Компенсатор реактивной мощности Советский патент 1987 года по МПК H02K33/04 

Изобретение относится к электрическим машинам, предназначенным для компенсации реактивной мощности потребителей, включенных в распределительные сети.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение удельной мощности.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция .компенсатора; на фиг. 3 и 4 - силы, действующие на ротор; на фиг.5 схема замещения компенсатора.

Компенсатор (фиг. 1) содержит статор 1 с расположенным внутри него с минимальным воздушным зазором ротором 2, который через упругий элемент 3 соединен с корпусом 4.

В качестве упругого элемента 3 могут использоваться устройства типа тopcиJЭн или другие, в том числе магнитные, допускающие возможность изменения их упругости. Статор 1 выполнен из листов электротехнической стали с явно выраженными полюсами 5.

На каждом из полюсов 5 намотана обмотка 6 возбуждения (фиг. 2), питаемая постоянным током. На разделенной части каждого из полюсов 5 размещается рабочая обмотка 7, питаемая переменным током от сети.

Дпя упрощения конструкции компенсатора его ротор 2 выполнен безобмоточным. Ротор 2 также изготовлен из листов электротехнической стали с явно выраженными полюсами 8, размещаемых относительно полюсов 5 статор 1 с минимальным воздушным зазором.

Компенсатор работает следующим образом.

При протекании постоянного тока по обмотке 6 возбуждения статора 1 роторные полюса 5 поляризуются и на каждый из них действуют взаимно уравновешивающиеся силы F и F (фиг. 3). В результате такого вза- нмйдействия ротор 2 остается в покое При одновременном протекании постоянного тока по обмотке 6 и переменного тока сети через рабочую обмотку 7 (фиг. 4) равновесие сил нарушается. При этом на части полюсов 5 статора 1 магнитные поля обмоток 6 и 7 суммируются, а на другом - вычитаются.

Образующаяся при этом результирующая сила взаимодействия полюсов 5 статора 1 и ротора 2 создает на каждом из полюсов 8 ротора 2 тангенци5

0

5

альную F и радиальную F составляющие силы.

Возникшие тангенциальные составляющие сил F приводят к нарушению покоя ротора 2 и заставляют е го перемещаться то в одну сторону (при данном направлении тока в рабочей обмотке), то в противоположную сторону (при противоположном направле- НИИ тока). Радиальные составляющие F взаимно уравновешиваются.

Таким образом, ротор 2 совершает вращательно-колебательные движения вокруг своей оси с частотой питающей сети.

При этом в первую четверть периода сетевого напряжения движение ротора приводит к накоплению энергии в упругом элементе 3 и соответствует двигательному режиму компенсатора, сопровождающемуся потреблением электрической энергии из сети и запасаемой в виде потенциальной энергии упругого элемента 3 (режим Заряд эквивалентного конденсатора).

В следующую четверть периода сетевого напряжения, когда потенциальная энергия деформированного упругого элемента переходит в кинетическую энергию движения ротора, компенсатор работает генератором, возвращая в сеть накопленную в нем энергию (Разряд эквивалентного конденсатора).

В третью четверть периода сетево- 5 го напряжения упругий элемент 3 деформируется в противоположную сторо-- ну - система вновь накапливает энергию, а в четвертую четверть периода отдает ее обратно в сеть.

Таким образом, компенсатор дважды за период ведет себя как двигатель, накапливая энергию в упругом элементе, и дважды как генератор, возвращая ее в сеть, аналогично конденсатору, включенному в сеть переменного тока.

Допуская возможность пренебрежения активными потерями в компенсаторе можно считать, что среднее значение энергии, потребляемой компенсатором за время, кратное половине периода сетевого напряжения, равно нулю. Такие особенности работы компенсатора fr ПОЗВОЛЯЮТ считать, что его удельные массогабаритные параметры оказываются существенно меньшими по сравнению с теми же параметрами известных электрических машин, для которых среднее:

0

0

5

0

значение энергии за любой промежуток времени есть конечная и всегда положительная величина.

Входной импеданс любого электромеханического преобразоватапя-двигателя слагается из собственного импеданса его рабочей обмотки Z , характеризующего его сопротивление в ,заторможенном виде, и импеданса Z , определяемого вносимым сопротивлением, вызванным реакцией его механической системы:

БХ

ZO-HZ

- активное сопротивление рабочей обмотки преобразователя; - индуктивность его рабочей обмотки;

(3)

СО - круговая частота сети. Вносимое сопротивление Z можно рассматривать как приведенное в пер- вичную цепь электрическое сопротивление, численно равное

.

