Способ управления индуктивно-емкостным реактивным элементом Советский патент 1987 года по МПК H02J3/18 

13397442

Изобретение относится к электро- мыкание ключей 3 и 5, шунтирующих ин- технйке, а именно к регулируемьм с дуктивный элемент 2 и емкостный эле- помощью ключей реактивным элементам, мент 4, маркированы индексами Р и 3 и может быть применено в устройствах соответственно. Полагают, что клю- компенсации реактивной мощности на чи 3 и 5 срабатывают в момент начала грузки преобразователей.соответствующего импульса управления.

На схеме { фиг.3 ) представлены

Цель изобретения - расигарениё диа- трансформатор 6 тока, мостовые выпря- пазона регулирования путем обеспече- мители 7 и 8, транзисторные ключи 9 ния возможности изменения характера и 10, импульсные усилители 11 и 12 с эквивалентного сопротивления и ком- оптическим входом, делители 13 и 14 пенсации третьей гармоники.напряжения, электронно-оптические пеНа фиг.1 представлены эпюры токов редающий и приемный блоки 15 и 16, и напряжений на управляемом устройст- g блок 17 полосовых фильтров, регистра- ве управления и ключевом реактивном тор 18 фазовых сдвигов, блок 19 ам- элементе (КРЭ)| на фиг.2 - схема уст- плитудных детекторов, блок 20 анало- ройства, реализующего способ; на го-цифрового преобразования, блок 21 фиг.З - функциональная схема устрой- выходн ых усипителей, блок 22 програм- ства.20 мируемых таймеров, блок 23 управления

Устройство содержит источник 1 и синхронизации, микро-ЭВМ 24, адап- синусоидального тока, индуктивный тер 25 внешнего интерфейса с буфер- элемент 2, эквивалентное сопротивле- ным накопителем информации и систем- ние которого регулируется ключом 3, . ная шина 26.

емкостный элемент 4, эквивалентное 25 При отсутствии разрывов тока в ин- сопротивление которого регулируется дзгктивном элементе 2 и напряжения на ключом 5.емкостном элементе 4 имеют две управНа фиг. 1 обозначены: 1 - ток ис- ляемые величины: угол t(: для ключа 3, точника 1; и - напряжение на индук- шунтирзтлщего индуктивньш элемент 2, тивном .элементе 2; и,-. - напряжение JQ и угол с, для ключа 5, шунтирунядего на емкостном элементе 4; lot - ток емкостный элемент 4 (фиг.1. Прини- через ключ 3, ток через емкость (го- мая условие синусоидальности тока в ризонтальная штриховка); U - напря- цепи,-получают, что ряды Фурье, соот- жение на ключевом реактивном элемен- ветствующие напряжению на индуктивном те (вертикальная штриховка); U, - элементе 2 и напряжению на емкости,, первая гармоника напряжения на ключе- содержат только нечетные косинусные вом реактивном элементе (пунктирная составляющие, формулы для амплитуд линия). Импульсы на размыкание и за- которых имеют вид ..1

А (2oi, + sin2ci) ,, (ii,); (1)

A, M-I -L-4-(sin2,+ -|- sin46,) СоЫ,(ы,); (2)

c -Jf (sin2oi, - 2,) -b- . f (); . (3)

30 - g--Tr7 (. -. I sin4,) ,,(,.,). (4)

I Условия изменения первой rap- гут быть записаны в виде системы

МОНИКИ напряжения на КРЭ при двух трансцендетных уравнений компенсации третьей гармоники мо- 50

А,, + А,, ,,(,) + K,.f,,(,)

AjL - Aj, ,b() K,.f,, (i,) ,

К -2-Е ffi 55 приведенного сопротивления КРЭ позво соС coL XL ляет сформулировать следующие законы

управления.

