Регулятор реактивной мощности Советский патент 1987 года по МПК G05F1/70 

Изобретение относится к электротехнике и rvio)KeT быть использовано для комненсации реактивной энергии тиристорных преобразователей (выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты и др.), содержащих фильтрокомпенсирующее устройство.

Цель изобретения - упрощение и повы- 1нение быстродействия реактивной мош,ности.

На фиг. 1 нредставлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - нриициниальная схема устройства, вариант; на фиг. 3 и 4 - диаграммы работы устройства.

Устройство содержит трансформаторы 1 тока и напряжения, соединенные с питаюп|ей сетью 2, к которым подсоединены активные фильтры 3. Выходы фильтров подключены к двум входам датчика 4 фазы непосредственно, а к третьему - посредством переключателя 5, имеющего два положения, спответствуюпше индуктивному и емкостному режимам компенсации. Выход датчика фазы подключен к входу формирователя 6 фазового рассогласования, а синхронизи- руюплий выход датчика фазы - к второму входу измерителя 7 фазового рассогласова- 1Н1Я, нервый вход которого подключен к выходу формирователя фазового рассогласо- вания, а выход - к первому входу усилителя 8. Второй вход усилителя 8 соединен с задатчиком 9 фазового рассогласования, а выход подключен к регулируюп1,ему блоку 10. Силовая часть блока 10 подключена к сети 2, от которой питается нагрузка 11.

Датчик 4 фазы содержит нервый комна- ратор 12, вход которого нодключен к выходу первого активного фильтра (напряжения), Р.ЫХОД подключен к нервому входу первого элемента И 13 формировате.чя 6 фазового рассо1 пасования непосредственно, а к пер- вому входу второго элемента И 14 - через инвертор 15 и второй компаратор 16, вход которого подключен к выходу второго актив- Hoi o фильтра (тока), выход подключен к второму входу второго логического элемента И 14 непосредственно, а к второму входу первого элемента И 13 - через инвертор 17. Вход синхронизатора 18 подключен к переключателю 5, который имеет два положения: в положении 19 обеспечивается индуктив1и Й характер комненсации, в положении 20 - емкостный. Выходы элементов И 13 и 14 подключены к входам элемента ИЛИ 21. Измеритель 7 фазового рассогласования содержит генератор 22, вход запрета которого подключен к выходу датчика фазы и к стробирующему входу регистра 23. Вход сброса счетчика 24 соединен с выходом синхронизатора, выход счетчика соединен с входом регистра, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя (ЦАИ) 25. Усилитель 8 имеет два входа, подк;иоченные к выходу ЦАИ и к источнику смещения соответственно. Выход усилителя предназначен для подключения к силовому регулируюп.1,ему блоку 10.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы работы устройства нри индуктивном режиме компенсации и индуктивном характере сети. Позициями обозначены: 26 - выходной сигнал активного фильтра напряжения; 27 - выходной сигнал активного фильтра тока; 28 - логический сигнал на выходе компаратора 12; 29 - логический сигнал на выходе компаратора 16; 30 - сигнал на выходе инвертора 15; 31 - сигнал на выходе инвертора 17; 32 - сигнал фазового рассогласования на выходе элемента ИЛИ 21; 33 - начки импульсов на счетном входе счетчика 24; 34 - синхроимпульсы на входе сброса счетчика 24.

На фиг. 4 представлены временные диаграммы работы устройства при индуктивном режиме комненсации и емкостном характере сети. Позициями обозначены: 35 - выходной сигнал активного фильтра напряжения; 36 - выходной сигнал активного фильтра, тока; 37 - сигнал на выходе комнаратора 12

38- сигнал на выходе компаратора 16;

39- сигнал на выходе инвертора 15; 40 - сигнал на выходе инвертора 17; 41 -- сигнал фазового рассогласования на выходе эле- ИЛИ 21; 42 - пачки импульсов на счетном входе счетчика 24; 43 - синхроимпульсы на входе сброса счетчика 24.

Устройство работает следующим образом (рассматривается индуктивный режим компенсации при индуктивном характере еети).

