УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2003 года по МПК G05F1/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования напряжения и устройства параллельной работы синхронных генераторов в передвижных электрических станциях.

Известно устройство для регулирования переменного напряжения, состоящее из трансформатора с секционированной первичной обмоткой, все секции которой снабжены последовательно соединенными ключами и зашунтированы ключами. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включены датчик нулевого тока и ключ. Пара ключей каждой секции управляется соответствующими триггерами и элементами НЕ, которые управляются при помощи блока задания, дешифратора, коммутатора и элемента ИЛИ (авторское свидетельство СССР N 1606965 от 15.7.1990 г.).

Недостатком данного устройства является то, что схема не обеспечивает регулирование и распределение реактивной мощности при параллельной работе.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Цель изобретения достигается тем, что в устройство дополнительно введены реверсивный счетчик с предварительной записью и дифференциатор, выпрямитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, компаратор, формирователь импульсов, схемы НЕ, две трехвходовые схемы И, реверсивный счетчик, генератор стабильных импульсов, позволяющие изменять число витков фазной обмотки синхронного генератора при изменении характера нагрузки параллельно работающих электроустановок и управляемые с универсального устройства распределения реактивной мощности, принцип действия которого основан на выделении и измерении разностных сигналов тока и напряжения генератора и параллельно работающей электроустановки и выдающего сигнал на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика и соответственно изменяющего выходной код, состоящего из двух блоков выделения разностных сигналов, трех двухвходовых схем И, двух схем НЕ, генератора стабильных импульсов, двух счетчиков, задающего регистра, двух компараторов, линии задержки, двух щестивходовых схем И. Блоки выделения разностных сигналов состоят их двух формирователей прямоугольных импульсов, двух дифференциаторов, триггера и схемы "исключающее ИЛИ" и получают сигналы с датчиков тока и датчиков напряжения, включенных на одноименные фазы выводов "сеть" и "генератор".

Изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5. На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - схемы блоков выделения разностных сигналов; на фиг.3-5 - временные диаграммы различных режимов, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из секционированной фазной обмотки генератора GL1... GL1-N, последовательно с каждой секцией которой включены ключи 1-4, и их выводы зашунтированы ключами 5-8. Управление ключами 1-4 осуществляется непосредственно с выходов реверсивного счетчика 13, a ключами 5-8 - через схемы НЕ 9-12. К входам реверсивного счетчика 13 подключены выходы схем И 14-15, входы которых соединяются с генератором стабильных импульсов 16, с первым и вторым выходами компаратора 17, с выходом формирователя импульсов 18 через схему НЕ 19, который получает питание от трансформатора TV1 через выпрямительный мост UZ. Одновременно с выпрямительного моста UZ через фильтр 20 напряжение поступает на измерительный вход аналого-цифрового преобразователя 21, выходы которого соединены с входами А компаратора 17. На входы В компаратора 17 включен реверсивный счетчик 22 с предварительной записью с задающего регистра 23 и дифференциатора 24. Последовательно с секционированной обмоткой GL1...GL1-N перед автоматическим выключателем QF1 "генератор" включен датчик тока, состоящий из двух включенных встречно-параллельно диодов VD1-VD2, с которых сигнал поступает на 3 и 4 входы блока выделения разностных сигналов 25, на входы 1 и 2 которого поступает сигнал с датчика напряжения, состоящего из трансформатора TV1, первичная обмотка которого включена на фазное напряжение. После автоматического включателя QF2 "сеть" в одноименную фазу включен датчик тока, состоящий из двух включенных встречно-параллельно диодов VD3 и VD4, сигнал с которых поступает на входы 3 и 4 блока выделения разностных сигналов 26, на входы 1 и 2 которого поступает сигнал с датчика напряжения, состоящего из трансформатора TV2, первичная обмотка которого включена на одноименное фазное напряжение. Блоки выделения разностных сигналов 25 и 26 (фиг.2) аналогичны по устройству и состоят из формирователей прямоугольных импульсов 27, 28 и 33, 34, выходы которых соединены с входами дифференциаторов 29, 30 и 35, 36, выходы которых подключены к входам триггера 31 и 37, и с входами схемы "исключающее ИЛИ" 32 и 38. Первый выход блока выделения разностных сигналов 26 включен на пятый вход схемы И 39, второй выход включен на первый вход схемы И 40 и на вход схемы НЕ 41. Первый выход блока выделения разностных сигналов 25 включен на четвертый вход схемы И 42, второй выход включен на второй вход схемы И 43 и на вход схемы НЕ 44. Выходы схем НЕ 41 и 44 включены на входы схемы И 45, выход которой включен на третий вход схемы И 39, второй вход схемы И 42 и через линию задержки 46 на сбросовые входы счетчиков 47 и 48. Схема И 40 подготавливается к работе по второму входу генератором стабильных импульсов 49, выход схемы И 40 включен на счетный вход счетчиков 47. Считанный код с выходов счетчика 47 поступает на входы А компаратора 50, первый вход которого соединен с первым входом схемы И 39, а второй выход соединен с третьим входом схемы И 42. Схема И 43 подготавливается к работе по первому входу генератором стабильных импульсов 49, выход схемы И 43 включен на счетный вход счетчика 48. Считанный код с выходов счетчика 48 поступает на входы А компаратора 51 и на входы В компаратора 50. На входы В компаратора 51 поступает код с задающего регистра 52. Выход с компаратора 51 соединен с третьим входом схемы И 42 и вторым входом схемы И 39. Выход схемы И 39 включен на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, а выход схемы И 42 включен на вычитающий вход реверсивного счетчика 22.

