Способ автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности трехфазной системы Советский патент 1985 года по МПК H02J3/26 

2F

jV,i)cJt-vcos i f-e)

(i .(

весь период основной гармоники электрического тока питающей сети делят на четыре временных интерзала, в каждом из которьк определяют и сравнивают мезкду собой экстремальные зна чения корректирующих сигналов и ) , формируют корректирующие импульсы, амплитуда которых пропорциональна упомянутым экстремальным значениям, а длительность равна времени отдельного интервала, и вырабатывают управляющее воздействие на корректирующее управляемое сопротивление в зависимости от отношения экстремальных значений и номера временного интервала, причем в приведенных выражениях приняты следующие ббозначения:

управляющие воздействия ,

напряжения на нагрузке и на управляемых реактивных сопротивлениях соответственно индуктивного и емкостного характера-,

i (t) - ток нагрузки-, io .- амплитуда тока

в фазах трехфазной cиcтeм л,

0

-фазовый угол трехфазной системы-,

t

-время;

-угловая частота; i(t) - суммарный ток

нагрузки и корректирующего управляемого сопротивления -,

К и Вк - коэффициенты разложения суммарного тока нагруз-. ки и тока корректирующего управляемого сопротивления в тригонометрический ряд Фурье.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО СИММЕТРИРОВАНИЯ ТОКОВ И СТАБИЛИЗАЦИИ ЗАДАННОГО КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ, на линейное напряжение которой подключена однофазная нагрузка, на отстающее и опережающее линейные напряжения по отношению к напряжению однофазной нагрузки подключены управляемые реактивные сопротивления индуктивного и емкостного характера соответственно, а параллельно однофазной нагрузке подключено корректирующее управляемое сопротивление емкостного характера, отличающий с я тем, что, с целью симметрирования нестационарных нелинейных нагрузок, измеряют мгновенные значения напряжения на реактивных сопротивлениях и на нагрузке , измеряют мгновенные значения суммарного тока нагрузки и тока корректирующего управляемого сопротивления и преобразуют их р тригонометрический ряд Фурье, определяют фазовый угол трехфазной системы и амплитуду тока в фазах трехфазной системы из следующих выражений: 4-2. ,--A,v.,.. 2Vr . .3 ,,- тАс--Тг-Йг | 3 5 5 2. V36,-jAjt-| A,.,igf,,V. I- г.) (Л или v B -a j A -VsB,-... icos(.0) вырабатывают управляющие воздействия на управляемые реактивные сопротивления и преобразуют их в сигналы управления последними, причем en O5 управляющие воздействия определяют из выражений Ujt)dt QO IsD Fji) 7 гг ntl-iosinjwt- -®) . IОТ u) f ( di - t - y- -e) F,lt)cuUjt) формируют корректирую 1ие Сигналы в соответствии с выражениями i(t)-4Sinlu)t-y-0) -J

