических тиристорных компенсаторов (СТК).

Известны устройства-минимизаторы токовой погрешности СТК, состоящие из системы импульсно-фазового управления (СИФУ), воздействующей на тиристорный "ключ" переменного тока (ТК), выполненный конструктивно в виде двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно, образующий с линейным электрическим реактором (ЛЭР) (катушкой индуктивности) последовательную электрическую цепь, подключенную между двумя фазами питающей сети, ток которой через трансформатор тока подается на вход блока обратной связи, выход которого подключен к инвертирующему входу первого сумматора, на неинвертирующий вход которого подается входной сигнал минимизатора, а выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, на второй вход которого поступает входной сигнал минимизатора, при этом выход второго сумматора соединен с входом СИФУ [1] Однако эти устройства обладают низкой динамической точностью из-за ограничения "петлевого усиления" в контуре "СИФУ блок обратной связи интегратор" в связи с требованием абсолютной устойчивости как системы с обратной связью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является минимизатор токовой погрешности СТК, содержащий СИФУ, воздействующую на ТК, выполненный конструктивно в виде двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно, образующий с линейным реактором последовательную электрическую цепь, подключенную между двумя фазами питающей сети, ток которой через трансформатор тока подается на вход блока обратной связи, в качестве которого используется датчик амплитуды реактивного тока, выход которого подключен к инвертирующему входу первого сумматора, на неинвертирующий вход которого подается входной сигнал минимизатора, а выход первого сумматора через интегратор соединен с первым входом второго сумматора, на второй вход которого поступает входной сигнал минимизатора, при этом выход сумматора соединен с входом СИФУ [2]
Недостатками этого устройства являются повышенная сложность конструкции блока обратной связи, поскольку датчик амплитуды реактивного тока для точной работы требует введения сложных цепей синхронизации и коррекции начального смещения, а также низкий запас устойчивости в замкнутом контуре при обеспечении необходимой динамической точности.

Подтвердим сказанное следующими расчетами. Для этого воспользуемся функциональной схемой устройства-прототипа, где передаточная функция H₁(p) описывает динамические свойства линеаризованной по первой гармонике системы "СИФУ ТК ЛЭР".

где i_вых(p), i_x(p) операторные изображения огибающих реактивного тока ЛЭР и входного сигнала СИФУ,
K_i коэффициент усиления по току,
T отрезок времени, равный полупериоду сетевого напряжения.

Передаточная функция H₂(p) описывает динамические свойства датчика реактивного тока, в данном случае "циклического интегратора". Ее вид также известен [3]

Передаточная функция интегратора H_и(p) равна

где t -постоянная времени интегрирования.

Тогда передаточная функция H_Σ(p) минимизатора запишется как
.

Анализ знаменателя функции передачи H_Σ(p) показывает, что уже на частоте 25 Гц соблюдается фазовое условие неустойчивости контура обратной связи - равенство "минус" 180^o эл. суммарного фазового набега, создаваемого тремя передаточными функциями H₁(p), H₂(p), H_и(p). При этом граничное значение t по амплитудному условию критерия устойчивости Найквиста равно

(В расчете учтено, что на частоте 25 Гц модуль передаточной ф-ии равен так же как и ) Из формулы (1) и физических соображений следует, что выбирать надо много больше τ_гр, чтобы обеспечить и устойчивость системы в целом, и снизить влияние блока обратной связи на динамическую точность управления выходным током.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции минимизатора токовой погрешности тиристорного регулятора реактивной мощности, повышение запаса устойчивости его работы как системы с обратной связью и повышение динамической точности.

Поставленная цель достигается тем, что в минимизаторе токовой погрешности СТК в качестве блока обратной связи используется двухполупериодный выпрямитель, а между входным зажимом минимизатора и неинвертирующим входом первого сумматора включен функциональный преобразователь (ФП), обеспечивающий соответствие между входным сигналом минимизатора и средним значением выходного тока в соответствующем масштабе. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 определенная функциональная связь в относительных единицах между входным и выходным сигналами ФП. Укажем также, что входной сигнал минимизатора определен как величина 1-й (основной) гармоники выходного тока (или тока ЛЭР).

Минимизатор токовой погрешности СТК содержит СИФУ, состоящую из линеаризатора 1 статической характеристики тиристорно-реакторной цепи по 1-й гармонике, управляемого и синхронизированного с напряжением сети генератора импульсов 2, открывающего с необходимым углом управления тиристорные ключи 3, соединенные последовательно с линейным реактором 4, ток которого через трансформатор тока 5 подается на вход двухполупериодного выпрямителя 6, выход которого соединен с инвертирующим входом первого сумматора 7, выход которого через интегратор 8 подключен к первому входу второго сумматора 9, выход которого подключен к входу линеаризатора 1 СИФУ, а второй вход которого соединен с входом минимизатора, который, в свою очередь, через функциональный преобразователь 10 соединен с неинвертирующим входом первого сумматора 7. Звено 10 с коэффициентом К_ф, нелинейно зависящим от входного сигнала, легко строится на двух или трех прецизионных ограничителях с зонами нечувствительности, выбранными из графика фиг. 2.

