Регулируемое устройство для симметрирования тока трехфазной нагрузки Советский патент 1983 года по МПК H02J3/26 

Из эьретение относится к электро технике и может быть использовано промыиыенных предприятиях с недетер мированными по фазам несимметричным нагрузками. Известны устройства для симметрирования тока трехфазных нагрузок содержащие реактивные элементы (кон денсаторы и реакторы), присоединен ные к фазн{а1м зажимам трехфазной питающеЯ сети с несимметричной нагру Кой П 3- 2 и ГЗ}. ; Недостатком данных устройств яв ляется их ориентация на детермированность характера несимметрии (на пример, опытное определение более нагруженных фаз), что в общем случ Позволяет упростить схему симметрирующего устройства, однако значител но снижает егофункциональные возможности, не позволяет -использовать )а сетях с несколькими распределенны ми по фазам, независимС во времени работающими несимметричными.нагрузt aMH. Кроме того, в устройствах для римметрирования тока сети в система автоматического регулирования в качестве датчиков регулируемого параМетра, как правило, используют дат ики активной и реактивной мощносте либо, датчики прямой и обратных последов.ательностей напряжения питаю-г Щей сети, что усложняет регуляторы Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство три конденсаторных бата,реи и три регулируемых реактора для присоединения между фазными зажимами питающей сети параллельно соответствующим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причем мощность конденсаторов выбрана в V3 раз меньшей максимально возможной активной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей, три индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами 4. В известном устройстве предусмат ривается настройка колебательных контуров с учетом фазовых сдвигов входных токов сети, что представляе собой достаточно сложную практическую проблему, значительно усложняет систему автоматического регулирования и силовую схему устройства, содержащую ступенчато-переключаемые батареи конденсаторов и непрерывно управляемые по величине индуктивнос тей реакторы. Кроме того, точность регулирования недостаточна, а устройство является медленно действующим . Цель изобретения - повышение точ ности, быстродействия и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для симметрировавша тока трехфазной нагрузки, содержащем три конденсаторных батареи и три регулируемых реактора для присоединения между фазными зaжимa ш питающей сети параллельно соответствующим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причем мощность конденсаторов выбрана в /3 раз меньщей максимально возможной мощности несим1/ етрии активной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей и три индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами, в качестве регулируемых реакторов использованы линейные реакторы, мощность которых в два раза больше мощности конденсаторных батарей в качестве исполнительных органов регуляторов тока - тиристррные регуляторы, а система- управления каждого из тиристорных регуляторов содержит блоки пропорционального преобразования, сумматор, компаратор и генератор пилообразного напряжения, причем выход датчика тока соответствующей регулятору конденсаторной батареи подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1, выход датчика тока нагрузки последующей фазы подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1/Уэ, выход датчика тока нагрузки предыдущей фазы - к входу блока пропорционального преобразования о коэффициентом , выходы блоков пропорционального преобразования подключены ко входам сумматора, выход которого соединен со входом компаратора, ко второму входу которого подключен выход генератора пилообразного напряжения, а выход компаратора соединен с блоком формирования управляющих импульсов, На фиг.1 Приведена принципиальная схема включения нагрузок, реактивных элемештов регуляторов предлагаемого устройства на фиг,2 - функциональные схемы регуляторов и узла информации; на фиг.3 - векторные диаграммы для рассматриваемого режима работы и поясняющие принцип выбора датчиков индивидуальных регуляторов. Hci фиг.1 и 2.изображены однофазные нагрузки 1-3, нерегулируемые конденсаторные батареи 4-6 и линейные реакторы 7-9, последовательно с реакторами включены пары параллельновстречных тиристоров 10--12, являющиеся исполнительными органами индивидуальных регулято-ров тока. Датчиками сигналов управления регуляторов являются трансформаторы 13-18 тока, установленные в ветвях нагрузок 1-3 и конденсаторных батарей 4-6. Сигналы от датчиков тока поступают на системы },9--21 управленияиндивидуальных регуляторов тока. Величина тока сети и их симметрия контролируется приборами блока 22. Системы 19-21 управления состоят и-з блоков 23-25 пропорционального преобразования сумматора 26, генератора 27 пилообразного напряжения , блок 28 формирования управляющих импульсов тиристоров и компаратора 29. На блок 22 поступают сигналы от датчиков 30-32 тока.