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для симметрирования однофазных «нагрузок с изменяющимися во времени параметрами, прежде всего нелинейных, быст ропеременных и ударных нагрузок большой единичной мощности. Подключение таких специфичных электроприемников к трехфазной системе ведет к проявлению взаимного влияния между ними и питающей сетью вызывая значительный электромагнитный и технологический ущерб. Целью изобретения является симметрирование однофазных нестационар ных нелинейных нагрузок. На фиг. 1 изображена принципиаль ная схема нагрузочного узла с двухэлементным симметрирующим устройством-, на фиг. 2 - то же, с трехэлементным симметрируюшим устройствомj на фиг. 3 - то же, с однофазным тиристорным перек.1тючателем; на фиг. 4 - временная диаграмма тока нагрузки; на фиг. 5, 6 и 7 - временные диаграммы токов в фазах нагрузочного узла при различных токах нагрузки; на фиг. 8 - принципиальная схема устройства для осуществления способа автоматического симметрирования токов. Обеспечение возможности симметрирования однофазных нелинейных нагрузок и стабилизации заданного коэффициента мощности достигается за счет введения нового принципа управления симметрирующими элементами j подключенными к нагрузочному узлу электрической Сети. Допустим, что на линейное напряжение сети, например U (t) Upsiri(u) t + ТГ/б) , подключен управляемый индуктивный элемент L(t) , на пинейное напряжение U, (t) - -Uosin (wt - Т/6) подключен управляемый емкостной гшемент C(t), а на линейное напряжение Ид (t) -Uocos xwt - нелинейная нагрузка 7,ц(t) (фиг. 1). Для такой трехэлементной электрической цепи (нагрузочного узла) можно записать следующие уравнения: ))ytv, где q, (t) и ii (t) - заряд на.емкос ном элементе C(t) и ток в индуктив ном элементе L(t). Очевидно, что токи.в элементах C(t) и L(t) определяются ги-|т 1 в с фазах нагрузоч а токи i. ного узла в соответствие с первым законов Кирхгофа i(t) 4(t),- i-i/ led-) -ii(t) + i« (t) ip(t) i, (t) - i«(t) Cr I - -,f .где i(t) - ток наг4)узки Zt(t). Условия задания полной (амплитуд ной и фазовой) симметрии токов i ( ie, (t), ig (t) и требуемого коэффи1:р1 т.а мощнос-ти можно записать следующ образом: i (t) iesin (tot - hk) - ( iosin (Wt H) ij. (t) iosin ( + где ie - задаваемое значение велич йы (модуля) фазных токов i (t), ig (t), i(;(t), H - фазовый угол трехфазной ц пи на входе нагрузо.чного узла. Из выражений (3) и (4) следует iosin (wt - H ) i(t) - i (t /jfp iosin (o.t H) + + ) (5 iusin (wt + y- H) i(t} - inCt) Поскольку уравнения (5) являются линейно зависимыми, т.е. сумма, например, второго и третьего из них дает первое уравнение, то с учетом выражений (1) и (2) i,)t-y--n i,4,u)Jt.iM, ; 1 21Г -) si(,wb-y cU)Uj,U)-i«H). Тогда из уравнений (6) и (7). определяются значения управляемых реактивных сопротивлений L(t) и C(t) U,,tt) U(t) i«lt)-;.siniwi- -н 5i;(4)crt-1 05(() С(Я-. S.tt) Уравнения-(8) и (9) дают возможность , определив мгновенные значения тока нагрузки 1ц (t) и соответствующих линейных напряжений сети JJ (t) и Uj (t), сформировать такие управляющие воздействия F (t) и F (t) , которые позволяют по зaдaннo fy закону изменять во времени параметрал индуктивности и емкости управляемых реактивньк сопротивлений, задаваясь полной (амплитудной и фазовой) симметрией токов 1д, ig, if. в фазах и коэффициентом мощности на входе нагрузочного узла. Тогда с учетом того, что на напряжение U;|3. (t) подключено управляемое сопротивление индуктивного характера, а fta напряжение Uj (t) реактивное сопротивление емкостноГо характера, управляющие воздействия F, (t) , FC (t) можно выразить следующим образом: FtCi)1ц«)-i.infcat-- -н | , ..Щy) W UcC-t) : , где Ui(t и U((t) - напряжения на управляющих реактивных сопротивлениях соответственно индуктивного и емкостного характера. Для обеспечения условия физической реализуемости управляемых реактивных сопротивлений L(t) и C(t), т.е. с целью принципиального иск 5 лктчения возможности параметрическо регенерации (эффекта отрицательно го сопротивления), в общем случае достаточно ввести дополнительное (корректирующее) управляемое реактивное сопротивление, например емкостного характера С (t.) , которое подключается параллельно нагрузке. В этом случае, учитывая, что Cn(t) подключен на линейное напряжение Ui (t) - напряжение нагрузки Цц (t) , можно записать )-4.i), откуда ток iK(t), протекающий через Ск(е), C, или с учетом выражений (6) к (7) 9m(wk-f-H) .,(:t)at ,.Ч А) 6 3 C,(U