Исследование системы (5) в зави- В интервале, когда отношение (6) симости от отношения (6) и заданного составляет от единицы до трех, и в

интервале, когда оно меньше единицы, но заданное значение эквивалентного приведенного сопротивления заключено в пределах от единицы до значения равного разности единицы и отношения или в пределах от нуля до значения равного отношению, взятому со знаком минус, в зависимости от знака плюс или минус разности соответственно от нимают или прибавляют положительное приращение к углу olj. включения ключа 5, шунтирующего емкостньй элемент 4, а в зависимости от знака плюс или минус амплитуды третьей гармони- ки при необходимости иметь угол cit включения ключа 3, шунтирующего ин- дуктивньй элемент 2, больше ТГ/б, соответственно прибавляют или отнимают

приращение, а при необходимости иметь 20 включения ключа 5, шунтирующего ем- угол oil. включения ключа 3, шунтирую- костньш элемент 4, а в зависимости щего индуктивный элемент 2, меньше W6, соответственно отнимают или прибавляют приращение.

В интервале, когда отношение (6) больше трех, определяют значения эквивалентных приведенных сопротивлений, соответствующих минимуму или максимуму.

В случае, если заданное значение эквивалентного приведенного сопротивления должно располагаться в интервале,, где возможно изменение заданного значения сопротивления от значения эквивалентного приведенного сопротивления, соответствующего минимуму, до единицы, в зависимости от знака ллюс или минус амплитуды третьей гармоники соответственно прибавляют или отни4Ц

30

от знака плюс или минус разности соответственно отнимают или прибавляют приращение к углу oij включения клю- 25 ча 3, шунтирующего индуктивньш элемент 2.

Если заданное значение эквивалент ного приведенного сопротивления долж но располагаться в интервале, где возможно изменение заданного значени сопротивления от значения эквивалент ного приведенного сопротивления, соответствующего максимуму до значения, равного отношению, взятому со знаком минус, в зависимости от знака плюс или минус амплитуды третьей гар моники соответственно отнимают или прибавляют положительное приращение к углу oi,, включения ключа 5, шунтиУ.

мают положительное приращение к углу oi включения ключа, шунтирующего емкостный элемент 4, а взависимости от знака минус разности соответственно прибавляют или отнимают приращение к углу oi включения клю-, ча 3, шунтирующего индуктивный элемент 2.

Если заданное значение эквивалентрующего емкостньй элемент 4, а в зависимости от знака плюс или минус разности соответственно прибавляют или отнимают приращения к углу о, включения ключа 3, шунтирующего ин- 45 дуктивньй элемент 2.

Устройство /фиг.2) предназначено для цифрового управления шунтирующими ключами 3 и 5. В качестве управляемых силовых шунтирующих ключей

кого приведенного сопротивления долж- gQ применены мостовые вьтрямители 7 и 8

но располагаться в интервале, где возможно изменение заданного значения сопротивления от значения эквивалентного приведенного сопротивления, соответствующего минимуму, до нуля, в зависимости от знака плюс или ьданус амплитуды третьей гармоники соответственно прибавляют или отнимают приращение к углу о(|. включения ключа 5,

шунтирующего емкостный элемент 4, а в зависимости от знака плюс или минус разности, соответственно отнимают или прибавляют приращение к углу включения влюча 3, шунтирзтощего индуктивный элемент 2.

Если заданное значение эквивалентного приведенного сопротивления должно располагаться в интервале, где возможно изменение заданного значения сопротивления от эквивалентного приведенного сопротивления, соответствующего максимуму, до значения, равно4; О разности единигда и отношения, в зависимости от знака плюс или минус амплитуды третьей гармоники соответственно отнимают или прибавляют положительное приращение к углу oi

включения ключа 5, шунтирующего ем- костньш элемент 4, а в зависимости

от знака плюс или минус разности соответственно отнимают или прибавляют приращение к углу oij включения клю- ча 3, шунтирующего индуктивньш элемент 2.

Если заданное значение эквивалентного приведенного сопротивления должно располагаться в интервале, где возможно изменение заданного значения сопротивления от значения эквивалентного приведенного сопротивления, соответствующего максимуму до значения, равного отношению, взятому со знаком минус, в зависимости от знака плюс или минус амплитуды третьей гармоники соответственно отнимают или прибавляют положительное приращение к углу oi,, включения ключа 5, шунти

рующего емкостньй элемент 4, а в зависимости от знака плюс или минус разности соответственно прибавляют или отнимают приращения к углу о, включения ключа 3, шунтирующего ин- дуктивньй элемент 2.