Устройство работает следующим образом. Так как установленная мощность реакторов в два раза превышает установленную мощность конденсаторов, то изменением (увеличением) тока реакторов от нуля (при полностью закрытых тирист-орах) до-максимального (при полностью открытых тиристорах) обеспечивается плавное непрерывное изменение величины суммарного входного тока каждого контура конденсатор - реактор от максимального емкостного для максимального индуктивного. Соответствующее распределение величины и характера тока в каждом из контуров обеспечивает компенсацию несимметрии как однофазной, так и двухфазной нагрузки, независимо от ее величины (при значении тока несимметрии по величине мецьшем или не более, чем в 3 раза превышающем ток через ветвь с конденсатором батарей) или фазы. Изменение величины тока через реакторы производится изменением углов отпирания тиристоров с помощью систем 19-21 управления, функционирующим на известном принципе вертикального управления, .

Особенность предлагаемого устройства состоит в том, что к входу каждой системы управления присоединены выходы трех датчиков тока. Например на вход системы управления парой тиристоров 10, изменяющих ток реактора 7 (сигнал УС), присоединены выходы датчиков 14 - 16 (сигналы Х2, ХЗ Х4), сигналы которых через блоки 23-25 пропорционального преобразования (например, выпрямители и делители напряжения) с соответствующими знаками поданы на вход сумматора 26 Сигнал сумматора 26 пропорционален величине индуктивного тока, который должен быть обеспечен реакторами, управляемыми ключами. Связь между величинами узлов отпирания ci тиристоров и реактивного тока известна .

3. ).

0„ - максимальное действующее

где значение реактивного тока при полностью открытых ключах. Тогда, чтобы ток, протекающий по

был пропорционален выреактору

численному значению регулирующего

выходного сигнала У7 сумматора 26, необходимо формировать импульс управления тиристорами следующим образом.

Генератор 27 пилообразного напряжекия (ГПИ) формирует в реальном времени на отрезке 90-180 эл.град, пилообразное напряжение с огибающей описываемой функцией J-TQ в масштабе напряжения сумматора - компаратора 29. Тогда компаратор 29 выдает

сигнал в блок 28 формирования импульса управления синхронно напряжению на тиристорах и при соответствующем необходимом угле oi , так как oi будет определен из условия

У7 К1.

Реализация подобного ГПН 27 достаточно рроста. Достаточно напряжение, сформированное генератором линейно

0 изменяющегося напряжения (ГЛИН), синхрон-но с напряжением синхронизации тиристоров в зоне 90-180 эл,град, подать на вход функционального преобразователя со статической характе5ристикой вида

(d)rKoi(-§ - sin2oi),

которую можно получить с помощью кусочнолинейной аппроксимации тремя0четырьмя отрезками прямой с достаточной приведенной погрешностью 0,5-1%. Выходное напряжение функционального преобразователя вычесть из напряжения, соответствующего в масштабе максимальному току тиристора

5 tn результат подать на компаратор 29 .

В системах с замкнутой обратной связью повышение точности достигается тем, что на вход сумматора 29

0 подают с обратным знаком сигнал,пропорциональный регулируемому параметру (току соответствующего реактора).