2Т

,(t)M, -Н) 2 R ic t -«V|f i:(i)u,U))zji-t)- 13) Из уравнений (12) и (13) следует, что управляемые индуктивный и емкостной элементы должны изменяться во времени в этом случае по закону ;ц,(1)1 . i«(t)-vih(Jt:f-H),(i)u,,u) )(u))(v,).t) oj Uj,U) (5) Решая совместно уравнения (14) и (15) во времени и относительно параметра CK(t) с учетом выполнения условия физической реализуемое ти всех управляемых реактивных соп ротивлений (положительности функций) , получим пять систем неравенств для всего периода электрического тока сети (две из которых 1 и 5 - являются общими для одного интервала времени) X ( 1 1Jt)(t-y-H). ,u)iju(nat 1/05()ctt Ч) и„ Щ Следовательно, определив ток . i(t) и напряжение U(t) нелинейно нагрузки и задаваясь амплитудой и фазовой симметрией токор, входным коэффициентом мощности, формируютс корректирующие сигналы в (t) и (С) ) - AoSin I U.t- - - н.) tf.MY ,(.tHt Vt)at-VCO& t.y-M)(18 ки)K Ш и„{1) Выражения (16) с учетом (t7) и (18) в более компактной форме можно представить так АЛВ при min. АК niin Вк при min В /а 2(Г А,(ПР(( при min А щах при min А -d max ) AK и в при max А max В, (max АК max В) ,.;ы1.|-) (1 АцАВ при ma-Si A, В А.,1 при max A«.min В. /41 ТТ- () где А. и В - множества значений соответствен ctjt) и Ji (t); () -разность множест А( ) и B(A)j А,/ 6 В./ -симметричная раз ность множеств А, иВ,1- . А П В, -пересечение множеств А и дополнение к объ А„ U В, единению множест А, и В ; min А., (rain минимальное знач ние множеств АК(В), max Ay (max В,) максимальное значение множеств AK(B); (C,(t)| множество значений корректирующего управляющего сигнала, сравнивая которые между собой в указанных четырех интервалах с учетом выполнения выражений (16) и (19) можно определить допустимый диапазон изменения управляющего воздействия на корректирующий реактивный элемент, например Ск(ь), при котором невозможен эффект параметрической регенерации управляемых реактивных сопротивлений L(t) и C(t), т.е. всегда выполняется условие физической реализуемости такой электрической цепи. При этом в большинстве случаев управляемый корректирующий реактивный элемент можно и не вводить, хотя в самом общем случае это является необходимым. В тех случаях, когда .существует определенная зависимость меяду током и параметрами цепи нагрузки, например углом управления d. тиристорами вентильного преобразователя (фиг. 4), модулем проводимости или сопротивления и т.д.. а также в ряде других случаев с практической точки зрения весьма удобным является представление управляющих воздействий Fj. (t) и F (t) в виде функции изменения этихпараметров нагрузки. Дпя иллюстрации этого положения приведен гтример подключения активной нагрузки RH к линейному напряжению сети через однофазный тиристорньй переключатель переменного тока (встречно-параллельное соединение тиристоров при их естественной оммутации). Включение тиристоров такой схеме (фиг. 3) может осуествляться в любой момент времени течение каждого полупериода питающего напряжения. При этом форма ока, протекающего через нагрузку 9 . RU (хртя для упрощения и полагаем, что вольт-амперная характеристика R(4 линейная, тем не менее система нагрузка R - тиристорный переключатель в данном случае представ ляет собой существенно нелинейную цепь), имеет Ярко выраженный несинусоидальлый характер и зависит как от рода нагрузки, так и момента включения тиристоров, т.е. от величины угла st управления ими. -UQCOS bi-t/R о. V { UoCoSMt/R О - Lg COS w,t / R T.e, для различных интервалов проводимости (а также запертого состо ния) тиристоров, можно записать ток нагрузки через сигнум-функцию Vt).S6ni.H., и Мб ЧП1„( Тогда из выражений (1) и (2) сл дует -. U,-и-ч .V irfe) s(u,t. 1-). или с учетом выражений (3) - (5) {w;t-H) . COSCW tt )i, 1.1 и I fti Т, - н 1 -- f и + u) btt) 6 d ..)5in(-|) V . -;- I f г 1C I м f /.irf - -i 1 I 2H ..s Uo /.., . 7i i.) и„С05 . { sinN-t.-HJ- - 22 Г / . ufcos-.t |a)Cct)sm(o)t-|-)j-S(5 „- -g-- Из уравнений (21) и (22) после некоторых преобразований следует,чт u.cosc..:) -р -V- . . 2 .л. JVO u5 i;si h (U): - Н ) - 5ф11„ II 1 COS{ait+-Т н) - Sgn 1,, (24 92 Согласно второго закона Кирхгофа можно записать уравнение движения для такой простейшей цепи (фиг. 3) R,i(t) -Uocos W t, откуда . , XUu (t; - cos uj t. Аналитически зависимость тока нагрузки от времени может быть выражена с учетом временной диаграммы (фиг. 4) следующим образом: 4 J t - /2 ) ) -и/2-+1) i/2 +« uJti ir/2) /2 W14 2 +e(fcw-tt з1Г/2) м/2б u)t i .) Для удобства практического применения полученных выражений целесообразным является, например, определение гармонических составляющих в токе i,(t) нагрузки при различных . углах сз , отличных от нуля. Подставляя значения тока 1н() для всех интервалов времени выражений (20) в известные выражения для определения коэффициентов разложения в тригонометрический ряд Фурье, после преобразований получим li Г sin(,n-i)ii sinlii y i.1 л - KrSinln-1) 51п(.1 , (25) 1r- 41 -1)ct l-fOStnM) Таким образом, кривая тока нагрузки 1н(с) при фазовом управлении тиристорами в данном случае имеет следующее разложение в ряд Фурье: isin2 COS t - (27) )t.,-,n|rEi niL . 2L 51П(П+-)Л COS nut ifFS 1 т п.2 и- н f-cos(n-i)o( 1-costn+5. ы Sin n wt 1 Пч1 J Для большей наглядности ограничимся рассмотрением этого ряда (27) ,с конечным числом коэффициентов разложения, например .

