Устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя Советский патент 1984 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации реактивной мощности потребляемой мощными многомостовыми вентильными преобразователями постоянного тока. Известно устройство для динамиче кой компенсации падения напряжения сети, содержащее трехфазную нагрузку индуктивного характера, подключенную к сети переменного тока, сое диненную с фазами вторичной обмотки питакяцего трансформатора. Между нулевой точкой обмотки и фазами нагрузки включены компенсирующие цепи, состоящие из последовательно соединенных конденсатора и двух полупроводниковых управляемых венти лей, включенных встречно-параллельн Управлякяцие электроды вентилей соединены с выходами одного из трех регуляторов, входы которых с помощью измерительных трансформаторов тока или взаимных индуктивностей по ключены к фазам нагрузки Щ. Недостатками этого устройства являются его сложность и относитель но высокая стоимость. Известна схема одноступенчатого автоматического регулирования мот ности конденсаторных установок по току нагрузки, содержащая конденсаторную установку, состоящую из трех конденсаторов, выводы которой через автоматы и обмотки реле времени сое динены с сетью переменного напряжения 380 В, в фазы которой включены обмотки токовых реле и панель управления автоматом, подключенную к магистрали цепей оперативного тока С21 . Данное устройство не может быть применено в сетях с резкоперемен- ной нагрузкой потребителей, например,, в сетях, питанвдих электроприводы постоянного тока. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для компенсации реактивной мощности вентильного преобразователя, содержащее преобразовательные трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключена к питаквдей сети, а каждая из вторичных обмоток - к вентильному преобразова телю, компенсирующие цепи, содержащие последовс:тельно включенные конденсатор и реактор, каждая из которых одним выводом присоединена к од ной из фаз вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора, а другим выводом - к одной из фаз вторичной обмотки второго преоб разовательного трансформатора СЗ. Известно, что величина реактивной мощности Cjyi , потребляемой вентильным преобразователем, опреде ляется величиной выпрямленного тока нагрузки и зависит от режима работы преобразователя (iftci-lt4u| где 15 - среднее значение выпрямленного тока нагрузки вентильного преобразователя, Ug - среднее значение выпрямлен ного напряжения; и - выпрямленное напряжение идеального холостого хода при нулевом угле управления . Установленная мощность конденсатора компенсирукхцих цепей Q выбирается близкой к реактивной мощности, потребляемой вентильным преобразователем при номинальных значениях выпрямленного напряжения, тока и напряжения питакщей сети. При работе вентильного преобразователя без нагрузки среднее значение выпрямленного тока определяется моментом холостого хода двигателя электропривода и имеет небольшую величину по сравнению с номинальным током нагрузки. Возникает несоответствие между потребляемой Qan и генерируемой реактивными мощностями 0,5, причем Q,g,q,T.e. происходит избыточное генерирование реактивной мощности в сеть. Избыточное генерирование реактивной мощности приводит к тем же нежелательным последствиям, что и потребление ее из сети. А именно, возникают дополнительные потери активной мощности Л.Р, вызванные перетоками избыточной реактивной, пропорциональные ее квадрату : , де и - напряжение питающей сети; . R - активное сопротивление сети , включая сопротивление вентильного преобразователя и преобразовательных трансформаторов. Кроме того, изменения реактивной ощности приводят к отклонениям напяжения сети от номинальной величины AUcxt-(iUp , - Q - суммарная реактивная мощность / - реактивное сопро-. тивление сети г- потери напряжения, обусловленные активной и реактивной мощностью;Р- активная мощнобть, потребляе мая из сети. При этом учитывается, что при работе нагрузки О., ди имеет э начительную величину, причем тем большую, чем больше разность между величиной реактивной мощности, гене рируемой компенсирумцими цепями и реактивной мощностью потребляемой вентильным преобразователем Q«v Таким образом, основным недостат ком этого устройства является постоянное генерирование реактивной мо ности компенсирующими цепями, подключенными между фазами вторичных обмоток преобразовательных трансфор маторов, независимо от режима работы вентильного преобразователя. Целью изобретения является эконо мия электрической энергии. Поставленная цель достигается те что в устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя, содержащее преобразовательные трансформа торы, первичная обмотка каждого из которых подключена к питающей сети а каждая из вторичных - к вентильному преобразователю, компенсирующие цепи, содержащие последовательно включенные защитные реактор и конденсатор, каждая из которых одним выводом присоединена к одной из фаз вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора а другим выводом связана с одной из фаз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора введены три управляемых выключателя, датчик статического тока и три схемы управления выключателями, а управляемый выключатель выполнен из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, причем управляемый выключатель включен между вторым выводом каждой компенсирующей цепи и одной из фаз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора, уп- . равляющие электроды тиристоров каж дого из управляемых выключателей соединены с выходом одной из трех схем управления выключателями, один из входов каждой из которых соединен с выходом датчика статического тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя, а дру гой включен параллельно одному из управляемых выключателей. На фиг. 1 представлена блок-схе ма устройства для компенсации реактивной мощности многомостового вен тильного преобразователя; на фиг.2принципиальная схема датчика статического тока; на фиг. 3 - принципи альная схема управления выключателями.1 Устройство (.