Устройство работает следующим образом.

При автономной работе синхронного генератора нагрузка подключается к фидеру "генератор", при этом автоматический выключатель QF1 замкнут, a QF2 - разомкнут. С датчиков тока VD3-VD4 и напряжения TV2 сигналов на блок выделения разностных сигналов 26 не поступает, следовательно сигналы Х13, Х14 на реверсивный счетчик 17 не поступают, код на выходе его не изменяется и регулирование напряжения происходит без учета характера нагрузки, только по величине отклонения напряжения. С задающего регистра 23 код заданного напряжения записывается в реверсивный счетчик 22, а так как код, записанный в счетчик 22, не меняется, то он работает как задающий регистр. Код с выходов реверсивного счетчика 22 поступает на входы В компаратора 17. В аналого-цифровом преобразователе 21 с датчика напряжения TV1 через выпрямитель UZ и фильтр 20 формируется код, соответствующий существующему напряжению генератора. С выходов аналого-цифрового преобразователя 21 код поступает на входы А компаратора 17, где сравнивается с кодом, записанным со счетчика 22. Если код напряжения генератора меньше заданного со счетчика 22, то на втором выходе компаратора 17 появится высокий уровень, который подготовит к работе схему И 15 по третьему входу. Генератор стабильных импульсов 16 готовит схему И 15 к работе по первому входу. При прохождении синусоиды напряжения через ноль на выходе схемы НЕ 19 появится высокий уровень, который поступает на второй вход схемы И 15. На выходе схемы И 15 появятся импульсы, поступающие на суммирующий вход реверсивного счетчика 13. На выходе реверсивного счетчика 13 появится код, поступающий на схему НЕ 12, которая подает сигнал на отключение ключа 8 и включение ключа 4. Последовательно с обмоткой СL1 оказывается включенной обмотка GL1-1. Переключение обмоток будет происходить до тех пор, пока напряжение генератора и, соответственно, код на входах А компаратора 17 не сравняется с кодом на входах В компаратора 17, поступающего со счетчика 22. Если код на входах А компаратора 17 будет больше кода на входах В, то на первом выходе компаратора 17 появится высокий уровень, который подготовит к работе схему И 14 по первому входу. Генератор стабильных импульсов 16 готовит схему И 14 по третьему входу. При прохождении синусоиды напряжения через ноль на выходе схемы НЕ 19 появится высокий уровень, который поступит на второй вход схемы И 14. На выходе схемы И 14 появятся импульсы, поступающие на вычитающий вход реверсивного счетчика 13. Код на выходе реверсивного счетчика 13 начнет уменьшаться и будет происходить последовательное отключение обмоток генератора до тех пор, пока напряжение генератора и соответственно код на входах А компаратора 17 не сравняется с кодом на входах В компаратора 17, поступающего со счетчика 22.

