Устройство для регулирования напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02J3/18 

10 2. Устройство по п. 1, о т п и ч а юш е е с я тем, что блок управления выполнен из порогового элемента, четырех логических элементов НЕ, двух логичес 1их элементов ИЛИ и пвух логических элемен тов И, причем вход порогового элемента образует вхоц блока управления, первый и второй выходы блока управления соецкйены параллельно, третий и четвертый вы ходы блока управления соединены параллельно, выходы порогового элемента подключены к вхоау первого элемента НЕ и первым входам первых элементов ИЛИ и И, вхоц второго элемента НЕ подключен к первому выходу блока управления, его 0 выхоа - к вторым входам первых элементов ИЛИ и И, а их выходы - к пятому и четвертому выходам блока управления соответственно. выход первого элемента I-IE поаключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вхоа которого поаключен к выходу третьего элемента НЕ, вхоа третьего элемента НЕ поаключен к пятому выходу блока управления, первый аход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй его вхоц - к выходу четвертого элемента НЕ, а выход - к первому выходу блока управления, вход четвертого элемента НЕ подключен к третьему выходу блока управления.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее конденсаторную батарею, соединенные с ней два основных ключа, датчик парамет ров сети, характеризующий уровень напряжения, трансформатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функ циональньгх возможностей, оно снабжено тремя дополнительными ключами, блоком управления, обеспечивающим переключение конденсаторной батареи с последовательного соединения на параллельное, причем первый ключ соединен с первым выводом ДСПОЛИительного первого ключа, второй вывод которого подключен к первичной обмотке трансформатора и второму основному ключу, выводы второго дополнительного ключа подключены к конденсаторной i батарее и к одному из выводов вторичной обмотки трансформатора, выводы третьего (Л дополнительного ключа подключены к конденсаторной батарее и второму выводу вторичной обмотки трансформатора, третьи выводы всех ключей и датчик параметров се- S ти соединены с блоком управления.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, аля регулирования напряжения в слабой электрической сети,питающей узел нагруа К.. С асинхронными двигателями, причем напряжение сети может изменяться (свыше 2О%) от номинального.

Известео устройство аля регулирования на()$тженкя с последовательной компенсацией потери напряжения, соцержашее две батареи ;сснценсаторов, вк.лючекнье поспеиовательно, и чутыре выключатепк, с помощью путем переклгоченип OL.Ta-рей конденсаторов устройство позв-оляет получить три ступени уровня напряжения на выходе Ij .

Недостаток устройства - низкий КПЛ так кяк при напряжении питаЮЩей сети, превыизаюшем номинальное, устройство не приводит компенсации реактивной составляющей тока, вызывающей дополнительные потери.

Известно устройство для регулировани напряжения в слабой электрической сети, содержащее багарею конденсаторов, три ключа, шунтовой управляемый реаятор, с помощью которых s сети создается цобав ка напряженр я, пропорциональная ргактив ной составлйющей тока нагрузки i,2l .

Недостатками данного устройства нв™ ляюгся сложность и повышенная устанса™ ленная мощность оборудования из--за неличия управляемого реактора.

Наиболее близким по технической сущности и дос- игаемому результату к преалагаемому является устройство для регулирования напряжения, содержащее батарею конденсаторов, соединенную с двумя ключами, трансформатор, датчик электрических параметров сети, характеризующий уровень напряжения Гз1 .

Недостатком известного устройства является наличие двух батарей конденсатоpOi3 (продольной и поперечной), что увеличивает Габариты j cтройства, а такхсе завышает установленную моил-юсть конденсаторов при неполном ее использовании, так .как устройство предусматривает шунтиро.ванне установки продольной компенсации. Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства.