фиг. 1 содержит двухмостовой вентильный преобразователь 1, выход которого подключен к якорю двигателя 2. Преобразователь включает в себя вентильный мост 3, подключенный к вторичной обмотке первого преобразовательного трансформатора, содержащего три фазы 4.1-4.3, первичная и вторичная обмотки которого .соединены по схеме звезда, и вентильный мост 5, подключенный к вторичной обмотке второго преобразовательного трансформатора, содержащего также фазы 6.16.3, первичная обмотка которого соединена по схеме треугольник, а вторичная - по схеме звезда. Между фазами 4.1 и 6.2, 4.2 и 6.3, 4.3 и 6.1 включены компенсирующие цепи 7,8,9,каждая из которых содержит последовательно соединенные защитный реактор соответственно 10, 11 и 12, конденсаторную батарею 13, 14, 15 и управляемый выключатель 16, 17, 18, состоящий из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров tнапример, 19, 20 для управляемого выключателя 16) , управляющие входы которых подключены к выходу одной из соответствунхцях схем управления выключателями 21-23. Один из входов каждой из схем управления выключателями 21-23 соединен с выходом датчика 24 статического тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя 1, а второй подключен параллельно управляемому тиристорному выключателю, входящему в одну из компенсирующих цепей 7-9. В данном устройстве датчик 24 статического тока используется только как индикатои нагсузки электооппивопа, и не требуется высокая точность выделения сигнала, пропорционального 1с, поэтому в качестве него может быть применен датчик статического тока (фиг. 2), который содержит шунт 25, к выводам которого подключен вход датчика 26 тока, выход которого соединен с одним из входом сумматора 27, другой вход которого через дифференцирукиций блок 28 соединен с выходом датчика 29 скорости , вход которого подключен к выводам тахогенератора 30. Для включения в схему устройства достаточно шунт 25 включить последовательно в якорную цепь двигателя 2 1ФИГ. 1), выход сумматора 27 соединить с выходами схем управления выключателями 21- 23 Сфиг. 1 и якорь тахогенератора 30 механически сое данить с якорем Двигателя 2 СФиг. 1) . Каждая схема управления выключателями 21-23 Сфиг. 3) содержит нульиндикатор 31 и логический элемент И 32, один из входов которого соединен с выходом нуль-индикатора а другой - с выходом датчика 24 ст тического тока (фиг. 1). Нуль-инди катор 31 выполнен На интегральном о рационном усилителе 33 с двумя вхо дами - инвертирующим 34 и неинвертирующим 35. Неинвертирующий вход с помощью резистора 36 соединен с ходом 37 усилителя 33, с помощью д гого резистора 38 соединен с общей точкой 39 усилителя 33. Между ин-ве тирующим входом 34 и общей точкой включен интегральный диодный огран читель 40, состоящий из двух встре но-параллельно соединенных диодов и 42. Для включения каждой из схем уп равления выключателями 21-23 в схе му устройства достаточно выход дат чика 24 статического тока соединит со свободным выходом логического элемента И 32, а соответствующий управляемый выключатель ,16-18 подключить параллельно диодному ограничителю 40 нуль-индикатор 31, Устройство работает следующим образом. С выхода датчика 24 статического тока 1,фиг. 1) на выходы схем управления выклюг1ателякш 21-23 подается сигнал, пропорциональный ст тическому току нагрузки BeHTfmbHoго преобразователя 1, Принцип действия датчика статического тока основан на выделении статической составляющей 1с из по ного тока i якоря двигателя 2 в со ответствии с приведенной выше зави симостью т t-J- . с- d-t где I - суммарный момент инерции привода/ с - произведение конструктивной постоянной двигателя на магнитный поток; .- угловая частота вращения двигателя. 1-« X Сигнал, пропорциональный полном току i,, поступает с выхода датчика 26 тока (,фиг. 2), сигнал, пропо циональный угловой частоте вращения (-0 , снимается с выхода датчика скорости СФиг. 2). За счет включения дифференцирующего блока 28 выделяется сигнал, пропорциональный первой производной угловой частоты вращения liiJ . Далее с помощью . сумматора 27 (фиг, 2) этот сигнал вычитается из полного тока якоря, Таким образом, на выходе датчика 24 статического тока формируетс сигнал, пропорциональный статической составляющей тока двигателя, Величина этого тока определяет величину реактивной мощности, потребляемой из сети, При работе электропривода на холостом ходу, до наброса статической нагрузки, вентильный преобразователь 1 потребляет незначительную реактивную мощность, определяемую током холостого хода. Величина сигнала, поступающего с выхода датчика 24 статического тока в этом случае практически равна НУЛЮ, поэтому подключения компенсирующих цепей 7-9 не происходит и вентильный преобразователь 1 работает без компенсации с незначительным потреблением реактивной мощности. После приложения статической нагрузки на входы схем упр вления выключателями 21-23 .(фиг. 1) с выхода датчика 24 статического тока (фиг.1) поступает достаточный по ве.