1 |-V3/l..fB, 2Лс

-1,-it

иЛ

Чг

5W I

0 L 3vjO 2L

1 ,-A,

Ulit 1.

Uol 3(л)S-.ioJ)

...

иД 5o -j

ft ..

- иД 5U) J) Lz- Jv Aj-fe3 2B5 (31)

&и. -ё;1Аз -2А,,

o;--r,-B,v

0

В..,УГЬЛ.

55J

огда ток i (t), протекающий через пранляемое реактивное сопротивление C(t), определяется в зависиЯости от значений коэффициентов Фурье тока нагрузки следующим образом:

i,)t-|).C(t)

или

-Uosin (uJ t - -) CCt)

-Uosin (u)t - -f-) Aj-o -r

. c°s 2 u). t + sin 2 ш t +

Ac4. cos 4 u)-1 + BCV sin A ш tj

sinW t. .U,

4- B,UO - cos Uit 1 , -b IT,-

Т - BC, U, Ч- s 3

4 - , -. i B,,UO -b ,,U,+

4

I T, Т . -- 3 ш t 4- A

Т V о - -, lU L ft

Uc

+ cos

Bei,Uo -b А„и, sin 5u t -. + -j- Bc4 Ua cos 5;uit l А,и„ А,,4(У) Г 2С05(Ж-Н) L о 1 sih(-j--H jlsiniiot1 , ,-|A,4() ;jj6/-./5ТГ cos(f-H) :COs(----H)iDOSui V 5 i f-2-sih3u)t - -1. cos - sin 5u)t - 5 U)t . ) откуда, ., ) j,+-p2cos(-f-H) Ц|-и) COS Wi + A -VSfo.lAj lAstVSBg iV - 2.0S(-H) If-) S i n w i + Л jCOS i (3 /t + 6j si n 5.W HgCOsSoj.t + fegSih 5u)t. i Ток i(t), протекающий через уп равляемое реактивное сопротивление L(t), определяется аналогичньм ,cos((o,t.|.) yt) - W bU) i(t) -Ид cos (OJt + f ) иг 2U)t + BL.sin 2fJt 4U;t + B,4.sin iiWt + A(,.cos -f cos,,t . - Ци.А - U, Ai. 4 «i« 3u.,A,- (33 foSf-Po ®ul Ч At,4 4 J + cos 3t«i« V - и А г-и В чпр 4 1 А % 5.(, , ,А,,,,. °.,, -, 4W:o u4 4U) L,J или Д,У/5В.-2Аз Д -Узе; i,j(t1 sihtot2cos(-H) ,CO(f.H) ;, /,V3&,-2Vft,-V5&y + COStOt -/ 5 И 2co(-чи) /2H X (-.н) - I, COS 5 Wt л &,sin 5 Wt t S(dl 4 5 tot Вследствие того, что для цепи иг, 3) токи iA(t), IB (t) и ic (t) фазах определяются из уравнений . 1д (t) ) - L, (t) 1 iB(t) ) + inCt) (34) ic(t) i/t) - in(t) J дставив выражения (32) и (33) в авнения (34) , получим ,,. A,,-2f(,f(-, -4fH) xsm(wt--Y-H) - (35) ftA-vsg ifts T(V. (f-H) s(n(u)) (36) A..tA -yg&y b(t) 2cos() )(oj,t- --H) ,fA,.(ft,B) (t) 2cos(f-H 1(п(и)б+7-н) Из анализа выражений (35) - (37) видна строгая разовая симметрия ов 1д (t) ) и i (t) , а условие литудной их симметрии в произьный г омент времени записываеттак15 2- . 1 А - vfj В А t (л + зЬ ) 1 3 3 э 5 5 2oos(-H). «о A. c)s(f .и) Из равенства (38) определяется заданное значение коэффициента мо ности tp; н , при котором выполняе ся условие симметрии токов В .-|ч4. A,-iA,.-|-A,,, Т.е. задаваясь, в частности, всевозможными значениями угла управле ния oL тиристоров переключателя переменного тока для любого момента времени при заданном значении tg н. , определяемым из выражения (39), достаточно просто с помощью выражений (28) и (35) .