Компенсатор реактивной мощности Советский патент 1986 года по МПК H02J3/18 

ральиым выводом 21 первой ПО 20. Другие шесть ключей .включены между фазными выводами первой ВО 20 и промежуточными -выводами второй ВО 22, 23, причем каждый ключ включен между разноименными выводами этих обмоток. Числа витков ВО 20, 22 и 23 выбираются таким образом, чтобы угол между смежными векторами опорных напряжений равнялся 20° и все эти напряжения были одинаковы. Тогда анодные напряжения вс€;х тиристоров образуют 18-фазную систему. 3 ил.

1

. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электрических подстанциях переменного тока для быстрого регулирования величины и направления потока реактинной мощности.

Цель изобретения - улучшение формы сетевого тока компенсатора и снижение перенапряжений.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема компенсатора реактивной мощности; на фиг. 2 - векторные диаграммы анодных напряжений; на фиг.3 временные кривые токов.

Компенсатор реактивной мощности содержит восемнадцать запираемых тиристоров 1-18, соединенных попарно в девять двухсторонних ключей, трехфазный трансформатор, имеющий первичную обмотку 19, фазы 19А, 19В и 19С которой соединены в треугольник, первую вторичную обйотку 20, соединенную звездой, с фазными выводами 20А, 20В и 20С и нейтральным выводом 21, вторую вторичную обмотку, каждая фаза которой состоит из двух частей 22 и 23, с промежуточными выводами 22А, 22В и 22С и фазными выводами 23А, 23В .и 23С, причем ее нейтральны выводы соединены перемычкой 24 так, что вторая обмотка соединена звездой цепочки из последовательно соединенных конденсатора 25 и резистора 26, присоединенные к каждой части вторичных обмоток 20, 22 и 23, выключа- : тель 27.

Вторичные обмотки с выводами 20А, 22А и 23А и первичная обмотка 19А расположены на одном стержне трансформатора и относятся к А. Ана логично вторичные обмотки с выводами 20В, 22В и 23В и первичная обмотка 19В относятся к фазе В, вторичные обмотки с выводами 20С, 22С и 23С и . первичная обмотка 19С относятся к фазе С,

Три ключа с тиристорами 1 и 10 и 7 и 16, 13 и 4 включены соответственно между фазными выводами 23А, 23В и 23С второй вторичной обмотки 23 и нейтральным выводом 21 первой вторичной обмотки 20. Другие шесть ключей включены между фазными выводами 20А, 20В и 20С первой вторичной обмотки 20 и промежуточными выводами 22А, 22В и 22С второй вторичной обмотки 22 и 23, причем каждый ключ включен между разноименными выводами этих обмоток. Например, ключ с тиристорами 9 и 18 включен между выводом 20А фазы А первой вторичной обмотки 20 и промежуточным выводом 22В фазы В второй вторичной обмотки 22 и 23, а ключ с тиристорами 2 и 11 между тем же выводом 20А первой вторичной обмотки 20 и промежуточным выводом 22С фазы С второй вторичной обмотки 22 и 23.

На фиг. 2а--2Б построены векторные диаграммы анодных напряжений UQ, аг и соответственно тиристоров 1,2 и 3.

Как видно из схемы компенсатора {фиг. 1), анодное напряжение U,, тиристора 1 равно напряженик фазы А второй вторичной обмотки 22, 23:

Ua --UWA , ;

где Ujjj напряжение обмотки 22 от перемычки 24 до вывода 22А;

и

- напряжение обмотки 23 от

23А вьтода 22А до вывода 23А. Вектор Ud-i анодного напряжения тиристора 2 образуется как геометрическая сумма векторов двух напряжений

