Способ регулирования реактивной мощности Советский патент 1983 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам регулирования величины и знака реактивной мощности или компенсации реактивной мощности,-и может быть использовано в устройствах усилительной и преобразовательной техники. Известен способ регулирования реактивной мощности основанный на применении ключевых устройств и дополнительных реактивных элементов, в котором регулирование реактивной мощности осуществляется изменением угла включения реактивных элементов в пределах полупериода тока в цепи 1. Недостатками этого способа- являются искажение формы тока и напряжения в цепи, зависимость добротности образованного дополнительной реактивностью и реактивностью цепи колебательного контура как от тока цепи, так и от угла включения, нелинейная зависимость частоты резонанса образованного контура от управляющего сигнала. Указанные недостатки снижают эффективность регулирования реактивной мощности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ регулирования реактивной мощности в цепи переменного тока с применением конденсаторной батареи, подключенной к цепи через ключевые устройства, управляемые импульсами, частота повторения которых значительно превыщает чассоту тока в сети 2. Недостатки известного способа заключаются в том, что при любой коммутации только емкости относительно цепи имеют место активные потери, возникающие в связи с нарущением условий, определяемых законами коммутации цепей,, содержащих реактивность. Если цепь защунтирована источником, то перезаряд емкости сопровождается броском тока через ключ, и дробление бросков тока повышением частоты подключения существенного снижения активных потерь не дает, а только распределяет их во времени. Если цепь имеет индуктивный характер, что является наиболее частым случаем, требующим регулирования реактивной мощности, то при отключении емкости размыкается колебательный контур, и реактивный ток протекает по цепи под действием противо-ЭДС, что приводит к активным потерям на распределенном по цепи сопротивлении и броскам напряжения, поеыщающим опасность цепи, что определяет повышенные требования к изоляции и ключевым элементам. Применение коммутируемой емкости в явно выраженном резонансном контуре, образованном подключаемой емкостью и индуктивностью цепи переменного тока, вообще нецелесообразно, поскольку разрыв контура приводит к йотере запасенной в индуктивной цепи энергии. Таким образом коммутация одной только емкости в контуре в любом случае ;опровождается активными потерями, поскольку нарущается либо первый, либо второй закон коммутации. Известный способ также не обеспечивает линейной зависимости частоты резонанса и независимости его добротности от управляющего сигнала. Указанные недостатки снижают эффективность регулирования реактивной мощности. Цель изобретения - повыщение эффективности регулирования реактивной мощности. Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении регулирования реактивной мощности в электрической сети, включающей в себя индуктивность и конденсаторную батарею в качестве источника реактивнои мощности, заключающийся в том, что коммутацию конденсаторной батареи производят с частотой, в несколько раз превыщающей частоту тока в электрической сети, синхронно с конденсаторной батареей коммутируют участок сети, образующий совместно с конденсаторной Оатареей колебательный контур, при этом при отключении конденсаторной батареи или участка сети, содержащего конденсаторную батарею, замыкают участок сети, содержащий индуктивность, а при подключении конденсаторной батареи или участка сети, содержащего конденсаторную батарею, размыкают участок сети, содержащий индуктивность. Кроме того, способ предусматривает снижение потерь, возникающих при переключениях за счет того, что моменты включения одной реактивности задерживают относительно моментов отключения другой реактивности и ограничивают напряжение на участке сети, содержащем индуктивность. Способ предусматривает выбор емкости конденсаторной батареи из условий резонанса иcxoднo o колебательного контура на верхней частоте диапазона изменений частоты тока в сети, а коммутацию производят с частотой, в несколькб раз превыщающей резонансную частоту исходного колебательного контура. На фиг. 1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ регулирования реактивной мощности с включением дополнительной емкости, образующей с индуктивностью нагрузки последовательный колебательный контур; на фиг.2 - то же, с включением дополнительной емкости, образующей с индуктивностью нагрузки параллельный колебательный контур; на фиг. 3 представлена диаграмма, характеризующая процесс изменения тока в индуктивности нагрузки (фиг. За). Напряжение на дополнительной компенсирующей- емкости имеет такой же характер, но сдвинуто по фазе на некоторый угол (не показано). Такую-форму