- (38) убедиться в том, что при подключении к трехфазной сети такой существенно нелинейной электрической цепи (фиг. 3) всегда обеспечивается пол ная (амплитудная и фазовая) симмет рия токов 1д, ГБ и ic в фазах на входе нагрузочного узла. Аналогичным образом (это достаточно просто ,доказывается) осущест ляется симметрирование режима и . при нагрузке Z другого характера (индуктивного или емкостного). Весьма удобным для процесса уп равления нелинейными реактивными .: сопротивлениями L(t) и C(t) являе ся задание их не только в виде яв ного тригонометрического ряда Фурье, но и в виде периодической модуляции соответствующего параметра i и С, т.е. L.. () n ()СДЬ2 cos(Ut-M/). (41 В этом случае следует определит (или измерить) действительные коэффициенты Фурье тока нагрузки, значения которых вводят для вычис:u-, хУзГНо COS() в, sin (н) + А, cos ( - АЗ cos(-|- ) -Вз51( ) 92 ления по вьшеденным рекуррентным формулам компонент LO, Со, (Ьоомулам компонент Т.,, Гл. m л .V % модуляционных с TL, и -ff параметоов I(t) и C(t) и, тем самым, управляющих воздействий t (.cj и F.(t). Дпя иллюстрации возможностей этого подхода при управлении L(t) и C(t) обратимся к прежнему примеру, когда однофазная нагрузка RH подключейа к сети через тиристорный коммутатор с фазовым управлением .тиристоров (фиг. 3). В целях некоторого упрощения ограничимся разложением тока нагрузки в ряд Фурье при , т.е. помимо основной гармоники ток нагрузки содержит третью гармоническую составлякщую. Здесь уместно указать на тот факт, что дуговая сталеплавильная печь (ДСП) представляет собой весьма характерный пример такого рода нестационарной нелинейной нагрузки ZH(t) (фиг. 3), так как при подключении ДСП к заводской системе электроснабжения в последнюю генерируется ДСП.третья гармоника тока, величина которой может и превышать уровень первой гармонической составляющей, а поэтому проблема эффективного симметрирования ДСП с помощью известных традиционных технических средств не может быть успешно решена, хотя имеет чрезвычайно важное народно-хозяйственное значение. -,.- - i Следовательно, ток нагрузки i .(t) iB этзм случае аппроксимируется следующим рядом Фурье: IH (t) Ajcos (j t + sin 0) t + j cos 3 u) t + БД sin 3 to t Ж.- 2) коэффициенты которого определяются из выражений (28),,а управляемые параметры L(tO и C(t) модулируются во времени по закону (43) (.l, C(t) + mccos (2 u4 -4 ). . (44) Выразим компонент управляемых араметров, модулируемых в соответстии с (43) и (44) относительно ко-, ффициентов Фурье кривой тока нагруэи АЧ и В (iJ 1,3) .не приводя промежуочных математических преобразований.

