Устройство для регулирования реактивного тока Советский патент 1985 года по МПК G05F1/14 G05F1/70 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для плавного бесступенчатого быстродействующего регулирования величины реактивного тока в статических регулируемых компенсаторах реактивной мощности, устройствах симметрирования нагрузок многофазных цепей, стабилизаторах переменного и выпрямленного тока и напряжения. Известно устройство для плавного бесступенчатого малоискаженного регу лирования реактивного тока (.R 0) на основе дросселя насыщения с безразрывной коммутацией рабочего тока в цепи переменного тока и цепи тока управления, состоящее из двух полуволновых дросселей насыщения, электромагнитного нелинейного корректив рующего элемента, диода, двухполупериодного выпрямителя, магнитного усилителя с самонасьш1ением, двух входных выводов. Каждый полуволновой дроссель насьще,ния выполнен на ферро магнитном сердечнике, на котором рас положены обмотки возбуждения, обмотк подмагничивания и обмотка для протекания четных гармоник TOfta. Нелинейньш корректирующий элемент выполнен на ферромагнитном сердечнике с немаг нитным зазором, на котором расположе обмотка подмагничивания и обмотка дл протекания четных гармоник тока. Раб чие обмотки полуволновых дросселей насьпцения соединены между собой последовательно-встречно и подключен к входным выводам, на которые подается питающее напряжение. Обмотки подмагничивания полуволновых дросселей насыщения соединены между собой последовательно-согласно и последовательно с обмоткой подмагничивания нелинейного корректирующего элемента и все вместе подключены к выходу двухполупериодного выпрямителя по постоянному току. Безразрьшная комму тация рабочего тока в таком устройст ве осуществляется путем регулировани переменных магнитных потоков в ферро магнитных сердечниках полуволновых дросселей насьпцения с помощью измене ния величины постоянных магнитных потоков, возбуждаемых в тех же ферромагнитных сердечниках. Безразрывная коммутация тока в цепи управления осуществляется с помощью магнитного усилителя с самонасьпцением. Время регулирования устройства опредаляется инерционностью цепи управления магнитного усилителя и инерционностью цепи управления дросселя насьщения и составляет несколько десятков периодов переменного токар. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для плавного бесступенчатого малоискаженного регулирования реактивного тока (R, 0) на основе дросселя насыщения с безразрывной коммутацией рабочего тока в цепи переменного тока, в котором с целью повьш1ения быстродействия регулирования коммутация тока, протекающего в цепи управления дросселя насьпдения, осуществляется с помощью двух однонаправленных тиристорных ключей, содержащее первый и второй полуволновые дроссели насыщения с обмотками возбуждения, общей обмоткой подмагничивания, два однонаправленных тиристорных ключа, двухполупериодный выпрямитель с первым и вторым выводами по переменному току, подключенный плюсовым выводом к началу обмотки подмагничивания и минусовым - к концу, обмотки подмагничивания, при этом обмотки возбуждения nonyBOjIHOBBIX дросселей насыщения соединены между собой последовательно-встречно и последовательно с первым и вторым выводами по переменному току двухполупериодного выпрямителя t23. Однако в известных устройствах для уменьшения нелинейных искажений формы кривой рабочего тока (тока, протекающего в цепи переменного тока) и одновременно для сглаживания пульсаций тока, протекающего в цепи управления дросселя насьщ5ения используется злектромагнитный нелинейный корректирующий элемент, выполненный на том же магнитопроводе и с аналогичным числом обмоток, что и каждый полуволновой дроссель насьпцения, но и число витков каждой обмотки в УТ больше, чем у соответствующих обмоток полуволнового дросселя насьщ1ения. Электромагнитный корректирующий элемент увеличивает вес и габариты устройства на 33%, что является недостатком известных устройств. Цель изобретения - уменьшение массо-габаритных показателей. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования реактивного тока, содержащем первый и второй полуволновые дроссели насьпцения с обмотками возбуждения общей обмоткой подмагничивания, два однонаправленных тиристорных ключа, двухполупериодный выпрямитель с первым и вторым выводами по переменному току, подключенньй плюсовым вы водом к началу обмотки подмагничивания и минусовым - к концу обмотки подмагничивания, при этом обмотки возбуждения полуволновых дросселей насьпцения соединены между собой последовательно-встречно и последовательно с первым и BTOpbjM выводами по переменному току двухполуперйодного выпрямителя, анод каждого однонаправленлого тиристорного ключа подключен к крайнему выводу обмотки возбуждения соответствующего полуволнового дросселя насьщения, а катоды упомянутых тиристорных ключей соединены и подключены к точке последовательного соединения между собой упомянутых обмоток возбуждения На фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства. Устройство состоит из полуволновых дросселей 1 и 2 насьщения, фазного 3 и нулевого 4 выводов, однонап равленных тиристорных ключей (тирис торов) 5 и 6, переменного резистора 7, блока 8 импульсно-фазного управления тиристорами 5 и 6, двухполупериодного выпрямителя 9 реактивног тока. Обмотка 10 возбуждения размещена на ферромагнитном сердечнике 11 полуволнового дросселя 1 насьщения, а обмотка 12 возбуждения - на ферро магнитном сердечнике 13 полуволново го дросселя 2 насьщения. На ферромагнитных сердечниках 11 и 13 размещены, кроме того, обща обмотка 14 подмагничивания и пусков обмотка 15, замкнутая на переменный резистор 7. Обмотки 10 и 12 возбуждения соединены между собой последовательновстречно. На фиг. 2 показаны кривая 16 реа тивного тока, в режиме холостого ход (тиристоры 5 и 6 полностью закрыты) кривая 17 - при угле открьтания тиристоров 5 и 6, {)авном у ( кривая 18 - при угле открывания тиристоров 5 и 6, равном у. Устройство работает следующим образом. При подключении устройства к питающей сети в цепи обмотки 10 и 12 возбуждения начинает протекать ток холостого хода Jp . Величина тока холостого хода определяется в основном индуктивностью . последовательно соединенных обмоток 10 и 12 возбуждения полуволновых дросселей 1 и 2 -насьпцения и сопротивлением пускового резистора 7. Величина рабочей индукции & в ферромагнитных сердечниках полувол- новых дросселей насьщения не должна превьшать допустимого значения В. . При превышении рабочей индукцией допустимого значения В/оп изображающая точка магнитного состояния попадает при малых подмагничиваниях (1/4 ЗО.НЫ полного подмагничивания) на участки петли гистерезиса с большими значениями дифференциальной магнитной проницаемости и коррекция нелинейных искажений формы кривой рабочего тока в цепи переменного тока становится невозможной. Допустимая величина магнитной ин-дукции в ферромагнитных сердечниках полуволновых дросселей насыщения является одним из трех условий широкодиапазонной коррекции нелинейных искажений формы кривой рабочего тока дросселя насьщения с. последовательным соединением обмоток возбуждения. Для электротехнических сталей допустимая величина рабочей индукции ..составляет B 6000-7000 Гс. При значениях рабочей магнитной индукции Вр Вдоп работа ферромагнитных сердечников полуволновых дросселей насьщения происходит на частных петлях гистерезиса с постоянным значением магнитной проницаемости для каждой частной петли гистерезиза. Это обеспечивает синусоидальную форму кривой реактивного тока наряду с двумя другими условиями широко-; диапазонной коррекции нел 1нейных искажений (наличие отдельного контура для протекания четных гармоник тока и необходимого соотношения индуктивностей нелинейного корректирующего элемента, установленного в цепях возможного протекания четных гармоник тока, и индуктивности полуволнового дросселя насыщения для каждого значения тока подмагничивания. Это соо ношение должно быть равно двум). В режиме холостого хода тиристор 5 и 6 закрыты, дифференциальная маг нитная проницаемость магнитных серд ников 1 1 иэ13 имеет большую величин и вследствие этого ток холостого хо да имеет небольшую величину ( 5-10 от номинального значения рн ). В результате электромагнитной симметрии питающее напряжение распр деляется поровну между обмотками 10 и 12 возбуждения. При выбранном включении последних питающее напряжение в режиме холостого хопа не трансформируется в отмотки 14 и |l5 соответственно подмагничивания и пусковую. Пусковая обмотка 15 предназначена