Устройство /фиг.2) предназначено для цифрового управления шунтирующими ключами 3 и 5. В качестве управляемых силовых шунтирующих ключей

5

с включенными в их диагонали силовыми транзисторными ключами 9 и 10. Возможны также применение полностью управляемых тиристоров или установка встречно-параллельных тиристоров с элементами искусственной коммутации. Входной информацией для микро-ЭВМ В режиме автоматического регулирования являются сигналы, поступающие от

трансформатора 6 тока и делителей 13 и 14 напряжения. Один из делителей подключен параллельно реактивному элементу, а второй параллельно индуктивному элементу 2. Эти сигналы- поступают на вход электронно-оптическо-- го передающего блока 15 и по трем светоканалам передаются на входы

электронно-оптического приемного бло- ю обеспечивает формирование двух имка 16. Оба блока линейной оптической передачи сигналов работают в двух режимах: передачи сигналов и калибровки. Переключение в режим калибровки производится по сигналу от блока 23 управления и синхронизации. Этот сигнал передается по четвертому каналу оптической связи в оптико -электронны передающий блок 15 и переключает его входы на выходы стабилизированного по амплитуде и частоте внутреннего генератора. Результат измерения сигналов в этом режиме заносится в опе ративную память микро-ЭВМ 24 и учиты30

вается в циклической программе управ- 25 блока 23 управления и синхронизации.

Передний фронт сигнала разрешения счета,и первый тактовый счетный импульс синхронизированы между собой и совпадают с моментом перехода через ноль силового тока. Последовательная перезагрузка счетчиков таймеров блока 22 производится после окончания текущего счета параллельным побайтовым считыванием информации из буферного регистра с накопителем. Вычисление величин углов регулирования производит микро-ЭВМ 24. Она обеспечивает загрузку информации о величине исходных углов л: и сСд шунтирования в накопителе блока 22 программируемых таймеров, калибровку через данный интервал времени цепей измерения параметров со считыванием информации и вычислением поправок, измерение параметров сигналов их считьшания и вычисление углов регулирования сх,

ления при вычислении величины углов Di и oi шунтирования индуктивного элемента 2 и емкостного элемента 4.

В блоке 17 фильтров установлено четыре полосовых фильтра. Фильтры обеспечивают выделение основной и третьей гармоник входных сигналов. Сигналы первой гармоники тока и напряжения на реактивном элементе выпрямляются в двухканальном блоке 19 амплитудных детекторов, и полученная величина преобразуется в цифровой код в блоке 20 аналого-цифрового преобразования. Значения напряжения и тока по системной шине 26 устройства заносятся в оперативную память микро- ЭВМ 24 и могут быть выведены через буферньй накопитель информации адаптера 25 на внешнюю интерфейсную шину устройства. Сигнал третьей гармоники напряжения на индуктивности поступает от блока 17 на вход регистратора 18 фазового совпадения. Амплитудные селекторы этого блока обеспечивают зону нечувствительности канала регулирования по величине сигналов и их формирование для последующей обработки.

Алгебраическое суммирование сигналов дает возможность определить фа- зовый сдвиг сигналов относительно друг друга.

Если фазы сигналов совпадают, то на выходе регистратора 18 устанавли35

40

45

и с учетом заданного шага их из50

менения: загрузку с перезаписью информации в накопители блока 22 программируемых таймеров, внешний обмен информацией через адаптер 25 внешнего интерфейса с буферным накопителем информации.

Например, для первого из описан- gg ных законов управления величина угла шунтирования емкостного элемента 4 ot, уменьшается при увеличении величины расстрбйки приведенного к номинальному значению индуктивности совается цифровой сигнал одиночного уровня, если сигналы находятся в про- тивофазе, - сигнал нулевого уровня. Если хотя б один из входных сигналов меньше порога срабатывания амплитудных селекторов, выход блока переводится Б третье состояние.

Блок 22 программируемых таймеров

пульсных последовательностей импульсов управления транзисторами шунтирующих ключей 9 и 10. Непосредственно на базы транзисторов импульсы поступают с выходов импульсных усилителей 11 и 12.

Таймеры работают в режиме терминального счета,формируя на своем выходе единичный уровень напряжения в

момент вычитания числа, помещенного f счетчик.