При параллельной работе синхронного генератора с другой электроустановкой она подключена к фидеру "сеть", при этом автоматические выключатели QF1 и QF2 замкнуты, а нагрузка подключена к фидеру "генератор". С датчика тока VD1-VD2 и датчика напряжения TV1 поступают сигналы на блок выделения разностных сигналов 25, а с датчика тока VD3-VD4 и датчика напряжения TV2 поступают сигналы на блок выделения разностных сигналов 26.

Сигнал от датчика тока VD1-VD2 поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов 34 блока выделения разностных сигналов 25, где положительная полуволна тока преобразуется в прямоугольный импульс X18 и подается на второй вход схемы "исключающее ИЛИ" 38, на выходе которой появляется высокий уровень Х9 и на вход дифференциатора 36, с выхода которого сигнал X18' поступает на S-вход триггера 37. При появлении запаздывающего сигнала напряжения от датчика напряжения TV1 на входе формирователя прямоугольных импульсов 33 на его выходе появляется прямоугольный импульс Х17, поступающий на первый вход схемы "исключающее ИЛИ" 38, на выходе которой уровень сигнала Х9 изменится на низкий, и на вход дифференциатора 35, с выхода которого сигнал X17' поступает на R-вход триггера 37. На инверсном выходе триггера 37 появится высокий уровень Х8. При прекращении импульса типа X18 на выходе схемы "исключающее ИЛИ" 38 вновь появится высокий уровень Х9.

Блок выделения разностных сигналов 26 работает аналогично блоку 25, но получает сигналы от датчиков тока VD3 и VD4 и датчика напряжения TV2.

В случае увеличения реактивной мощности на генераторе (фиг.3) время опережения током напряжения увеличивается, так как увеличивается угол между ними. На втором выходе блока выделения разностных сигналов 25 появляется высокий уровень Х9, который подготовит к работе по второму входу схему И 43, с выхода которой импульсы Х10 поступят на вход счетчика 48. Сигнал Х9 поступает на вход схемы НЕ 44, на выходе которой появится низкий уровень Х6. Считанный код Х11 со счетчика 48 поступит на входы А компаратора 51 н на входы В компаратора 50. В компараторе 51 код Х11 сравнится с кодом с задающего регистра 52, поступающего на входы В компаратора 51. В задающем регистре 52 записано предельно допустимое значение разности появления импульсов тока и напряжения, что соответствует cosϕ.

Код, записанный в задающем регистре 52, будет больше кода Х11, поступающего со счетчика 48, следовательно, на выходе компаратора 51 появится высокий уровень X12, который подготовит к работе схему И 42 по пятому входу и схему И 39 по второму входу. Одновременно со второго выхода блока выделения разностных сигналов 26 появится высокий уровень Х2, который подготовит к работе по первому входу схему И 40, с выхода которой импульсы Х3 поступят на вход счетчика 47.

Сигнал Х2 поступит на вход схемы НЕ 47, на выходе которой появится низкий уровень Х5. На входах схемы И 45 сигналов Х5, Х6 не будет, следовательно, на выходе схемы И 45 будет низкий уровень Х7. Считанный код Х4 со счетчика 47 поступит на входы А компаратора 50. Код Х11, поступивший на входы В компаратора 50, будет больше кода Х4, следовательно, на втором выходе компаратора 50 появится высокий уровень Х11', который подготовит к работе схему И 42 по третьему входу. С приходом сигналов напряжения на блоки выделения разностных сигналов 25 и 26 на их выходах появятся высокие уровни X1 и Х8. Высокий уровень X1 подготовит к работе схему И 39 по пятому входу и схему И 42 по шестому входу, а высокий уровень Х8 подготовит к работе схему И 39 по шестому входу и схему И 42 по четвертому входу. На вторых выходах блоков выделения разностных сигналов 25 и 26 сигналы Х2 и Х9 пропадают. На выходах схем НЕ 41 и 44 появятся высокие уровни Х5 и Х6, поступающие на вход схемы И 45, на выходе которой появится высокий уровень Х7, свидетельствующий об окончании разностных импульсов Х2 и Х9 и дающий разрешение на включение схемы И 39 по третьему входу и схемы И 42 по второму входу. Сигнал Х7 через линию задержки 46 поступит на сбросовые входы счетчиков 47 и 48. Схема И 42 начнет выдавать импульсы X14 на вычитающий вход реверсивного счетчика 22, код на его выходе уменьшится и схема регулирования напряжения уменьшит напряжение генератора, уменьшив число последовательно включенных витков обмотки генератора.