для надежного открывания тирис торов 5 и 6. С помощью переменного резистора 7 (например, для тиристор Т10-16 сопротивление резистора 7 равно 600 Ом) устанавливается оптимальное значение тока, протекающего в цепи пусковой обмотки 15, которое обеспечивает включение тиристоров 5 и 6 при любом значении индуктивности обмоток 10 и 12 возбуждения. В каждый полупериод питающего напряжения оба ферромагнитных сер- дечника 11 и 13 подмагничиваются ампер-витками создаваемыми протекающим в обмотке 14 полмагничивания двухполуперйодным выпрямленным реактивным током. В режиме холостого хода, когда угол открывания тиристоров 5 и 6 равен oL Л и тиристоры закрыты в течение всего периода питающего напряжения, в обмотке 14 подмагничивания протекает выпрямленный двухполупериодный ток холостого хода I Зрх , величина которого имеет неболь шая (:5-10% от p ). Когда угол открывания тиристоров 5 и 6 , т.е. когда каждый тиристор 5 или 6 находится в открытом состоянии, часть соответствующего полупериода питающего напряжения. В этом случае на время шунтирования открытым тиристором обмотки возбуждения полуволнового дросселя насыщения происходит подмагничивание ферромагнитного сердечника этого полуволнового насыщения выпрямленным двухполуперйодным реактивным током. при этом степень подмагничивания ферромагнитного сердечника определяется углом открывания тиристора. На интервалах закрытого и открытого состояний тиристоров 5 и 6 в каждый полупериод питающего напряжения устройство работает следующим образом. В начале первого полупериода питающего напряжения оба тиристора 5 и б закрыты, и ток протекает по обмоткам 10 и 12 возбуждения, соединенных последовательно-встречно. Степень текущего подмагничивания ферромагнитных сердечников 11 и 13 определяется временем открытого состояния тиристоров 5 и 6 соответственно в предыдущий полупериод питающего напряжения. Питающее напряжение распределяется поровну между обмотками 10 и 12 возбуждения и перемагничивает ферромагнитные сердечники 11 и 13 по частным петлям гистерезиса, наклон которых определяется степенью попмагничивания каждого ферромагнитного сердечника в соответствующий прлупериод питающего напряжения. От наклона частных петель гистерезиса зависят среднее значение магнитной проницаемости каждого ферромагнитного сердечника 11 и 13 и соответственно величина реактивного тока, протекающего по последовательновстречно соединенных между собой обмоткам 10 и 12 возбуждения. f В эту часть полупериодов питающего напряжения ампер-витки обмотки 10 возбуждения и ампер-витки обмотки 14 подмагничивания, по которой протекает выпрямленный двухполупериодный реактивный ток, направлены согласно, и ферромагнитный сердечник 11 перемагничивается по частной петле гистерезиса в положительном направлении, а ампер-витки обмотки 12 возбуждения и ампер-витки обмотки 14 подмагничивания полуволнового дросселя 2 насыщения направлены встречно, и ферромагнитный сердечник 13 перемагничивается в отрицательном направлении (противоположном направлению перемагничивания ферромагнитного сердечника 11). Ферромагнитные сердечники 11 и 13 еремагничиваются по частным петлям гистерезиса, на которых текущее гновенное значение магнитной проицаемости изменяется незначительно. поэтому форма кривой реактивного тока повторяет синусоидальную форму кривой питающего напряжения. Кривая реактивного тока сдвинута к кривой - по отношению на угол питающего напряжения. В момент открывания тиристоров 5 все напряжение сети переменного тока имеющееся в текущий момент времени, прикладывается к обмотке 12 возбуждения и полуволновой дроссель 2 насыщения переходит в трансформаторный режим работы. Электромагнитная симметрия полуволновых дросселей 1 и 2 насьпцения нарушается, и в результате дальнейшего перемагиичивания в отрицательном направлении ферромагнитного сердечника 13 полуволнового дроссел 2 насьш(ения на концах обмотки 14 по магничивания и пусковой 15 обмотки появляется ЭДС удвоенной частоты, которая вызывает протекание тока удвоенной частоты в контурах, образованных соответственно обмоткой 14 подмагничивания и двухполупериодным выпрямителем 9, пусковой обмоткой 1 и переменным резистором 7. Величина тока удвоенной частоты ограничивается магнитным состоянием ферромагнитного сердечника 11 (степенью