Предлагаемый минимизатор токовой погрешности СТК работает следующим образом.

На вход минимизатора поступает сигнал, пропорциональный по величине требуемому значению тока 1-й гармоники реактора 4. Проходя непосредственно через сумматор 9, линеаризатор 1, он вызывает появление импульсов управления тиристорами 3 на выходе генератора 2, причем угол управления тиристорами соответствует расчетному значению тока 1-й гармоники реактора 4. С помощью трансформатора тока 5 и двухполупериодного выпрямителя 6 выходной ток (ток реактора) трансформируется в монополярный сигнал напряжения, среднее значение которого сравнивается с выходным сигналом функционального преобразователя 10, соответствующего по определению расчетному среднему значению тока реактора. И, если фактическое среднее значение тока реактора отличается от расчетного, на выходе интегратора 8 появляется сигнал соответствующего знака и величины, чтобы свести к нулю ошибку рассогласования между расчетным и фактическим значениями тока реактора. Коэффициент передачи К_ф преобразователя 10 должен быть таким, чтобы между его выходным и входным сигналами в относительных единицах выдерживалась зависимость, показанная на фиг. 2. Как видно, она практически линейна и достаточно всего двух кусочно-линейных участков аппроксимации этой кривой, чтобы получить относительную погрешность преобразования не более 1% что на практике сравнительно просто реализуется на двух операционных усилителях [4]
Передаточная функция H*Σ

(p) предлагаемого устройства запишется следующим образом:

где H₁(p) передаточная функция тиристорно-реакторной цепи с СИФУ;
K_i коэффициент масштабирования (усиления) тока реактора к входному сигналу;
K_ф коэффициент формы тока реактора.

Анализ комплексной функции знаменателя передаточной функции H*Σ

(p) показывает, что фазовое условие критерия устойчивости Найквиста замкнутой системы (минус 180^o эл. ) выполняется на частоте 50 Гц, а не 25 Гц, как у прототипа, при этом граничное значение t_гр интегратора 8, найденное из амплитудного условия критерия Найквиста, составит 0,0025 с.

Таким образом, положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается как за счет повышения запаса устойчивости замкнутой системы регулирования тока ввиду уменьшения суммарного фазового набега по сравнению с прототипом, так и более простой реализацией, чем прототипа, поскольку чисто статические устройства функциональный преобразователь 10 и двухполупериодный выпрямитель 6 ("диодный мостик") не выполняют усложненных динамических операций синхронизации, интегрирования и т.п. присущих датчику амплитуд реактивного тока, используемому в прототипе.

Изобретение относится к системам регулирования реактивной мощности трехфазных резкопеременных нагрузок промпредприятий, например дуговых сталеплавильных печей, с помощью статических тиристорных компенсаторов (СТК), включающих в себя линейные реакторы, подключенные на шины питающей сети через тиристорные ключи переменного тока с системой импульсно-фазового управления. Целью изобретения является упрощение конструкции минимизатора токовой погрешности СТК, повышение запаса устойчивости его работы как системы с обратной связью и повышение динамической точности. Поставленная цель достигается тем, что в минимизаторе токовой погрешности, содержащем блок обратной связи, включенный между трансформатором тока в цепи соответствующего реактора и инвертирующим входом сумматора, выходом через интегратор соединенного с вторым входом второго сумматора, включенного между входной клеммой минимизатора и системой фазоимпульсного управления соответствующего тиристорного ключа, в качестве блока обратной связи используется двухполупериодный выпрямитель, а между входным зажимом минимизатора и неинвертирующим входом первого сумматора включен функциональный преобразователь, обеспечивающий соответствие между входным сигналом минимизатора и средним значением выходного тока в соответствующем масштабе. 2 ил.

Минимизатор токовой погрешности тиристорного регулятора реактивной мощности, включающего в себя линейные реакторы, подключенные на шины питающей сети через тиристорные ключи переменного тока с системой импульсно-фазового управления, содержащий блок обратной связи, входом подключенный к трансформатору тока в цепи соответствующего реактора, а выходом к инвертирующему входу первого сумматора, неинвертирующий вход которого связан с входным зажимом минимизатора, а выход через интегратор соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к входному зажиму, а выход к входу системы фазоимпульсного управления соответствующего тиристорного ключа, отличающийся тем, что в него введен функциональный преобразователь, преобразующий входной сигнал минимизатора в среднее значение тока реактора соответствующего масштаба, в качестве блока обратной связи использован двухполупериодный выпрямитель, причем функциональный преобразователь включен между входным зажимом минимизатора и неинвертирующим входом первого сумматора.