«

где К - коэффициент трасформации идеального трансформатора, равный коэффициенту электромеханической связи преобразователя-двигателя;

Зд - механический импеданс колебательной системы преобразователя-двигателя для частоты со , который выражается зависимостью

3M(«)P+j(COl- ),

,где Р - параметр преобразователя-дви гателя, характеризующий дне- сипативные потери, вызванные потерями в стали, трением ротора двигателя в .подшипниках и о воздух;

I - момент инерции ротора;

Kj. - жесткость упругого элемента колебательной системы двигателя, определяемая его механической и магнитной упругос- тями.

Поскольку момент сил, тормозящих движение колебательной системы двигателя, связанный с диссипативными потерями, по сравнению с инерциапьцым и упругим моментами невелик, его влиянием для упрощения анализа можно пренебречь.

С учетом этого электрическая схема замещения преобразователя-двигателя, находящегося во вращательно-колебательном движении, представлена на фиг. 5.

Входной импеданс такой схемы равен

..С--1 -UL)R,-jXc,K,.

10()

Таким образом, преобразователь- двигатель вращательно-колебательного движения, включенный в сеть переменного тока, благодаря реакции его

)5 колеблющейся системы на входной импеданс ведет себя как некоторая эквивалентная емкость , причем ее

0

величина определяется зависимостью

(5)

-экв

с..

L

(O L C -l о) Учитывая равенства (2) и (3), первичные параметры механической колебательной системы определяются

Поэтому емкость С

авной С

экв

I7C сказывается

Экб

(6)

35

: 40

где Qg - собственная резонансная

частота механических колебаний преобразователя во вращательно-колебательном движении.

Необходимо подчеркнуть, что, как следует из равенства (6), преобразователь-двигатель создает емкостную реакцию для сети только при условии

. Анализ уравнения (6) также показыСОвает, что при условии, когда

т.е. когда резонансная частота механической колебательной системы двигателя равна частоте сети, С, 0, и при условии (при принятых допуще- 50 ниях), когда

--I.

45

S S

эквивалентная емкость С, стремится 55 к бесконечности.

Таким образом, изменяя коэффициент электромеханической связи К путем регулирования постоянного тока воз5

буждения компенсатора и (или) частоту собственных механических колебаний его ротора Q путем вариации момента инерции I или жесткости Kg, упругого элемента, с которым он связан при сохранении условия ), можно в весьма широких пределах изменять генерируемую компенсатором реактивную мопщость с опережающим коэффициентом мощности.

Предлагаемый компенсатор по сравнению с известными дает возможность генерирования реактивной мощности с заменой синхронного вращательного движения ротора вращательно-колеба- тельным движением с относительно небольшими углами его поворота, что обеспечивает упрощение конструкции и уменьшение габаритов, а также по4866

вьшение удельной мощности, улучшает эксплуатационные характеристики.

Формула изобретения

Компенсатор реактивной мощности, содержащий статор с рабочей обмоткой, укрепленный в корпусе, обмотку возбуждения и ротор, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения удельной мощности, ротор выполнен безобмоточным и соединен с корпусом посредством упругого элемента, причем ротор с упругим элементом выполнены с обеспечением собственной частоты враща- тельно-колебательного движения ротора меньшим частоты напряжения питания рабочей обмотки.

Изобретение относится к области электрических машин, предназначенных для компенсации реактивной мощности потребителей, включенных в распределительные сети, путем генерирования мощности с опережающим коэффициентом. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение удельной мощности. Компенсатор (К) содержит статор 1, / 2 Фиг. 1 ротор 2, вал которого покоится в подшипниках и соединен через упругий элемент 3 с корпусом. Ротор вьтолнен безобмоточным. При взаимодействии магнитных полей токов обмотки возбуждения и рабочей обмотки, размещенных на статоре 1, ротор 2 приходит во вращательно-колебательное движение вокруг своей оси с частотой питающей сети. При условии, когда собственная частота механической колебательной системы, определяемая моментом инерции ротора и жесткостью упругого элемента К, установлена ниже частоты сети, входной импеданс К, регулируемый током возбуждения, приобретает реактивную составляющую с опережающим коэффициентом, которая компенсирует реактивный ток потребителей, что повьш1ает удельную мощность и упрощает конструкцию. 5 ил. & (Л

Фиг. 2

Фиг. 4

« : LO ,,--qj- jyT - rv-.rv

фиг. 5

Составитель В. Трегубов Редактор Ы. Бобкова Техред Л.Сердюкова; Корректор И, Муска

Заказ 625/60 Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного кo штeтa СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4