Из условия симметрирования известно, что оно обеспечивается в том

5 случае, если фазные токи на входе не содержат реактивных составляющих. Для тока фазы д последнее имеет мес то при

V3 Х6+УЗХ4+Х1-ХЗ--У1У7- ЗУ9 0 (1)

0

Соответственно для входных токов фаз В и С

УЗХ4+УЗХ5+Х2-Х1- ЗУ7-УЗУ8 0 (2) УЗХ5- Х6+ХЗ-Х2-1ГЗУ8-13У9 0 (3)

Решая совместно уравнения (1-3), найдем

Х4+Х5+Х6-У7-У8-У9 0(4)

где в уравнениях (1-4) Х1-ХЗ - модули (соответственно амплитуды, средние или де. ствующие значения) токов в ветвях нагрузок, пропорциональные сигналам датчиков 13-15; Х4-Х6 - модули токов в ветвях кондёнсатсрных батарей, пропорциональные сигналам датчиков 16-18; У7-У9 - модули сигналов управления, в соответствии с которыми устанавливаются углы отпирания тиристоров ld-12 и токи через реакторы 7-9. Формирование сигналов управления по (1-3) нерационально/ так как нет (однозначной зависимости регулируемых параметров только от нерегулируемых Подставляя равенство (4) в (1-3), найдем У7, (Х2 - ХЗ) Уз + Х4 (5) : У8 (ХЗ - XI)V3 + Х5 (6) : У9 (XI - Х2)Уз + Х6 (7) Уравнения (5-7) показывают, что для однозначного задания величины тока в реакторе 7 достаточно подать н;а вход системы 19 управления сигна л;ы, пропорциональныетокам в нагру ках 2 и 3 (со своими знаками) и ток кЬнденсаторной батареи 4. Это значи тельно упрощает систему управления позволяет отказаться от сложных дат , чинов активной и реактивной мощности Tiax, при полностью отключенных наг- рузках 1-3 или при их симметрии в каждом реакторе устанавливается ток равный току соответствующего конденсатора (эффект симметрирования равен нулю). При несимметрии нагрузки в одной фазе (фиг.1 и 3) ток предыдущей фазы становится индуктивным (емкостным), а последующие фазы емкостным (индуктивным), токи всех фаз сети - чисто активньлми. Т.е. полностью соблюдается принцип симметрирования используемый в классической схеме Штейнметца. Величина тока сети и их симметрия контролируются приборами блока 22. Положительный эффект предлагаемого (повышение точности, быстродействия симметрирования, упрощение схемы датчиков, силовой схемы и системы управления регупяторов) достигается за счет новых конструктивных (схемных) признаков, использования регулируемого тиристорами реактора, установленная мощность которого в два раза превышает установочную мощность конденсаторов, присоединения на вход каждого индивидуального регулятора тока реакторов выходов трех датчиков тока (двух датчиков тока нагрузок и одного датчика тока конденсатора) . iX2 iX5 .|Х у w jXJ Х2 |Х5 г Г Г

РЕГУЛИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТОКА ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКИ, содержащее три конденсаторных батареи и три регулируемыхреактора для присоединения между фазными зажимами питающей сети параллельно соответствующим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причём мощность конденсаторов выбрана в гЗ раз меньшей максимально возможной мощности активной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей и три индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и упрощения, в качестве регулируемых реакторов использованы линейные реакторы, мощность которых в два раза больше мощности конденсаторных батарей в качестве исполнительных органов регуляторов тока - тиристорные регуляторы, а система управления каждого из тиристорных регуляторов содержит блоки пропорционального преобразования, сумматор, компаратор и генератор пилообразного напряжения, причем выход датчика тока соответствующей регулятору конденсаторS ной батареи подключен к входу блока (Л пропорционального преобразования с коэффициентом 1, выход датчика тока нагрузки последующей фазы подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1/13, выход датчика тока нагрузки предыдущей фазы - к входу блок-а пропорционального преобразования с коэффициентом - 1/V3, выходы блоков пропорционального преобразования подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом компаратора к второму входу которого подключен выход генератора пилообразного напряжения, а выход компаратора соединен с блоком формирбвания управляющих импульсов