Uaz-U,oft +(-U5,c ), 3 где вектор напряжения обмотк 20от нейтрального вывг)д 21до вывода 20А; (-Uj2c ) вектор напряжения обмотк 22от вывода 22С до пере мычки 24. Вектор UQJ, анодного напряжения тиристора 3 образуется как геометри ческая сумма векторов двух напряжений +(--U2oc ), где вектор напряжения обмотк 22 от перемычки 2А до вы вода 22А; , 20с напряжения обмотк 20 от вывода 20С до нейт рального вывода 21. Аналогично по схеме устройства можно построить вектора анодных напряжений всех остальных тиристоров. Числа витков W, W. и 2 соответс венно обмоток 20, 22 и 23 выбираютс такими, чтобы угол между смежрыми векторами анодных напряжений равнял ся 20 и все эти напряжения были оди наковыми (фиг. 2). Тогда анодные на пряжения всех восемнадцати тиристоров образуют симметричную восемнадц тифазную систему. Напряжение и число витков W обмот ки 20 выбираются исходя из заданной номинальной мощности компенсатора и номинального тока тиристора..По числу витков Vf, используя векторные диа граммы фиг. 2, определяют числа витков Wj, обмотки 22 и Wj обмотки 23. По векторной диаграмме на фиг. 26 имеем sjLn20 sin40 Так как U«c/Uaoft WyW, „ 31п2р:.. 532W Л .. //-NO U, sin40° ---. Такое же соотношение витков W, и W вытекает из векторной диаграммы на фиг.- 2в., Число витков W обмотки 23 определяют по векторным диаграмма на фиг. 2а и 26. Так как Uttl Uu2 . -ггд Uj.2c . . Uai sin20° Ц E JUAOl а sinAO .f V/(2sin20ctg40 ),815W. Компенсатор реактивной мощности работает следующим образом. Работу компенсатора удобно рассматривать по временным кривым токов (фиг. 3). В первом приближении счи- тается, что коммутации тока с одного тиристора на другой происходит мгнове1пш и ток, проходящий через тиристор в промежутке проводимости остается постоянным. Как показали экспериме1;тальные исследован ия на физической модели компенсатора и расчеты с помощью ЭВМ, коммутации тока действительно происходят почти что мгновенно, а импульсы тока через тиристоры немного отличаются от прямоугольных: они имеют вьшуклую или вогнутую форму вершины в зависимости от того работает компенсатор соответственно в режиме потребления или генерации реактивной мощности. Таким образом, допущения, принятые при построении временных кривых токов, приводят лишь.к небольшим изменениям электромагнитных процессов, протекаю-; щих в компенсаторе. На осях 28 и 29 фиг. 3 показаны токи всех тиристоров в течение одного периода. Ток через каждьш тиристор протекает в течение 40° за период. Порядок отпирания и апирания тиристоров и, следовательно, порядок их проводимости определяется векторными диаграммами анодных напряжений для тиристоров 1, 2 и 3 (фиг. 2). Так как вектор Uaj анодного напря- жения тиристора 2 от вектора UQ анодного напряжения тиристора 1 на 20, то тиристор 2 начинает пропускать ток спустя 20° (1/18 периода) после момента вступления в оаботу тиристора I (см.. блоки токов тиристоров 1 на осях 28 и 29 фиг. 3). Вектор иад анодного напряжения ти-ристора 3 6тста;ет от вектора U, анодного напряжения тиристора 1 на 40°, поэтому тиристор 3 вступает в работу через 40°(1/9 периода) после тиристора 1 (см. блоки токов тиристоров 1 и 3 на оси 28). 512 llpK мгновенной коммутации тиристоры пропускают ток группами ITO два в следующей последовательности: 2, 2-3, 3-4, 17-18, 18-1, т.е. ток замы кается внутри схемы (например, в про межутке проводимости тиристоров 1 и 2 по пути (фиг. 1): перемычка 24, фаза А, обмотки 22, вывод 22А, фаза А обмотки 23, вывод 23А, тиристор 1 нейтральный вывод 21, фаза А обмотки 20, вывод 20А, тиристор 2, вывод 22с, фаза С обмотки 22, перемычка 24). После отпирания тиристора 3 воз никает контуктор: вывод 22А, тирис-, тор 3, вывод 20С, фаза С обмотки 20, тиристор 1, вывод 23А, фаза А обмотки 23, вывод 22А. Под действием напряжений, действующих в этом контуре происходит коммутация тока с тиристора 1 на тиристор 3 и ток начи нает проходить через.тиристоры 3 и 2 по пути: перемычка 24, фаза А обмотки 22, вывод 22А, тиристор 3, вывод 20С, фаза С обмотки 20, нейтральный вывод 21, фаза А обмотки 20, вывод 20А, тиристор 2, вывод 22С, фаза С обмотки 22, перемычка 24. Аналогично при отпирании тиристора 4 происхо дит коммутация тока с тиристора 2 на тиристор 4, ток пропускает тиристоры 3 и 4 и т. д. При таком замкнутом внутри схемы пути тока угол регулирования (угол отпирания тиристоров) должен быть близок к +90 (при потреблении реактивной мощности) или к -90 (при выдаче реактивной мощности). Отличие угла регулирования и соответственно угла сдвига пе.рвой гармоники сетевог тока от +90° или -90° определяется активной мощностью, потребляемой из сети для покрытия потерь энергии в компенсаторе. На осях 30-32 на фиг. 3 показаны токи в фазах А вторичных обмоток, приведенные к числу витков первично обмотки, которое принято при постро нии равным числу витков второй вторичной юбмоткй. Сумма этих прив денных токов дает ток IQ в фазе А первичной обмотки (ось 33). На оси 33, кроме того, пунктиром показан т в фазе С первичной обмотки (с обрат ным знаком: -ic)- Сетевой ток 1д 1д-1 на входе компенсатора в лине ном проводе фазы А показан на оси и он по своей форме такой же, как сетевой ток восемнадцатифазного пре 36 образователя (при мгновенной коммутации токов и абсолютно сглаженном вырямленном токе). При работе компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности первая гармоника сетевого тока сдвинута относительно фазного напряжения U сети переменного тока на угол Р в сторону опережения. Угол Ф примерно равен углу регулирования е( и имеет значение, близкое к -90° . В режиме потребления реактивной мощности углы М и с близки к +90° . В компенсаторе для ограничения перенапряжений , возникающих при принудительных коммутациях тока запираемыми тиристорами, применены конденсаторы 25, включенные р цепи., параллельные вторичным обмоткам трансформатора, причем последовательно с каждым конденсатором включен резистор 26 и цепочки конденсатор-резистор подключены между выводами всех частей вторичных обмоток (фиг. 1). Резисторы 26 обеспечивс1ют кo мyтaции тока тиристорами 1-18 в области выдачи реактивной мощности, когда угол регулирования имеет отрицательное значение. При работе компенсатора в этой области мало запереть очередной тиристор N, надо обеспечить вступление в работу тиристора N+2, к которому в это время приложено отрицательное анодное напряжение. При запирании тиристора N его ток, протекающий по соответствующим частям вторичных обмоток 20, 22 и 23 трансформатора, скачком переходит в парал- лельные им цепочки конденсатор-резистор,- в результате чего на резисторах 26 возникают скачки напряжения, которые , добавляясь к напряжениям вторичных обмоток 20, 22 и 23., переводят анодное напряжение тиристора N+2 в положительную область. В результате тиристор, уже открытьш к этому моменту управляющим импульсом, вступает в работу и переходит в состояние проводимости. Величина сопротивления резистора 26 выбирается, исходя из вышеописанного процесса , Формула изобретения Компенсатор реактивной мощности, содержащий трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной треугольником, и вторичной обможой.