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

Изобретение относится к электр технике и может быть использовано например, для регулирования напря жения в слабой электрической сети содержащей трансформаторы, питающ узел нагрузки с асинхронными дви гателями, причем напряжение сети может изменяться как в большую, так и в меньшую сторону от номинального, а отклонения напряжения в узле- нагрузки не должны превыша допустимых по ГОСТ 13109-67. Известно . устройство для регулирования напряжения, с последовательной компенсацией потерь напря ния, содержащее две батареи конденсаторов, включенные последовательно, с помощью которых путем переключения батарей конденсаторо устройство позволяет получить три ступени уровня напряжения на выхо де 1, Недостатком данного устройства является низкий КПД, так как при напряжении питающей сети, превыша щем номинальное, устройство не ко пенсирует реактивную составляюшую тока, вызывающую дополнительные потери. Известно устройство для регулирования напряжения в электрической сети, содержащее батарею конденсаторов, включенную последовательно с узлом нагрузки, батарею конденсаторов, включенную параллельно узлу нагрузки, и два ключа, которые путем переключения позволяют получить три ступени напряжения на выходе 2. Недостатком данного устройства является повышенная установленная мощность конденсаторов из-за наличия двух батарей конден саторов и принятого способа коммутации батарей конденсаторов путем шунтирования батареи конденсаторов, включенной последовательно, и отключения батареи конденсаторов, включенной параллельно узлу нагрузки. Наиболее близким техническим решением к изобретению по достигае мому результату является устройств для регулирования напряжения, соде жащее батарею конденсаторов, соединенные с ней два ключа, датчик параметров сети, характеризующий уровень напряжения, трансформатор и систему управления Гз . Однако наличие двух батарей кон денсаторов (продольной и поперечной) завышает установленную мощнос конденсаторов при неполном ее испо зовании, так как устройство предусм ривает шунтирование продольной ком пенсации . Цель изобретения - расширение ф циональных возможностей устройства Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования напряжения, содержащее батарею конденсаторов, соединенные с ней два ключа, датчик параметров сети, характеризующий уровень напряжения, и трансформатор,снабжено шестью дополнительными ключами, блоком.управления, обеспечивающим переключение батареи с последовательного включения в цепи первичной обмотки трансформатора на параллельное в цепи вторичной обмотки, а батарея конденсаторов выполнена в виде двух секций, причем первый ключ первым выводом подключен ,к первому выводу первой секции батареи конденсаторов и первому выводу второго ключа, второй вывод второго ключа соединен с первым выводом второй секции батареи конденсаторов, второй вывод первого ключа соединен с вторым выводом второй секции батареи конденсаторов и первым выводом втоьюго дополнительного ключа, первый вывод второй секции батареи конденсаторов соединен с первым выводом ТЕзетьего дополнительного ключа, второй вывод которого присоединен к первому выводу четвертого дополнительного ключа, второй вывод четвертого дополнительного ключа соединен с первым выводом пятого дополнительного ключа и первичной обмоткой трансформатора, второй вывод пятого дополнительного ключа соединен с вторым выводом первой секции батареи конденсаторов, вторым выводом второго дополнительного ключа и первьом выводом шестого дополнительного ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом первого дополнительного ключа, вторые выводы второго ключа и первого дополнительного ключа соединены между собой, а цепи управления всех ключей и выход датчика параметров сети соединены с блоком управления. На чертеже представлена блоксхема предлагаемого устройства. Устройство для регулирования напряжения содержит первый ключ 1 с перBEJM 2, вторым 3 силовыми зажимами и цепью 4 управления, первую секцию 5 батареи конденсаторов с силовыми зажимами 6 и 7, второй ключ 8 с первым 9, вторым 10 выводами и цепью 11 управления, вторую секцию 12 батареи конденсатор(9в с первым 13 и вторым 14 выводами, первый дополнительный ключ 15 с первым 16, вторым 17 выводами и цепью 18 управления, второй дополнительный ключ 19 с первым 20, BTOptJM 21 выводами и цепью 22 управления, третий дополнительный ключ 23 с 24, вторым 25 выводами и цепью 26 управления, четвертый дополнительный ключ 27 с первым 28, вторым 29 выводами и цепью 30 управления, пятый доггалнительный ключ 31 с первым 32, вторым 33 выводами и цепью 34 управления, шестой дополнительный ключ 35 с первым 36, вторым 37 выводами и цепью 38 управления, транс форматор с первичной 39, вторичной 40 обмотками с первым 41 и вторым 4 выводами, датчик 43 параметров сети с входом 44 и выходом 45, систему 46 управления с входом 47 и восемью выходами 48-55. Первый ключ 1 первым выводом 2 подключен к первому выводу 6 первой секции 5 батареи конденсаторов и пе вому выводу 9 второго ключа 8, второй вывод 10 второго ключа 8 соединен с первым выводом 13второй секции 12 батареи конденсаторов, второй вывод 3 первого ключа 1 соединен с втор.ым выводом 14 второй секции 12 батареи конденсаторов и первым выводом 20 второго дополнительного ключа 19, Первый вывод 13 второй секции 12 батареи конденсаторов соединен с первым выводом 24 третьего дополнительного ключа 23, второй вывод которого присоединен к первому выводу 28 четвертог дополнительного ключа 27, второй вывод 29 четвертого дополнительного ключа 27 соединен с первым выводом 32 пятого дополнительного ключа 31 и первичной обмоткой 39 трансформатора. Второй вывод 33 пятого дополнительного ключа 31 соединен с вторым выводом 7 первой секции 5 батар конденсаторов, вторым выводом 21 вт рого дополнительного ключа 19 и пер вым выводом 36 шестого дополнительного ключа 35, второй вывод 37 кото рого соединен с первьом выводом 41 вторичной обмотки 40 трансформатор второй вывод 42 которой соединен с первым выводом 16 первого дополнительного ключа 15, вторые выводы 10 и 17 второго 8 и первого 15 допо нительного ключей соединены между собой, выход 45 датчика 43 параметр сети и цепи 4,11,18,22,2,30,34 и 38 управления соединены с выходами 48-55 соответственно системы 46 управления. Представленная на чертеже схема устройства для регулирования напряжения показана в однофазном исполнении. В общем случае количество ус:Р ройств равно числу фаз сети перемен ного тока, в которую включается уст ройство. Все элементы предложенного устро ства для регулирования напряжения могут быть выполнены по любым известным СЧРМДМПри чтом ключи могут выполняться в виде контакторов или на тиристорах. Система управления может быть выполнена в виде блока, управляющего ключами 15,23,27,31,35 