С помощью активных фильтров 3, подключенных через трансформаторы 1 тока и напряжения к питающей сети 2, выделяются синусоидальные сигналы, пропорциональные первым гармоникам напряжения 26 и тока 27. Преобразуемые компараторами 12 и 16 в прямоугольные импульсы 28 и 30, соответствующие первым гармоникам входных сигналов по частоте и фазе, через инверторы 15 и 17, сигналы 28-31 поступают на вход формирователя 6 фазового рассогласования, где происходит выделение сигнала 32 фазового рассогласования между током и напряжением дважды за период напряжения питающей сети. Таким образом, на выходе формирователя 6 фазового рассогласования имеем прямоугольные импульсы 32, щирина которых пропорциональна сдвигу фаз между первой гармоникой тока и напряжения сети. Данный сигнал управляет работой генератора 22 и разрещает ему выдачу ечетных импульсов на счетчик 24 в течение времени действия импульса 32 фазового рассогласования. Таким образом, количество импульсов, прощедщих на счетчик 24, пропорционально указанному сдвигу фаз. Поскольку синхронизирующими импульсами 34 счетчик каждый раз перед подачей счетных импульсов сбрасывается в нулевое состояние, то число, накопивщееся в счетчике за вре.мя действия импульса 32, пропорционально созф. Задним фронтом импульса 32 происходит запись числа, нахолящегося в этот момент в счетчике, в регистр 23. С помощью ЦАП происходит преобразование числа, переписанного из счет- чика 24 в регистр 23, из цифровой величины в аналоговую.

Следовательно, на выходе ЦАП формируется аналоговый сигнал, пропорциональный величине угла фазового рассогласования между первой гармоникой напряжения питающей сети и первой гармоникой потребляемого из сети тока. Далее напряжение с выхода ЦАП 25 поступает на вход усилителя 8, на второй вход которого подается опорное напряжение задатчика 9 фазового рассогласования. Усилитель 8 вырабатывает напряжение б вых, пропорциональное разности напряжений ЦАП и задатчика фазового рассогласования. Поскольку напряжение ЦАП превыщает величину напряжения задатчика, напряжение воздействует на силовой регулирующий блок 10 с целью уменьщения величины угла фазового рассогласования (повышения созф ) до заданного значения.

Если питающая сеть имеет емкостный характер (диаграммы на фиг. 4), то первая гармоника 36 тока будет опережать первую гармонику 35 напряжения на угол ф. Так же, как и в предыдущем случае, формирователь фазового рассогласования формирует импульс 41, ширина которого пропорциональна величине созф угла фазового рассогласования. В течение действия импульса 41 на счетный вход счетчика 24 разрешается прохождение импульсов 42 и к моменту окончания импульса 41 в счетчике находится число, пропорциональное величине созф, но в момент перехода через нулевое значение первой гармоники напряжения 35 формируется импульс 43 сброса, которым счетчик сбрасывается в нулевое состояние и поэтому задним фронтом импульса 41 в регистр 23 записывается нулевое состояние. Напряжение па выходе ЦАП 25 равно нулю, т. е. меньше величины напряжения задатчика 9 фазового рассогласования, поэтому напряжение (УВЫХ усилителя 8 воздействует на силовой результирующий блок 10 с целью по- лучепия индуктивного характера реактивной мощности сети с заданным созф. Таким образом, устройство управления регулятором реактивной мощности обеспечивает стабилизацию на уровне, определяемом задатчи- ком 9 фазового рассогласования.

Режим работь регулятора реактивной мощности задается переключателем 5. В положении 19 синхронизатор 18 подключается на выход активного фильтра напряжения и формирует импульсы сброса счетчика 24, синхронные с моментами перехода через О выходного напряжения (индуктивный режим компенсации).

В положении 20 переключателя работа счетчика 24 синхронизируется с моментами перехода через О первой гармоники тока.

Поэтому осуществляется стаби. щзация со5ф с отставанием первой гармоники напряжения от первой гармоники тока (емкостный режим компенсации).