Пос1 авленная цель достигается тем, что устройство для регулирования напряжения, содержащее конденсаторную батарею, соединенные с ней два ключа, датчик параметров сети, характеризующий уровень нагфжкения, трансформатор, снабжено тремя дополнительными ключами, блоком управления, обеспечивающим переключение конденсаторной батареи с послецовательногс соед№1ения . на параллельное, прг1чем первый ключ соединен с первым выводом дополнительного первого ключа, второй вывоп которого подключен к первичной обмотке трансформатора и второму основному ключу, выводы второго дополнительного ключа подключены и конденсаторной батарее и к одному из вывопов вторичной обмотки трансформатора, вывоaiii третьего дополнительного ключа под31Оключены к конаенсаторной батарее и вто рому вывону вторичной обмотки трансформатора, третьи выводы всех ключей и дап чик параметров сети соединены с блоком управления. Кроме того, блок управления состоит из порогового элемента, четырех логических элементов НЕ, двух логических элементов ИЛИ и двух логических элементов И, причем вход порогового элемента обра зует вход блока управления, первый и вто рой выходы блока управления соединены параллельно, третий и четвертый выходы блока управления соединены параллельно, выход порогового элемента подключен к входу первого элемента НЕ и первым входам первых элементов ИЛИ и И, вхоц второго элемента НЕ подключен к первому выходу блока управления, его выход - к вторым входам первых элементов ИЛИ и И, а их выходы - к пятому и четвертому выходам блока управления соответст венно, выход первого элемента НЕ подклю чен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента НЕ, вход треть его элемента НЕ подключи к пятому выходу блока управления, первый вход второго элемента И подключен к выходу вто рого элемента ИЛИ, второй его вход к выходу четвертого элемента НЕ, а выход - к первому выходу блока управления вход четвертого элемента НЕ подключен к третьему выходу блока управления. На фиг. 1 представлена схема устройства для регулирования напряжения; на фиг. 2 - то же, блока управления. Устройство для регулирования напряже ния (фиг.) содержит батарею 1 конденса торов с двумя силовыми зажимами 2 и первый ключ 4 с двумя силовыми зажима ми 5 и 6 и цепью 7 управления, второй ключ 8 с двумя силовыми зажимами 9 и Ю и цепью 11 управления, трансформатор 12 с первичной обмоткой 13 и вторичной обк{откой 14с двумя зажимами 15 и 16, блок 17 управления с входом 18 и двумя выходами 19 и 20, датчик 21 параметров сети с входом 22 и выходом 23, три дополнительных ключа 24-26 с силовыми зажимами 27-32 и цепями управления 33-35 каждого ключа, а блок 1 управления имеет три выхода 36-38, под ключенных к этим ключам. Блок управления 17 состоит из порог вого элемента 39, четырех логических элементов НЕ 40-43, двух логических элементов ИЛИ 44 и 45 и двух логичесг О ких элемет1гов И 46 и 47, причем вхоп порогового элемента образует вход 18 блока 17 управления, первый 19 и второй 20 выходы блока 17 управления соединены параллельно, второй 37 и третий 38 дополнительные выходы блока 17 управления соединены также параллельно. Схема устройства для регулирования напряжения (фиг.1) и схема блока управ- ления (фиг.2) исполнены однофазно. В обшем случае количество устройств равно числу фаз сети переменного тока, в которую включается устройство. Все элементы предлагаемого устройства для регулирования напряжения могут быть выполнены по любым известным схемам. При этом ключи могут быть выполнены в виде контакторов или тиристоров, а при выполнении блока управления могут быть использованы контакты контакторов. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при напряжении в сети, превышающем заданный уровень, сигнал, пропорциональный напряжению сети переменного тока, с выхода 23 датчика 21 параметров сети подается на вход 18 блока 17 управления. При этом на вы- хопах 19 и 20 блока 17 управления сигнал равен О, а на выходах 36-38 равен 1. При сигнале, равном О, цепи 7 и 11 управления поддерживают ключи 4 и 8 в разомкнутом состоянии. При сигнале, равном , цепи 33-35 управления поддер-кивают ключи 24-26 в замкнутом состоянии. Таким образом, батарея 1 конаенса торов включена параллельно вторичной обмотке 14 повышающего т зансформатора 12, а цепь первичной обмотки 13 повышающего трансформатора 12 замкнута ключом 24. При снижении напряжения в сети переменного тока ниже заданного уровня сигнал, пропорциональный напряжению сети переменного тока, с выхода 23 датчика 21 параметров сети подается на вход 18 блока 17 управления. При этом на выходах 37 и 38 блока 17 управления сигнал становится равным О, что приводит к размыканию ключ 25 и 26 через цепи 34 и 35 управления. Затем становится равным сигнал на выходах 19 и 2О блока 17 управления, вследствие чего через цепи 7 и 11 управления замыкают ся ключи 4 и 8, После этого появляется сигнал О на выходе 36 блока 17 управления и через цепь 33 управления размы- j кается ключ 24. Таким образом, батарея 1 коиденса горов оказывается включенной Г1ослеао зательно в цепь первичней обмотки 3.3 повышающего трансфорк- атора 12 без разрьша тода. При повышении напряжения в сетп переменного тока выше зацаяного уровня .. пропорциональный на пряженика сети переменного года с вьжоаа 23 цатчнка 23. параметров сети, подается гш вхоо. 18 блока 17 управления. При этом на вььхоце 36 блока 17 управления сигнал станов-итсп равным 1 и через цепь 33 уп.равления замыкается ключ 24, за тег.,; на выкоцах 19 и 20 блока- 17 управления сигнал стаиови-л я равным О и через цзпи 7 и 11 управления ключи 4 п 8 размыкаются. После этого стаповлтсЕ равным 1 сигнал на выходах 37 и 38 блока 17 угфа1 |1е1шя и через цепи 34 и 35 управ-лення замыкаются к;л;очи 25 и 26, Таким образом, батарея 1 конценсатароБ оказывается поцключеиной )1араллельно Бторччной обмотке 14 ноБышаюшего транеформатора 12 без разрыва тока в первичной обмотке 13, а устройство возвргляается в исходное состояние. Блок 17 управления работает следуюintix Oi;.. 3 исхогнол состоянии сигча)., tipOHOpчвональный аанряжению сети иерекгенного тска, поступает через вхоц 18 на ncporciаой элемент ЗУ и иревьшае заааниыи гоЕого элеме1 :а равей , а ка г:ьг;.с;1ах 10 к 20 блока 17 управления скгиалтл равны О. Иа выхолах 36-38 сигналы равны , П о i он иж ен и и нан р шке н и я е ет и п е р е ме к него тока HvpKe заданного уровня сигнал на вькоие порогового э; емента 39 сгано EHTC-i равным О ;: лостунает ка логяче элемент НЕ 40, первый вхоа 43 лсГччеекого элемента ИЛИ 44 л первый вход 49 логического элементам 46.11рн этом становится реьным U сигнал ьа выхегкв логическего элемента и выхода 37 н 38 бло1са 17 упра1 леиия, гигнал, равный О, с которых поступает на ;)Лвмент iiE 43. Ка выводы 60 и о J. элe :oнта ИЛИ 45 nocjyufiiOT си1на л 1. ; ав}/ые 1, с логических эломяп ой НЕ 40 и 4 что привоцтгс к нопв:тени1о cirrnajra .1 н его выходе. В результате на лочаекогО элемента И 47 и выходах л9 li 20 бгюка 17 управления сиг1:ал1 т ста кзвятся равньши 1. Зат-ом сигнал, piiBHt 1, с Быхола 19 блока 17 уиуавл&ния поступает на логический елемект }1- 41. вьпчоца которого и порогового элемента 9 сигналы поступают на вхоаы 52 и 48 -огнчэского элемента ИЛИ 44, В резуль ате на его и выходе блока 17 уп- ав.