имеют напряжение на емкости и ток в индуктивности при действии управляющих импульсов, представленных на фиг. 36. Устройство содержит коммутирующие ключи 1 и 2, блок 3 управления ключами, конденсаторную батарею 4 и ограничитель 5 напряжения. К активно-индуктивной нагрузке, например к обмотке электродвигателя, представленной индуктивностью 6 и активным сопротивлением 7, поступает энергия от источника 8. Ограничитель 5 напряжения включен параллельно нагрузке 6 и 7, а выходы блока управления соединены с управляющими входами ключей 1 и 2.. Устройства работают следующим образом. Блок 3 управления вырабатывает высокочастотную последовательность управляющих импульсов с коэффициентом заполнения К -н-, где t - длительность импульса, а Т - период повторения импульсов (фиг. 3 б) Импульсы поступают на .управляющие входы ключей 1 и 2. Во время действия импульса длительностью t ключ 1 замкнут, а ключ 2 - разомкнут. В этом состоянии образованы последовательный (фиг. 1) и параллельный (фиг. 2) колебательные контуры, частота свободных колебаний которых WQ сгге где L- индуктивность 6 нагрузки, а С - емкость конденсаторной батареи 4. В паузе между импульсами длительностью Т-t ключ 1 разомкнут, а ключ 2 замкнут. В этом состоянии конденсаторная батарея 4 отключена от участка цепи, содержащего индуктивность, указанный участок цепи замкнут через источник 8 (фиг. Г), и непосредственно (фиг. 2), напряжение на конденсаторной батарее 4 не изменяется, а изменение тока индуктивности определяется активными потерями в цепи, осуществляющей замыкание индуктивности, и длительностью времени замкнутого состояния индуктивности 6. При высокочастотной коммутации и малых активных потерях изменение тока в индуктивности незначительно и, при данном состоянии ключей (ключ.1 разомкнут, ключ 2 замкнут), частоту свободных колебаний W контуров можно принять равной нулю. Таким образом в процессе коммутации цепи с частотой, в несколько раз превышающей частоту Wo или частоту тока в цепи, энергообмен между реактивными элементами контура прерывается в паузе между импульсами, длительность которой равна Т-t, и возобновляется при действии импульса (фиг. 3), что равносительно изменению частоты свободных колебаний контура в зависимости от коэффициента заполнения последовательности импульсов, формируемых блоком 3 управления. В течение времени t действия импульса астота свободных колебаний равна Wo -.-L.-- в отсутствие импульса частота свободных колебаний равна нулю, отсюда средняя частота свободных колебаний за период коммутации равна We Wot/T WoK, т.е. средняя частота свободных коле баний в условиях коммутации линейно зависит от коэффициента заполнения управляющих импульсов и может быть плавно изменена от частоты WQ - при К 1 до К 0, что в свою очередь позволяет простыми средствами и с высоким качеством автоматизировать процесс регулирования или компенсации реактивной мощности в цепи переменного тока, частота которого, а также реактивность самой цепи могут изменяться в широких пределах. Сохранение величины напряжения и тока в реактивных элементах в паузах между управляющими импульсами, а также некоторое разнесение во времени моментов включения и выключения реактивных элементов позволяют свести до минимума активные потери при их коммутации. Ограничение выбросов напряжения в моменты коммутации позволяет снизить требования к ключевым устройствам и повысить надежность устройства в целом.

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ в электрической сети, включающей в себя индуктивность и конденсаторную батарею в качестве источника реактивной мощности, злключающийся в том, что коммутацию конденсаторной батареи производят с частотой, в несколько раз превышающей частоту тока в электрической сети, отличающийся , что, с целью повышения эффективности регулирования, синхронно с конденсаторной батареей коммутируют участок сети, образующий совместно с конденсаторной батареей колебательный контур, при этом при отключении конденсаторной батареи или участка сети, содержащего конденсаторную батарею, замыкают участок сети, содержащий индуктивность, а при подключении конденсаторной батареи или участка, сети, содержащего конденсаторную батарею, размыкают участок сети, содержащий индуктивность. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что моменты включения одного реактивного элемента задерживают относительно моментов отключения другого реактивного элемента и ограничивают напряжение на участке сети, содержащем индуктивность. Ъ. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что емкость конденсаторной батареи выбирают из условия резонанса исходного колебательного контура на верхней частоте i диапазона изменения частоты тока в сети, О) а коммутацию производят с частотой, в несколько раз превышающей резонансную частоту исходного колебательного контура. 8 СП СО ю

фиг. 2

а