и обеспечивающего переключение батареи с последовательного включения в цепи первичной обмотки трансформатора на параллельное в цепи вторичной обмотки, и блока регулирования мощности батареи конденсаторов, управляющего ключами 1, 8 и 19. Устройство работает следукидим образом. В исходном состоянии при глубоких снижениях напряжения в электрической сети (первый уровень напряжения), обусловленных, например, пусковыми токами асинхронного двигателя, подключенного в узле нагрузки, сигнал, пропорциональный напряжению сети, с выхода 45 датчика 43 параметров сети подается на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 48, 52 и 54 системы 46 управления сигнал равен , на выходах 49,50, 51,53 и 55 сигнал равен О. При сигнале, равном , цепи управления 4,26 и 34 поддерживают ключи 1,23 и 31 в замкнутом состоянии. При сигнале, равном , цепи 11, 18, 22,30 и 38 управления поддерживают ключи 8,15,19,27 и 35 в разомкнутом состоянии. Таким образом, первая 5 и вторая 12 секции батареи конденсаторов включены последовательно между собой и с первичной обмоткой 39 трансформатора, обеспечивая максимальную компенсацию потери напряжения. При повышении напряжения в электрической сети до второго уровня, превышающего первый сигнал, пропорциональный напряжению сети переменного тока, с выхода 45 датчика 43 параметров сети подается на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 48,49,52 и 54 системы 46 управления сигнал равен а на выходах 50,51,53 и 55 сигнал равен О. При сигнале, равном , цепи 4,11,26 и 34 управления поддерживают ключи 1,8,23 и 31 в,замкнутом состоянии. При сигнале. О, цепи 50,51,53 и 55 управномравления поддерживают ключи 15,19,.. 7 и 35 в разомнутом состоянии. Таким образом, последовательно с первичной обмоткой 39 трансформатора включена только первая секция 5 батареи кЬнденсаторов. Поэтому устройство для регулирования напряжения обеспечивает меньшую степень компенса- ции напряжения по сравнению с компенсацией при первом уровне напряжения в сети. При повышении напряжения в электрической сети до третьего уровня, превышаюшего второй, с выхода 45 датчика 43 папяметппя сети подается сигнал на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 49,51,52 54системы 4& управления сигнал ра вен , а на выходах 48,50,53 и 55сигнал равен О, При сигнале, равном , цепи 11,22,26 и 34 уп равления поддерживают ключи 8, 19,2 и 31 взамкнутом состоянии. При сиг ле, равном , цепи 4,18,30 и 3 управления поддерживают ключи 1,15, 27 и 35 в разомкнутом состоянии. Таким образом, последовательно с пе вичной обмоткой трансформатора вклю чены соединенные параллельно между собой первая 5 и вторая 12 секции батареи конденсаторо:в. Поэтому устройство для регулирования напряжения обеспечивает меньшую степень компенсации потери напряжения по сравнению с компенсацией при втором уровне напряжения в электрической сети. При повышении напряжения в электрической сети до четвертого уровня, превышающего третий, с выхода 45 даг чика 43 параметров сети подается сигнал на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 48, 50,53 и 55 сигнал равен , на вы ходах 49,51-, 52 и 54 сигнал равен О . При сигнале, равном , ц пи 4,18,30 и 38 управления поддерживают ключи 1,15,27 и 35 в замкнут состоянии. При сигнале, равном 0 цепи управления 11,22,26 и 34 поддерживают ключи 8,19,23-и 31 в разом нутом состоянии. Таким образом, пер вая 5 и вторая 12 батареи конденсаторов соединены последовательно межд собой и включены параллельно вторичной обмотке 40 трансформатора. Устройство для регулирования напряжения производит компенсацию реактивной составляющей тока узла нагрузки. При повышении напряжения в электр ческой сети до пятого уровня, превышающего четвертый, с выхода 45 дат чика 43 параметров сети подается сиг нал на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 49,50,53 и 55 сигнал равен , а на выходах 48,51,52 и 54 сигнал равен О При сигнале, равном , цепи 11, 18,30 и 38 управления поддерживают ключи 8,15,27 и 35 в замкнутом состоянии. При сигнале, равном О, цепи управления 4,22,26,и 34 поддерживают ключи 1,19,23 и 31 в разомкнутом состоянии. Таким образом, первая секция 5 батареи конденсаторов оказывается подключенной параллельно вторичной обмотке 40 трансформатрра. Устройство для регулирот вания напряжения производит компенсацию реактивной составляющей тока узла нагрузки, величина которой возрастает в связи с увеличением напряжения в электрической сети по сравнению с составляющей при четвертом уровне. При повышении уровня напряжения в электрической сети до шестого уровня, превышающего пятый, с выхода 45 датчика 43 параметров сети подается сигнал на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 49,50, 51,53 и 55 сигнал равен , а на выходах 48,52 и 54 равен О. При сигнале, равном , цепи 11,18,22, 30 и 38 управления поддерживают ключи-8,15,19,27 и 35 в замкнутом состоянии. При сигнале, равном О, цепи управления 4,26 и 34 поддерживают ключи 1,23 и 31 в разомкнутом состоянии. Таким образом, первая 5 и вторая 12 секции батареи конденсаторов соединены параллельно между собой и включены параллельно вторичной обмотке 40 трансформатора. Устройство для регулирования напряжения производит компенсацию реактивной составляющей тока узла нагрузки, величина которой возрастает в связи с увеличением напряжения в электрической сети по сравнению с состав.пящей при пятом уровне. При понижении напряжения до первого уровня сигнал с выхода 45 датчика 43 параметров сети- подается на вход 47 системы 46 управления. При этом на выходах 48,52 и 54 системы 46 управления сигнал равен , на выходах 49,50,51,53 и 55 сигнал равен О. При сигнале, равном 0 цепи 11,18,22,30 и 38 управления поддерживают ключи 8,15,19, 27 и 35 в разомкнутом состоянии. Первая 5 и вторая 12 секции батареи конденсаторов включены последовательно между собой и с первичной обмоткой 39 трансформатора, обеспечивая максимальную компенсацию потери напряжения, а устройство для регулирования напряжения возвращается в исходное состояние. Таким образом I достигается расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства. Устройство для регулирования напряжения имеет большое количество уровней напряжения, при которых изменяются реактивная мощность и место включения батареи конденсаторов. Одна и та же батарея конденсаторов используется как для последовательного включения в цепь первичной обмотки трансформатора, так и параллельно его вторичной обмотке. При этом уменьшается стоимость предлагаемого устройства, так стоимость одной батареи конденсаторов в ряде случаев превыIlaeT стоимость доп-олнительных ключей . Мощность секций батареи конденсаторов и уровня напряжения, при которых производится переключение с последовательного на параллельное и изменение мощности батареи конденсаторов, определяются параметрами узла