Таким образом, предлагаемый ре1 улятор реактивной мощности отличается от известного существенно упрощенной структурой, что позволяет реализовать его с пспользо- вание.м типовых элементов интегральной

Q электроники. Этим обеспечивается его высокая надежность. Регулятор реактивной мощности, построенный по предлагаемой структуре, обеспечивает высокое качество регулирования за счет применения активных фильтров тока и напряжения, в результате чего

5 исключается вероятность возникновения сбоев в работе регулятора, вызванных наличием в кривых напряжения и тока сети вь1соко- частотных составляюпшх.

Кроме того, предлагаемый регулятор обладает повышенным быстродействием по сравнению с известным, поскольку применен цифровой способ измерения фазового рассогласования и преобразование величины фазового рассогласования в аналоговую величину осуществляется с помощью ЦАП.

5 Это позволяет отказаться от использования интегратора, применить в качестве задатчика фазового рассогласования источник напряжения смещения (в простейшем случае- потенциометр). Устройство не требует настройки и просто в эксплуатации.

0 Регулятор реактивной мощности предлагается использовать в составе фильтро- компенсирующих устройств для обеспечения необходимой стабилизации коэффициента мощности (созф) от 0,5 до 1 с высокой точностью.

0

35

Формула изобретения

Регулятор реактивной мощности, содержаний трансформаторы тока и напряже}1ия,

о подключенные к питающей сети, датчик фазы, к выходу которого подключен формирователь фазового рассогласования, задат- чик фазового рассогласования, синхронизатор, переключатель, входы которого соединены соответственно с первым и вторым вхо5 дами датчика фазы, и регулирующий блок, отличающийся тем, что, с целью упроп1,епия и повышения быстродействия, он снабжен усилителем, измерителем фазового рассогласования и фильтром, соединенным с трансформаторами тока и напряжения и подклю0 ченным к входу датчика фазы, измеритель фазового рассогласования содержит генератор, последовательно соединенные счетчик, регистр и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом усилителя, к второму входу которого подключен задатчик фазового рассогласования, выполненный в виде потенциометра, выход формирователя фазового рассогласования подключен к входу запрета генератора

5

и к стробирующему входу регистра, выход генератора подключе к счетному входу счетчика, вход сброса которого соединен

с синхронизатором, вход которого подключен к выходу переключателя, а выход усилителя соединен с регулирующим блоком.

-:№

А ж т 1Г1 -CZh/ /-

х,

-г -VvI

х L::

+

Фид.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации реактивной энергии тиристорных преобразователей, содержащих фильтроком- пенсируюшее устройство. Цель изобретения - упрощение и повышение быстродействия регулятора реактивной мощности. Это достигается за счет того, что синусоидальные сигналы, пропорциональные первым гармоникам напряжения, преобразуются компараторами 12 и 16 в прямоугольные импульсы, соответствующие первым гармоникам входных сигналов по частоте и фазе, которые через инверторы 15 и 17 поступают на вход формирователя фазового рассогласования 6, где происходит выделение сигнала фазового рассогласования между током и напряжением дважды за период напряжения питающей сети. Этот сигнал управляет работой генератора 22 и разрешает ему выдачу счетных импульсов на счетчик 24 в течение времен,- действия импульса фазового рассогласования. Т. обр. кол-во импульсов, прошедших на счетчик 24, пропорционально указанному сдвигу фаз. С помощью цифро- аналогового преобразователя (ЦАП) 25 происходит преобразование числа, переписанного из счетчика 24 в регистр 23, из цифровой величины в аналоговую. Напряжение с выхода ЦАП поступает на вход усилителя 8, который вырабатывает напряжение L/вых. воздействующее на силовой регулирующий блок с целью уменьшения величины угла фазового рассогласования до заданного значения. 4 и.ч. ю (Л со Фиг.1

(jiit

(jt

32

tJ /

.

Фиг.З

д-и-ц

лЛ

cJt aft cJt (jJi (Jt M

(jji

Фltг,f

Редактор A. Ворович Заказ 251 1.42

(Составитель О. Наказная Техред И. ВересКорректор Л. Патай

Тираж 863Подпиеное

ВИН lit 1И Государе rBCFiiioix) комитета (Х;(Р по делам изобретений и открытий

113035, .VlocKHii. Ж---35. Раушская наб., д. 4/5 11|)(дствсмн()-по. 1игра1})11ческос ирсд1 риятие, i . Ужгород, ул. Проектная, 4