Способ комбинированного регулирования автономного инвертора тока с компенсатором реактивной мощности Советский патент 1983 года по МПК H02H7/515 H02P13/18 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для автоматической стабилизации фазы и частоты выходного напряжения однофазного или трехфазного автономного инвертора тока, применяемого в качестве регулируемого источника в установках широкого класса, в частности, в установках гарантированного электроснабжения ответственных потребителей.

Известен способ регулирования автономного инвертора тока, на стороне переменного тока которого подключен компенсатор реактивной мощности. Способ характеризуется тем, что импульсы управления коммутатором инвертора синхронизированы выходным напряжением инвертора, а частота еле-дования ,импульсов управления компенсатором реактивной мощности определяется задающим генератором 1 и 2.

Однако при таком способе регулирования при изменении параметров нагрузки фаза и частота выходного напряжения существен-, но изменяются.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ регулирования автономного инвертора тока, на стороне переменного тока которого подключен компенсатор реактивной мощности. Импульсы управления коммутатором инвертора синхронизированы выходным напряжением инвертора, а компенсатор инвертора синхронизирован регулятором фазы. В установившемя режиме работы инвертора фаза его выходного напряжения совпадает с соответствующей фазой напряжения задающего генератора, т.е. осуществляется стабилизация фазы и частоты выходного напряжения инвертора за счет фазового регулирования компенсатора реактивной мощности - задания угла управления тиристЬрами компенсатора в функции отклонения фазы выходного напряжения инвертора от фазы соответствующего ему напряжения задающего генератора 3.

В динамических режимах работы инверто ра сказывается низкое быстродействие системы регулирования, обусловленное тем, что угол управления тиристорами компенсатора может изменяться только после изменения фазы напряжения инвертора, причем сигнал на изменение этого угла управления вырабатывается регулятором фазы интегрального типа, вносящего дополнительное запаздывание изменения угла управления относительно изменения фазы выходного напряжения инвертора.

Целью изобретения является увеличение быстродействия регулирования автономного инвертора тока в динамических режимах при стабилизации фазы, и частоты выходного напряжения инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования выходного

напряжения автономного инвертора тока с компенсатором реактивной мощности, заключающем уся в том, что амплитуду выходного напряжения инвертора регулируют с помощью изменения угла запирания тиристоров автономного инвертора, а частоту и фазу выходного напряжения инвертора регулируют в функции отклонения фазы выходного напряжения от фазы эталонного сигнала изменением угла управления компенсатором реактивной мощности, определяют измене-, ние величины потребляемой инвертором и нагрузкой реактивной MOIUHOCTH и в функции этого возмущения дополнительно осуществляют регулирование угла управления компенсатора.

На чертеже представлена блок-схема устройства управления, реализующего предложенный способ комбинированного регулирования автономного инвертора тока.

0 Постоянное напряжение Ua. .от источника постоянного тока поступает на вход коммутатора 1 автономного инвертора тока, на стороне переменного тока которого подклЮ чен компенсатор 2 реактивной мощности,

5 батарея конденсаторов 3 и нагрузка 4. Система 5 управления коммутатором инвертора синхронизируется выходным напряжением инвертора и путем поддержания постоянного угла инвентирования обеспечивает стабильное по величине выходное напряжение

0 при изменениях параметров нагрузки. Управление компенсатором 2 реактивной мощности осуществляется системой 6 управления компенсатором, на один из входов которого поступает сигнал с регулятора 7 фазы, определяемый разностным сигналом меж5 ду фазой линейного напряжения инвертора, поступающего с датчика 8 фазы и фазой .соответствующего напряжения задающего генератора 9. Выходное напряжение задающего генератора для трехфазного инвертод .ра составляет строго симметричную трехфазную систему напряжений. Каждой фазе компенсатора мощности соответствует свой регулятор фазы, в котором выpaбatывaeтcя сигнал, пропорциональный угловому отклонению напряжения инвертора от соответ5 ствующего напряжения задающего генератора, т.е. сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу между соответствующим напряжением инвертора и задающего генератора. На другой вход системы 6 управления компенсатором 2 реактивной мощности поступает сигнал с датчика 10 потребляемой реактивной мощности, подключенного к выходу инвертора непосредственно перед нагрузкой, через нелинейный преобразователь 11, осуществляющий преобразование сигнала,