2 |А + COS ( 7- MI

B,sin(, tH)-43COs(YtH)(fvHy

m,

4;..3

B.sin(f-;)-A,co.(|-H)-iAp,(|-H).iB,sin(|-H) /5 (o;cos(- - и)

С09(

c-t fe7ii4§-H)-A,cos{f-н)-1А5Сов(|-н).,51п(|-нУ

т.тг , + 6з a заданное значение коэффициента мощности при этом определяется из вьфажения 3&, (46 /,-iA ГТодставляя значения компонент, определяемых выражениями (45), в уравнения (43) и (44) и, соответст венно, в уравнения для токов L) (t « 4Ct) yt) ,tt), vW-ck Jii И учитывая уравнение (3) для опред ления токов в фазах i(t), i(t) и ic(t), можно достаточно просто убедиться в том, что при конкретном значении tg н определяемым выражением (46), эти токи сдвинуты строго на .ТГ/З относительно друг друга, симметричны (фазовая симмет рия токов) и равны по модулю (амплитудная симметрия) независимо , от величины угла управления oL , т.е. система токов д, i и 1с является уравновешенной (мгновенные значения мощности не зависят от. времени). На фиг. 5, 6 и 7 представлены в виде временных диаграмм токбв 1д, ifl и i в фазах на входе нагру зочного узла, токов 1 и 12 в управляемых реактивных сопротивления соответственно емкостного и индуктивного характера, а также тока 1ц натрузки и мгновенной мощности p(t) для случаев: угол управления сУ- - О (линейная нагрузка) J с - V:j И , - (нелинейная нагрузка) ре- ультаты математического