г;ения сипнал равен О. попышении напряжения сети выше а1;ан;(Оге уровня сигнал на выходе пороового элемента 39 становится равным 1 и поетунает на логический элемент iE 40, первый вход 48 логического элеента ИЛИ 44 и первый вхоа 49 логичесого элемента И 46. В результате на выопе элемента ИЛИ 44 к выходе 36 бло а 17 управления сигнал становится равым 1, С выхода 36 блока 17 управлеи;. сигна-д, равный 1, подается на логи- чссгскй элемент НЕ 42. На входы 50 и о1 .iiorvn-iecKoro элемента ИЛИ 45 сигна- Fjb; (JOC7;ynaioT с лог ических элеме)1тов НЕ 4О и 42, Так как на выходах этих элементов сигналы в данном случае равны О, то на Bbi;iOfie элемента ИЛИ 45 сигнал также равен О, что приводит к появ.тен1-;ю сигнале) О на выходе легического элемента И.ЛИ 47 и выходах 19 и 2О био;.;а 3/7 управления. После этого на выxofie ло;-ического элемента НЕ 41 ноявляется ;:игнал , который подается на вто- jMi злод 53 логического элемента И 46. первый г-ход 49 этого }ке элемента HOcijnacT 1 с iioporoBoro эле- 1.;ег,л 39, В результате на выходе логи рского элемента И 46 и выходах 37 и 33 блока J.7 управления, сигнал становитtvr: равны.. 1 п блок 17 упревпенкя BC.jDpSiUiaevCH rj исходное, состояние. Запан1:ый уровень напряжения, при котором прокзводитой переключение батареи j;oH/.;ei,;ca торов с последовательного ВКЛЕО-lentH на па заллельное и обратно, опреце.яет.ся параметрами узла нагрузки и сети КЗ условия обеспечения минимальных потерь к нагрузке и слабой электрической cein, При при подключении батареи ;чон;; енсасоров на стороне первичной об- могки (на стороне высокого напряяшния) 11ос;)ец0йательно величина реактивного со-;pO7i::B/ioni;H батареи Х выбирается из .. :н:о;.ия компенсация полностью или чесчгтчло ре-гктивного сопротивления транС (р.фматора и питающей Л1шии, так как при ,: обеспе.;:квается также устойчиэостз ра(г:: Ъ; пагрузкн, получаюшвй птаниа с т устройства регулкровапип напряжения. ii,-2iL., ... - I.,,, к ч. где - напряжение короткого замыкания трансфор }атора; - номинальные фазные напряжегния и ток первичной обмотки трансформатора; - коэффициент, учитывающий реактивное сопрютивление питающей линии, приведенное к напряжению , в долях от UK. Напряжение на конденсаторах батареи при максимальной нагрузке трансформатора по току, например, при пуске наиболее мощного двигателя, составляет «.UvU..., (2) (n,UKU. где Kfj, - кратность пускового двигателя;З.ц номинальный ток пускаемого двигателя, приведенный к напряжению U ц Для уменьщения насыщения и снижения потерь в нагрузке при повышенном напряжении в сети батарею кона«1саторов целе сообразно включать параллельно вторичной обмотке трансформатора. В этом случае реактивная мощность батареи кс«денсаторов равна , U,H где номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора. Для исключения перекомпенсации величинар др должна быт меньше реактивной мощности Q , потребляемой нагрузкой от вторичной обмотки трансформатора, т.е. Qtiap- A 2H H5 -2А - ток, потребляемый нагрузкой от вторичной обмотки трансформатора;П - разность начальных фаз напряжения 2д Из (3) и (4) следует -2( iiJ .4 iH 2AU2H-5inq Рассмотрим случай, когда трансформатор полностью загружен по току, т.е. А / и т (где К-г и / - коэффи трансформации). Тогда из (5) получают VMV (j5inC| Выражение (6) является условием, при выполнении которого одна и та же 6aiтарея конденсаторов может быть использована как на первичной, так и на втори ной сторонах трансформатора. При этом расщиряются функциональные возможное т( предлагаемого устройства, снижается установленная мощность конденсатора и капитальные затраты, что объясняется мень1щей стоимостью трех ключ по сравнен1йо со стоимостью батареи конденсаторов.