Сигнал разрешения счета и тактовые счетные импульсы поступают к ним от

и с учетом заданного шага их из

менения: загрузку с перезаписью информации в накопители блока 22 программируемых таймеров, внешний обмен информацией через адаптер 25 внешнего интерфейса с буферным накопителем информации.

Например, для первого из описан- ных законов управления величина угла шунтирования емкостного элемента 4 ot, уменьшается при увеличении величины расстрбйки приведенного к номинальному значению индуктивности сопротивления двухзвенного реактивного элемента и увеличивается при уменьшении величины растройки. Величина угла шунтирования об индуктивного элемента 2 при oi. увеличивается при совпадении .азы напряжения третьей гармрники на реактивном элементе и фазы третьей гармоники напряжения на индуктивном элементе 2 и уменьшается, если фазы этих сигналов не совпадают. При в / угол шунтирования индуктивного элемента 2 уменьшается при совпадении фаз, а увеличивается при их несовпадении. Изменение величины углов шунтирования производится дискретно по циклам через определенное число полупериодов силового тока с уменьшением величины последующего отклонения на каждом шаге одного цикла в два раза и прекращается при достижении заданной зоны нечувствительности или по окончании текущего цикла.

Приведенный алгоритм управления позволяет по командам оператора сигналами от общего пульта реализовать два основных режима: режим с постоянной, фиксированной величиной углов шунтирования с выводом информации о необходимой величине их коррекции и режим с дискретным автоматическим регулированием углов шунтирования и 4ij и выводом информации о произведенной манипуляции. Это рас- щиряет возможности устройства при его использовании на стадиях наладки на39744

грузки преобразователей с переменными параметрами.

Формула изобретения о

Способ управления индуктивно-емкостным реактивным элементом в цепи переменного тока путем его шунтирова10 ния ключами, при котором контролируют сдвиг по фазе между первыми гармониками тока и напряжения и в зависимости от этого сдвига управляют эквивалентньм по первой гармонике со15 противлением реактивного элемента путем регулирования интервалов шунтирования, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования путем обеспечения

20 возможности изменения характера эквивалентного сопротивления и компенсации третьей гармоники, контролируют амплитуду первой гармоники напряжения и тока, по которым получают изме5 ренное сопротивление реактивного элемента, контролируют знак амплитуды третьей гармоники напряжения, определяют разность между заданным и измеренным сопротивлением реактивного

0 элемента, которую приводят к сопротивлению индуктивного элемента и выбирают интервалы шунтирования итерационным методом, прибавляя или отнимая приращение углов включения щунти5 РУЮщих ключей в зависимости от знака приведенной разности и амплитуды третьей гармоники.

KL

Фи2.1

Изобретение относится к регулируемым с помощью ключей реактивным элементам, используемым в частности для компенсации реактивной мощности нагрузки преобразователей. Цель - расширение диапазона регулирования путем обеспечения возможности изменения характера эквивалентного сопротивления и компенсации третьей гармоники. Индуктивно-емкостным реактивным элементом в цепи переменного тока управляют путем его щунтирования ключами, при котором контролируют сдвиг по фазе между первыми гармониками тока и напряжения и в зависимости от этого сдвига управляют эквивалентным по первой гармонике сопротивлением реактивного элемента путем регулирования интервалов шунтирования. Контролируют амплитуду первой гармоники напряжения и тока, по которым получают измеренное сопротивление реактивного элемента. Контролируют знак амплитуды третьей гармоники напряжения, определяют разность между заданным и измеренным сопротивлением реактивного элемента, которую приводят к сопротивлению индуктивного элемента. Интервал щунтировання выбирают итерационным методом, прибавляя или отнимая приращение углов включения шунтирующих ключей в зависимости от приведенной разности и амплитуды третьей гармоники. 3 ил. с $ (Л 00 со (X) 4::: 4

Lot /i5 ioc

-orC o

i-t.

(iH-Irr inu t

-orC o

It

Составитель А.Михайлов Редактор О.Юрковецкая Техред В.Кадар

4236/48 Тираж 617

ВНИШИ Государственного комитета CCCF

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

Подп

Производственно

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

Корректор Н.Король

Подписное