пичине управлянвдий сигнал и происходит подключение компенсирующих цепей 7-9. Так как вентильный преобразователь 1 работает в этом режиме со значительным потреблением реактивной мощности, подключение компенсирующих цепей 7-9 целесообразно. Каждая из схем управления выключателями 21-23, обеспечивает коммутацию управляемых выключателей, входящих в компенсируюгдие цепи 7-9, только при одно- , временном выполнении двух условий: при наличии напряжения на ее входе, соединенном с выходом датчика 24 статического тока (работа привода под на,грузкой), и при условии, что мгновенное значение напряжения, подводимого к управляемому тиристорному выключателю, равно нулк-. Работа нуль-индикатора (фиг. 3), входящего в схему управления выключателя)ми, основана на действии положительной обратной связи, реализованной путем включения резистора 36 , 3) между неинвертирующим входом 35 и выходом 37 усилителя 33 (фиг. 3.). Положительный сигнал на выходе 37 усилителя 33 за счет действия положительной обратной связи суммируется с сигналом на инвертирующем входе 34. В результате этого реализуется релейный режим работы усилителя 33. Диодный ограничитель 40 устанавливается .для защиты входных цепей усилителя 33 от пе.ренапряжений. Таким обраэо.м, нульиндикатор 31 выдает импульс в момент прохождения подводимого к переменного напряжения через нуль. , На выходе логического . элемента И 32 появляется сигнал только при подаче напряжения на оба его входа. Так как на один его вход подаются импульсы с выхода нуль-индикатора 31, а на второй - сигнал от датчика 24 статического тока, на выходе элемента И 32 при работе электропривода под нагрузкой появляются импульсы, которые могут быть исполь зованы для коммутации управляемых выключателей. За счет этого коммута ция компенсирующих цепей 7-9 (фиг.1 включенных между фазами преобразовательных трансформаторов, происходит без Эросков свободного тока и коммутационных перенапряжений на управляемых выключателях. При работе вентильного преобразо вателя 1 под нагрузкой и подключенных компенсирующих цепях 7-9 величина тока, потребляемого из сети, определяется выражением Is VCVe-Jft s;ntpl4 dbCOStff где 1 и IP - соответственно активная и реактивная соетавляющие тока Ij , Iv(.g - ток компенсирующих це , пей; 3 - ток вентильного преоб разователя, - угол сдвига фаз между током и напряжением питающей сети. При соответствующем выборе мощности компенсирующих цепей 7-9 можно добиться ревенства lasincp, т.е. 1р О, вентильный преобразователь 1 будет работать с потреблением чисто активного тока из сети. Таким образом, введение в устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильног.о преобразователя трех управляемых выключателей и датчика статического тока позволяет осуществлять отключе ние компенсирующих цепей при незнач тельных токах ве нтильного преобразо вателя сири работе без статической нагрузки, когда его работа не вызы вает повышенного потребления реакти ной мощности из сети. За счет этого обеспечивается компенсация реактивной мощности только при значительном потреблении ее вентильным преобразователем. Устранение избыточного генерирования реактивной мощности компенсирующими цепями при небольшом потреблении ее вентильным преобразователем LnVfH работе без статической нагрузки) поз воляет уменьшить ток, потребляемый вентильным преобразователем совместно с компенсирующими цепями из сети, величина которого определяется выражением , -/(аеп-аквУ л и При избыточном генерировании реактивной мощности , ) О компенсирующие цепи подключены Т .&aU - При применении устройства , s 0 (компенсирующие цепи при работе без статической нагрузки отключены ток, потребляемый из сети, определяется только активной мощностью холостого хода i,, Т -Век . - smr Уменьшение величины тока, потребляемого из сети, позволяет уменьшить потери активной мощности и тем самым достичь экономии электрической энергии, разгрузить преобразовательные трансформаторы и вспомогательные компенсирующие цепи. Кроме того, за счет ликвидации избыточного генерирования реактивной мощности в сеть происходит уменьшение отклонений напряжения сети от номинального значения, что особенно важно для сетей с резкопеременной (ударной) нагрузкой потребителей .

19

28

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ МНОГОМОСТОВОГО ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащее преобразовательные трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подю:ючена к питающей сети, а каждая из вторичных - к вентильному преобразователю, компенсирующие цепи, содержащие последовательно включенные защитный реактор и конденсатор, каждая из которых одним выводом присоединена к одной из фаз вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора, а другим выводом связана с одной из «раз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора, отличающееся тем, что, с целью экономии электрической энергии , в него введены три управляемых выключателя , датчик статического тока и три схемл управления выключателями, а управляемый выключатель выполнен из двух встречно параллельно соединенных тиристоров, причем управляемый выключатель включен между вторым выводом ка.дрй компенсирующей цепи и одной из фаз вторичной обмотки втоi рого преобразовательного трансформатора , управляющие электроды тиристо(Л ров каждого из управляемых выключателей соединены с выходом одной из трех схем управления выключателями, один из входов каждой из которой соединен с выходом датчика статического тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя,, а другой включен параллельно одному из управляемых выключателей. 05 ф о р СП

26

11

52

о о