нагрузки из условия обеспечения устойчивости и минимальных потерь в узле нагрузки и электрической сети .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее батарею конденсаторов, соединенные с ней два ключа,датчик параметров сети, характеризующий уровень напряжения трансформатор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено шестью дополнительными ключами, блоком управления, обеспечивающим переключение батареи с последовательного включения в цепи первичной обмотки трансформатора на параллельное в цепи вторичной обмотки, а батарея конденсаторов выполнена в виде двух секций,причем первый ключ первым выводом подключен к первому выводу секции батареи конденсаторов и первому выводу второго .ключа, второй вывод второго ключа соединен с первым .выводом второй секции батареи конденсаторов, второй вывод первого кд1юча соединен с вторым выводом второй секции батареи конденсаторов и первым выводом второго дополнительного ключа, первый вывод второй секции батареи конденсаторов соединен с первым выводом третьего дополнительного ключа, торой вывод которого присоединен к первому выводу четвертого дополнительного ключа, второй вывод четвертого дополнительного ключа соединен с первым выводом пятого дополнительного (Л ключа и первичной обмоткой трансформатора, второй вывод пятого дополнительного ключа соединен с вторым выводом первой секции бата-, реи конденсаторов, вторым выводом дополнительного второго ключа и и первым выводом шестого дополнительного ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом вто со о со ричной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом первого дополнительного ключа, вторые выводы второго ключа 4 и первого дополнительного ключа соединены между собой, а цепи управ05 ления всех ключей и выход датчика параметров сети соединены с блоком управления.

Lr

53

Г-.Л

-J I