5 0

45) моделирования на ЭВМ электромагнитных процессов в цепи (фиг. 3) при способе симметрирования, проведенного в соответствии с вышеприведенными выражениями. Как видно из временных диаграмм для случаев и (фиг. 6 и 7), хотя кривая тока нагрузки iM(t) и имеет существенно несинусоидальный характер, тем не менее, управляя реактивными элементами L(t) и C(t) в соответствии с предложенным способом, токи 1д , , к TS фазах нагрузочного узла имеют чисто синусоидальную форму, сдвинуты строго на 2 /Ъ и равны по модулю. Таким образом, способ автоматического симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициента мощности в трехфазных системах обеспечивает полную (амплитудную и фазовую) симметрию токов и заданный фазовый угол электрической сети при подключении к ней нестационарных нелинейных однофазных нагрузок , например электродуговых сталеплавильных печей, принципиально новым путем, имеющим единый и взаимосвязанный подход к решению в комплексе проблемы симметрирования, компенсации реактивной мощности и улучшения гармонического состава . Все известные устройства для симметрирования однофазных нагрузок , компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник применимы для указанных целей в случае подключения к трехфазной системе только линейных нагрузок. Функциональная схема устройства для осуществления способа представлена на Фиг. 8. Данное автоматическое устройство осуществляет в соответствие с выражениями (10) и (11) быстродействующее и безынерционное управление входящими в его состав управляемыми реактивными, элементами, например, индуктивного и емкост ного характера. Устройство для автоматического симметрирования токов и стабилизации за 1;анного коэффициента мощности на входе нагрузочного узла подключено к фазам 1-3 питающей сети, а на одно из линейных напряжений (например Ujj ) подключена нелинейная нагрузка 4. В качестве управляемых реактивны сопротивлений в устройстве использу ются многосекционные вентильные преобразователи на базе ключевых ко мутаторов 5-7 тока, выполненных, в частности, на управляемых вентилях 8-19 с двусторонней проводимоетью.и искусственной коммутацией по однофазной мостовой схеме. Выход каждого ключевого коммутатора нагру жен на накопитель электромагнитной энергии, например индуктивный или емкостной. Более высокие показатели по быстродействию и гибкости процес са управления обеспечиваются при применении в качестве накопителя электромагнитной энергии реактора 20-22 с линейной вебер-амперной характеристикой. Эффект плавного и быстродействующего генерирования , (реактивное сопротивление емкостного характера) или потребления (реактивное сопротивление индуктивного характера) ргеактивной мощности достигается в данном случае за счет изменения сопротивления йакопителя т.е. регулирования частоты Ыр тока в реакторе. Мощность реактора / Qii , L, где Up - напряжение приложенное к реактору; Цр частота тока в реакторе. Таким образом, при неизменном Up реактивную моЩнос реактора можно изменять в широких пределах путем регулирования частоты UJp тока в нем, что легко осуществляется при работе ключевых ком мутаторов тока в режиме непосредственного преобразователя частоты. (НПЧ). Изменение знака реактивной мощности производится путем выбора алгоритма управления вентилями 8-19 входящими в систему НПЧ, с помощью . схемы управления. Обратный порядок чередования фаз (п и)/р - ш , где jt - частота управления работой вен тилей; сО - частота сети)-соответствует режиму потребления реактивной мощности, а прямой порядок следования фаз (-f(0f, +W) - режиму генерирования реактивной мощности. Следовательно, в первом случае такой преобразователь (многосекционный ИРМ) гфедставляет собой весьма быстродействующий и безынерционньгй вентильньш аналог управляемого сопротивления (5 и 20) индуктивного характера, а во втором - емкостного характера (6 и 21, 7 и 22). Система управления вентилями 8-19 ключевых коммутаторов тока (НПЧ) содержит измеритель 23 тока нагрузки, состоящий из измерительных шунта 24 и преобразователя 25 тока, измерительные преобразователи 26-28 напряжения, функциональный преобразователь 29 тока, интеграторы 30-32, формирователь 33 опорных сигналов , задатчик 34 симметрии токов, задатчик 35 коэффициента мощности, задатчик 36 временных интервалов, схему 37 вычисления синусных и косинусных, составляющих, множительные устройства 38-39, схемы 40-41 вычитания, множительно-делительные устройства 42-45, схему 46 возведения в квадрат, схему 47 вьделения минимума, схему 48 выделения максимума, схему 49 сравнения экстремумов , формирователь 50 корректирующих импульсов, формирователь 51 корректирующих