его текущего подмагничивания) и числом витков обмоток 14 и 15 соответственно подмагничивания и пусковой, расположенных на ферромаг нитном сердечнике 11, а также сопротивлением переменного резистора 7 С момента шунтирования обмотки возбуждения тиристором 5 реактивный ток начинает полностью протекать через тиристор 5 и обмотку 12 возбуждения. Ампер-витки, создаваемые обмоткой 10 возбуждения, стано вятся равным нулю, и подмагничивание ферромагнитного сердечника 11 уменьшается в два раза (пока тиристоры 5 и 6 закрыты, ампер-витки 10 и 14 соответственно возбуждения и подмагничивания равны между собой так как равны числа витков и токи, протекающие в этих обмотках). Точк магнитного состояния ферромагнитного сердечника 11 переходит на частную петлю гистерезиса со значе нием средней магнитной проницаемос примерно в два раза большей, чем н редьщущей частной петле гистерезиса. связи с этим ИНДУКТИВНОСТЬ полуолнового дросселя 1 насьш ения увеичивается также .примерно в 2 раза. Полуволновой дроссель 1 нась1щения оказывается включенным в цепях протекания, тока удвоенной частоты. Ток удвоенной частоты вызывается ЭДС удвоенной частоты, появляющейся на концах обмотки 14 подмагничивания в момент открывания тиристора 5. В интервал времени, открытого состояния тиристора 5 в цепи протекания реактивного тока оказывается включенной такая же эквивалентная индуктивность , как и на интервале времени закрытого состояния тиристоров 5 и 6, поэтому переход тиристора 5 из закрытого состояния в открытое при любом угле его включения не вызывает изменение формы кривой реактивного тока. Она остается синусоидальной в течение времени всего полупериода. Кривая реактивного тока сдвинута по отношению к кривой на угол питающего напряжения. В следующий полупериод питающего напряжения открывается тиристор 6, и электромагнитные процессы протекают зеркально по отношению к полуволновым дросселям 1 и 2 насыщения. В начале второго полупериода питающего напряжения оба тиристора 5 и 6 снова закрыты, и реактивный ток протекает по обмоткам 12 и 10 возбуждения, соединенным последовательно-встречно. Степень текущего подмагничивания ферромагнитных сердечников 13 и 11 определяется временем открытого состояния тиристоров 5 и 6 соответственно в предыдущий полупериод питающего напряжения. Питающее напряжение распределяете поровну между обмотками 12 и 10 возбуждения и перемагни ивает ферромагнитные сердечники 13 и 11 по частным петлям гистерезиса, наклон которых определяется степенью подмагничивания каждого ферромагнитного сердечника соответственно в предьщущий полупериод питающего напряжения. От наклона частных петель гистерезиса зависят среднее значение магнитной проницаемости каждого ферромагнитного сердечника, и соответственно величина реактивного тока. В эту часть полупериода питающег напояжения ампео-витки обмотки 12 и ампер-витки обмотки 14 подмагничивания, по которой протекает двухполупериодный реактивный ток, направлены согласно, и.ферромагнитный сердечник 13 перемагничивается на частной петле гистерезиса в поло жительном направлении, а ампер-витк обмотки 10 возбуждения и ампер-витк обмотки 14.подмагничивания полуволнового дросселя 1 насыщения направлены встречно, и ферромагнитный сердечник 11 полуволнового дросселя 1 насыщения перемагничивается в отрицательном направлении (противоположном направлению перемагничивания ферромагнитного сердечника 13). Поскольку ферромагнитные сердечники 13 и 11 перемагничиваются по частным петлям гистерезиса, на которых текущее мгновенное значение магнитной проницаемости изменяется незначительно, форма кривой реактив ного тока повторяет форму кривой питакнцего напряжения, т.