При разном распределении реактивной мощности (фиг.4) между генератором и электроустановкой коды Х11 и Х4, поступающие на входы А и В компаратора 50, будут равны, следовательно, с выходов схем И 39, И 42 импульсы Х13 м X14 поступать на вычитающий или суммирующий входы реверсивного счетчика 22 не будут.

При увеличении реактивной мощности на параллельно включенной электроустановке (фиг. 5) на выходах счетчика 47 код Х4 будет больше кода Х11 со счетчика 48. На первом выходе компаратора 50 появится высокий уровень Х4', который подготовит к работе по первому входу схему И 39, с выхода которой импульсы Х13 поступят на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, код на его выходе возрастет и схема регулирования напряжения увеличит напряжение генератора, увеличив число последовательно включенных витков обмотки генератора.

На фиг.1 показана схема регулирования напряжения для одной фазы генератора (для фазы А).

Таким образом, предлагаемое универсальное устройство распределения реактивной мощности позволяет автоматически перераспределить реактивную мощность между параллельно работающими электроустановками, а также регулировать напряжение при автономной работе генератора, что расширяет функциональные возможности и удобство эксплуатации.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования напряжения и устройствах параллельной работы синхронных генераторов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Устройство состоит из секционированной фазной обмотки генератора GL1... GL1-N, ключей 1-8, реверсивного счетчика 13, схем НЕ 9-12, схем И 14-15, генератора стабильных импульсов 16, компаратора 17, формирователя импульсов 18, схемы НЕ 19, выпрямительного моста UZ, фильтра 20, аналого-цифрового преобразователя 21, реверсивного счетчика 22, задающего регистра 23, дифференциатора 24, автоматических выключателей QF1 и QF2, датчиков тока VD1-VD2 и VD3-VD4, блоков выделения разностных сигналов 25 и 26, датчиков напряжения TV1 и TV2, схем И 39 и 42, схем И 40 и 43, схем НЕ 41 и 44, схем И 45, 39, линии задержки 46, счетчиков 47 и 48, генераторов стабильных импульсов 49, компараторов 50 и 51, задающего регистра 52. 5 ил.

Универсальное устройство распределения реактивной мощности, состоящее из секционированной фазной обмотки, соединенной двумя группами ключей, управление которыми осуществляется с выходов реверсивного счетчика 13, последовательно с секционированной обмоткой перед автоматическим выключателем "генератор" включен датчик тока, после автоматического выключателя ''сеть'' включен другой датчик тока, кроме того, устройство содержит два датчика напряжения, включенные на одноименные фазы выводов "сеть" и "генератор", датчики напряжения и тока подключены к соответствующим входам блоков выделения разностных сигналов 25 и 26, на соответствующие выходы которых подключены схемы И 40 и 43, а также схемы НЕ 41 и 44, выходы схем И 40 и 43 подключены к счетчикам 47 и 48 соответственно, сигналы с которых поступают на соответствующие компараторы 50 и 51, выходы схем НЕ 41 и 44 подключены к соответствующим входам схемы И 45 и через линию задержки на сбросовые входы счетчиков 47 и 48, генератор стабильных импульсов подключен к счетным входам этих же счетчиков через схемы И 40 и 43, сигналы с компараторов 50 и 51, генератора стабильных импульсов, схемы И 45, блоков выделения разностных сигналов 25, 26 поступают через схемы И 39 и 42 на реверсивный счетчик 22, к входам которого также подключены задающий регистр и дифференциатор, входы компаратора 17 соединены с реверсивным счетчиком и аналого-цифровым преобразователем, который подключен через фильтр и выпрямительный мост к датчику напряжения, к реверсивному счетчику 13 подключены схемы И 14 и 15, соединенные с генератором стабильных импульсов, компаратором 17 и формирователем импульсов через схему НЕ 19, включением или отключением секционированных фазных обмоток перераспределяется реактивная мощность и регулируется напряжение.