управляющих сигналов , преобразователи 52-54 управляющих сигналов, формирователи 5557 импульсов управления вентилями. Принцип работы предложенного устройства заключается в следующем. Сигнал с выхода измерительного преобразователя 25 тока, пропорциональный току 1цСс), поступает на вход функционального преобразователя 29 тока, в котором осуществляется измерение коэффициентов Фурье этого сигнала и умножение последнего на сигнал, пропорциональный круговой частоте (jO электрического тока сети и поступающий с выхода формирователя 33 опорных сигналов, а также при необходимостн - задание тока iH(t) в виде детерминированной шш случайной функции параметров цепи нагрузки при непрерьганок или дискретном изменении временного аргумента. Форьшрователь 33 211 вырабатьшает опорные сигналы, которые пропорциональны значениям круговой частоте сети, мгновенной фазы tjOt для текущего момента временя И для t О (О)to), а также последовательности синхронизирующих импульсов, передние фронты которых соответствуют значениям венных фаз « 1ц /6, v«/tj, /3, (jutj /feH wtj. /г. С выхода формирователя 33 сигнал, пропорциональный а) , поступает кроме функцио нального преобразователя 29 на входы второго и третьего множительноделительного устройств 43 и 44, где он используется в качестве масштаб ного коэффициента, и на схему 46 во ведения в квадрат для формирования сигнала, цропорционального fU . Сигнал, пропорциональньй величине tut, подается на схему 37 вычисления синусных и косинусных составляю щих, а сигнал, пропорциональный си to, поступает на задатчики 34 и 35, выходные сигналы которых пропор циональны соответственно начальной фазе Ц ± %и фазовому углу Н сеiти. Схема 37 вырабатьшает сигналы, которые пропорциональны тригонойетрическим функциям sin (t/t -2уз и cos (Mt/t -f- Уз н ). Множителыше устройства 38-39 осуществляют перем ножение выходных сигналов со схемы вычисления синусных и косинусных составляющих и сигнала, пропорционального заданной амплитуде тока io в фазах нагрузочного узла, т.е. вьпсодное напряжение перемножителей 38 и 39 пропорционально следуклцим вьфажениям: Uje itfsin (u) t - Н ), iflcos (Wt И ) Схемы 40 и.41 вычитания служат Vдля формирования сигналов, гфопор циональных разности 2 и« - inXt) - id sin (uJt - H ),U« (t)dt - iocos (Ut + ..4-H,, т.е. для реализации функциональной зависимости между величинами, вход щими в знаменатель и соответственно числитель выражений (10) и (17) и в числитель выражений (11) и (18 Множителъно-делительные устройст ва 42 и 43 предназначены для формирования сигналов S и Si . ) )-.(-|-ь) g JW) u) U Ct) которые пропорциональныуправляющим воздействиям F, (t) и F (t) , определенным из выражений (10) и (11 Множительно-делительные устройства 44 и 45 предназначены для формирования сигналов Sj и Sij. - inW-io tuJt-f-и) )rft u 5i,(t)cfi- i;co&() , (fi - S V - . . 11. II Ш ) -оторые пропорциональны корректирующим управляющим сигналам (t) и (к. (t) , определяемым выражениями (17) и (18). Схемы 47 и 48 выделения минимума и максимума соответственно служат для непрерьшного определения экстремальных значений сигналов S и 84 , пропорциональных (t) и ,,(t) в различные моменты времени. Схема 49 сра,внения экстремумов предназначена для сравнения между собой текущих экстремальных значений сигналов S и 84. Формирователь 50 служит для выработки четырех синхронизированных импульсов, длительность которых равна t 8,33 мс; tj 1,66 мс, tj 8,33 мс; t 1,66 мс. Формирователь 51 корректирующих управляющих сигналов в каждом из интервалов t 4 времени вырабатывает ступенчато-импульсные корректирующие сигналы, амплитуда которых пропорциональна экстремальным значениям оЕк и fl , т.е. аппаратурно реализует вьфажения (16) и (19). Преобразователи 52-54 управляю-, щих сигналов вырабатывают управляющие воздействия в виде сигналов управленж реактивными сопротивлениями L(t) и C(t), которые с помощью формирователей 55-57 преобразуются в импульсы управления вентилями 8- 19 ключевых коммутаторов 5-7 тока с целью обеспечения требуемого алгоритма их переключения в соответствие с выработанными управляющими воздействиями .на все у;правляемые реактивные сопротивления.

Таким образом, предлагаемое изобретение представляет собой принципиально новый метод автоматического симметрирования токов и поддержания заданного коэффициента мощности в трехфазной системе при подключении к ней однофазных нагрузок, который позволяет осуществить симметрирование помимо линейных также и нестационарных нелинейных однофазных нагрузок,, которые получили сейчас щирокое распространение в различных отраслях народного хозяйства.

tput.f

t(ceff)

t(ceK) 2W

t(ceif)