5 пропорционального потребляемой реактивной мощности в сигнал, определяющий угол управления компенсатором реактивной мощности. В установившемя режиме часотота и фаза выходного напряжения автономного инвертора тока соответствует частоте и фазе задающего генератора 9 за счет поддержания с помощью компенсатора реактивной мощности баланса реактивных мощностей Qt QHtpH-t§5 + QKy (1| где Qe . реактивная мощность параллельных конденсаторов; -реактивная мощность нагрузки; -активная мощность нагрузки; QJ, - активная мощность потребляемая нагрузкой и инвертором; S -угол запирания вентилей инвертора;QRV-реактивная мощность компенсирующего устройства. При этом углы управления компенсатором реактивной мощности определяются суммарным сигналом с выхода регулятора 7 фазы и нелинейного преобразователя 11. Таким образом, в зоне регулирования автономного инвертора 1 тока его выходное напряжение по величине поддерживается на заданном уровне по первому контуру: система 5 управления инвертором, автономный инвертор 1 тока; а его частота н фаза - по второму контуру; датчик 8 фазы выходного напряжения, регулятор 7, система 6 управления компенсатором, кбМпенсатор 2 реактивной мощности. Изменение параметров нагрузки, например, пуск асинхронных двигателей, вызывает скачкообразное изменение тока нагрузки, приводящее к толчку потребляемой реактивной МОЩНОСТИ Qn,..a значит, и к нарущению баланса реактивных мощностей (1). Как следствие, происходит изменение параметров выходного напряжения автономного инвертора, приводящее в конечном итоге к установлению нового баланса реактивных мощностей в системе. Необходимость поддержания параметров выходного напряжения инвертора незименными требует компенсировать это изменение Qn соответствующим изменением Рку.....при помощи компенсирующего устройства. Изменение мощности, потребляемой компенсирующим устройством, осуществляется изменением фазы управляющих импульсов тиристоров компенсирующего устройства относительно фазы переменного напряжения на выходе инаертора системой б управления компенсатором в соответствии с суммарным сигналом нелинейного преобразователя 11 и регулятора 7 фазы. В результате изменения частоты и фазы выходного напряжения от установивщегося значения на входе регулятора 7 фазы появляется рассогласование между линейным напряжением инвер тора, поступающим с датчика 8 фазы и соответствующим напряжением фазы зада ющего генератора 9. В функции этого рассогласования регулятор 7 фазы формирует сигнал, воздействующий на систему 6 управления и изменяющий угол регулирования компенсатора реактивной мощности. Однако за счет астатического характера регулятора 7 фазы воздействие по данному каналу идет с существенным запаздыванием. Устранить инерционность, вносимую регулятором 7 фазы, возможно, если ввести канал регулирования, применив в качестве контролируемого параметра величину потреб ляемой реактивной мощности в системе.Для этого необходимо на стороне переменного тока инвертора непосредственно перед нагрузкой .включить датчик 10 потребляемой мощности. Принцип работы датчика 10 потребляемой мощности основан на измерении величины напряжения UM-sinC,..соответствующего моменту прохождения тока фазы через нуль с последующим запоминанием и подачей на вход множительного устройства, который перемножает его с напряжением, пропорциональным максимальному току в соответствующей фазе K(-.J«...Полученный сигнал пропорционален потребляемой реактивной мощности. Выходной сигнал датчика 10 потребляемой реактивной мощности, пропорциональный Qn,..поступает на нелинейный преобразователь 11, в котором формируется синфазный сигнал ивых f (Qn).. таким образом, чтобы всякому изменению, величины потребляемой мощности Qncooтвeтcтвoвaлo с противоположным знаком изменение мощности, потребляемой компенсирующим устройством±А Qn , Т Д QH.y. в таком случае общая зависимость между управляющим сигналом, определяющим угол регулирования компенсирующего устройства, и измеренной величиной потребляемой мощности будет линейной. Зная регулировочную характеристику компенсатора реактивной мощности, возможно спроектиробать безынерционный нелинейный преобразователь. Тиристорные преобразователи, выполненные по базовой схеме автономного инвертора тока с тиристорно-дроссельным компенсирующим устройством, имеют время переходного процесса 200 мс. Предложенное тиристорно-дроссельное устройство обладает более высоким быстродействием, новое значение реактивной мощности 9к.у,..может. установиться с максимальной задержкой после изменения сигнала управления, равной половине периода выходного напряжения инвертора, что при частоте 50 Гц составляет 10 мс. Быстродействие датчиков потребляемой реактивной мощности не хуже 20 мс, поэтому при точности регулирования, не превышающей 10%, общее время по каналу регулирования составит не более 20 мс.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа комбинированного регулирования заключается в снижении установленной мощности элементов, входящих в состав автономного инвертора тока типа ПТС-125 У4, принятого за базовый объект, уменьщении его массы и габаритов, а значит, и стоимости. Эффективность предлагаемого технического рещения увеличивается с расширением диапазона изменения входного и выходного напряжений и параметров нагрузки, а также с увеличением выходной мощности инвертора тока. Кроме того, пред5лагаемое изобретение эффективно для инверторов тока с любым числом фаз.

СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА ТОКА С КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, заключающийся в том, что амплитуду выходного напряжения инвертора регулируют с помощью изменения угла запирания тиристоров ав.тономного инвертора, частоту и фазу выходного напряжения инвертора регулируют в функции отклонения фазы выходного напряжения от фазы эталонного сигнала изменением, угла управления компенсатором реактивной мощности, :отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулирования, определяют изменение величины потребляемой инвертором и нагрузкой реактивной мощности и в функции этого возмущения дополнительно осуществляют регулирование угла управления компенсато(Л ра. ел о о 8