е. синусоидальную форму. Кривая реактивного тока сдвинута отношению к кривой Л Т по на угол питающего напряжения. В момент открывания тиристоров 5 и 6 все напряжение сети переменно тока, имеющееся в текущий момент времени, прикладывается к обмотке 10 возбуждения, и полуволновой дрос сель 1 насьпцения переходит в трансформаторный режим работы. Электромагнитная симметрия полуволновых дросселей 2 и 1 насыщения нарушается, и в результате дальнейшего перемагничивания в отрицательном направлении ферромагнитного сердечника 11 полуполнового дросселя 1 насьш1ения на концах обмотки 14 подмагничивания и пусковой 15 обмот ки появляется ЭДС удвоенной частоты которая вызьгоает протекание тока удвоенной частоты в контурах, образованных соответственно обмоткой 14 подмагничивания и двухполупериодным выпрямителем 9, пусковой обмоткой 1 и переменным резистором 7. Величина тока удвоенной частоты ограничивается во втором полупериод питающего напряжения магнитным состоянием ферромагнитного сердечника 13 (степенью его текущего подмагничивания) и числом витков обмоток 14 и 15 соответственно подмагничивания и пусковой, расположенных на ферромагнитном сердечнике 1-3, а также сопротивлением переменного резистора 7. С момента шунтирования обмотки 12 возбуждения тиристором 6 реактивный ток начинает полностью протекать через тиристор 6 и обмотку 10 возбуждения. Ампер-витки, создаваемые обмоткой 12 возбуждения, становятся равными нулю, и подмагничивание ферромагнитного сердечника 13 уменьшается в два раза (пока тиристоры 5 и 6 закрыты, ампер-витки обмоток 12 и 14 соответственно возбуждения и подмагничивания равны между собой, так как равны числа витков и токи, протекающие в этих обмотках). Точка магнитного состояния ферромагнитного сердечника 13 переходит на частную петлю гистерезиса со значением средней магнитной проницаемости примерно в два раза большей, чем на предыдущей (до открытия тиристора 6) частной петле гистерезиса. В связи с этим индуктивность полуволнового дросселя 2 насьш(ения увеличивается также примерно в два раза. Полуволновой 1цроссель 2 насьицения оказывается включенным в цепях протекания тока удвоенной частоты, который вызывается ЭДС удвоенной частоты, появляющейся на концах обмотки 14 подмагничивания в момент открывания тиристора 6. На интервале времени открытого состояния тиристора 6 в цепи протекания реактивного тока оказывается включенной такая же эквивалентная индуктивность, как и на интервале времени закоытого состояния тиристоров 5 и 6, поэтому переход тиристора 6 из закрытого состояния в открытое при юбом угле его включения не вызывает зменение формы кривой реактивного ока. Она остается синусоидальной в ечение времени всего второго полуериода. Кривая реактивного тока сдвинута а угол по отношению к кривой итающего напряжения. Таким образом, каждый полупериод питающего напряжения индуктивность устройства в .целом как в интервале времени закрытого состояния тиристоров 5 и 6, так и в интервале времени открытого состояния практически остается постоянной. Каждое новое значение реактивного тока устанавливается путем изменения угла открывания тиристоров 5 и 6 с помощью блока 8 импульсно-фазозого управления тиристорами. При каждом новом угле открывания тиристоров 5 и 6 устройство работает в каждый прлупериод питающего напряжения аналогично указанному при этом .чем меньше угол открывания тиристоров 5 и 6, тем больше степень подмагничивания ферромагнитных сердечников 11 и 13 и значит меньше наклон частной петли гистерезиса, по которой перемещается изображанмцая точка магнитного состояния ферромагнитных сердечников 11 и 13 полунрлновых дросселей 1 и 2 насыщения, соответственно меньше среднее значение магнитной проницаемости ферромагнитных сердечников 11 и 13 и тем больше величина реактивного тока. Преимущвствад1И предлагаемого устройства по сравнению с известным являются малые габариты и масса.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОГО ТОКА, содержащее первый и второй полуволновые дроссели насыщения с обмотками возбуждения, общей обмоткой подмагничивания, .два однонаправленных тиристорных ключа, двухполупериодн выпрямитель с первым и. вторым выводами по переменному току, подключенный плюсовым выводом к началу обмотки подмагничивания и минусовьнч - к концу обмотки подмагничивания, при этом обмотки возбуждения полуволновых дросселей насыщения соединены между собрй последовательновстречно и последовательно с первым и вторым выводами по переменному току двухполупериодного выпрямителя, о т- личающееся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей, анод каждого однонаправленного .тиристорного ключа подключен к крайнему выводу обмотки возбуждения соответствующего полуволнового дросселя насыщения, а катоды упомянутых тиристорных ключей соединены и подключены к точке последовательного соединения между собой упомянутых обмоток возбуж-дения.i