Регулятор тиристорного компенсатора реактивной мощности Советский патент 1988 года по МПК H02J3/18 

4;

4;i GO О

О)

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системе автоматического регулирования (САР) тиристорного ком1443076 2

тртристором 12. ФП б (фиг.2) содержит логическое устройство (ЛУ) 20, которое выполнено по меньшей мере с четырьмя входными каналами и одним выпенсатрра реактивной мощности (ТКРМ) мощных несимметричных, быстроменяющихся нагрузок промьшленных предприятий.

Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг. 1 показана функциональная схема регулятора ТКРМ; на фиг.2 10

ходньш. Вход 21 ЛУ 20 соединен с выходом нуль-органа 22, а также с синхронизующим входом устройства фазового управления (УФУ) 23 Вход 24 ЛУ 20 соединен с аналогичны - входом ЛУ для управления тиристором 15, а также с выходом аналого-импульсного преобразователя (АЙП) 25, на вход которого подключен выход сумматора 5.

ходньш. Вход 21 ЛУ 20 соединен с выходом нуль-органа 22, а также с синхронизующим входом устройства фазового управления (УФУ) 23 Вход 24 ЛУ 20 соединен с аналогичны - входом ЛУ для управления тиристором 15, а также с выходом аналого-импульсного преобразователя (АЙП) 25, на вход которого подключен выход сумматора 5.

структурная схема функционального

преобразователя регулятора ТКРМ (один Вход 26 ЛУ 20 соединен с входом наиз шести каналов); на фиг. 3 ана- копительно задающего блока 27, на

один из выходов которого подано питание от ИП 18, а другой соединен с выходом 28 ЛУ 20 и также с вторым управляемым входом УФУ 23. Вход 29 ЛУ 20 соединен с выходом 28 ЛУ 20 и также с вторым управляемьм входом УФУ 23. Вход 29 ЛУ 20 соединен с вылого-импульсный вариант выполнения функционального преобразователя регулятора ТКРМ (одного из шести каналов) .

Регулятор ТКРМ содержит три датчика 1 мгновенного тока (ДТ), которые подключены к соответствующим входам

20

ходньш. Вход 21 ЛУ 20 соединен с выходом нуль-органа 22, а также с синхронизующим входом устройства фазового управления (УФУ) 23 Вход 24 ЛУ 20 соединен с аналогичны - входом ЛУ для управления тиристором 15, а также с выходом аналого-импульсного преобразователя (АЙП) 25, на вход которого подключен выход сумматора 5.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системе автоматического регулирования тиристорного компенсатора реактивной мощности мощных несимметричных, быстроизменяющихся нагрузок промьшшенных предприятий. Цель изобретения - повышение надежности. Цель достигается путем упрощения . функционального преобразователя 6, который управляет работой трехфазного реактора в зависимости от изме-, и вычисленной величины регулируемого параметра - реактивной мощности. Функциональный преобразователь содержит устройство фазового управления 23, накопительно-задающий блок 27, аналого-импульсный преобразователь 25, нуль-орган 22, логическое устройство 20. К входу аналого-им- пульсного преобразователя подключен сумматор регулируемого параметра 5, выход устройства фазового управления подключен к блоку управления тиристорами. Логическое устройство может быть реализовано средствами аналоговой, цифровой техники или их комбинацией. Регулятор реализует известный алгоритм Штейнметца, преобразуя его в угол управления тиристорами в .зависимости от частоты напряжения питающей трехфазной сети. 3 ил.

ходом Уфу 23, а.также через блок упблоков 2 умножения,Три датчики 3 мгновенного напряжения питающей сети 25 равления (не показан) с тиристором (ДН), которые также подключены к со- 12. На вход нуль-органа 22 подано ответствующим входам блоков 2. Выход синхронизирующее напряжение фазы каждого из трех блоков 2 соединен че- (нaпpи ep5 , синфазное тиристору рез инверторы 4 с входом сумматора .5 12), Структурные схемы управления своего фазного канала управления и с остальных тиристоровj т.е. 13, 14,. входами сумматоров 5 фаз соседних ка- 16 и 17 абсолютно аналогичны. налов управления. Выход каждого из трех сумматоров 5 соединен с входом функционального преобразователя (ФП)

6 регулятора каждой фазы в отдельное-- честве нуль-органа 22 использован ти соответственно. Вход каждого ФП 6 Также соответственно соединен с выходом соответствующего датчика 3 напряПринципиальная схема (фиг..З) полнена согласно структурной схемы (фиг.2) ФП 6 регулятора ТКРМ. В какомпаратор 30, на инвертирук1Щ11й вход которого подано синхронизирующее напряжение, для примера Ид g ,. Его выход 21 соединен с синхронизирующим вхо Q дом УФУ 23, которое содержит широт- н о-ш-тульсный модулятор (Ш1Ш) 31, схему 32 совпадения и ключи 32,2 и 32.3, а логический блок содержит ключи 33-38,,1, 38,2. Выход УФУ 23 чежения питающей сети. Параллельно входу нагрузки 7 подключены фильтро- компенсирующее устройство (ФКУ) 8 и трехфазный реактор 9-11, управляемый тиристорами 12-17 через блок управления (не показан) от соответствующих

выводов 12-17 (по номерам трхристоров) рез выход схемы 32 совпадения подФ 1 6, получающего питание от источника питания (ИП) 18, а также через задающее устройство (ЗУ) 19 (резистор, включенный по схеме регулируемого делителя). Используют три ФП 6 регулятора ТКРМ по одному на фазу (фиг.2). В свою очередь, ФП 6 состоит из двух симметричных частей канало.в управления по числу тиристоров 12-17.,

50

ключен по выходу 29 ЛУ 20, к которо му подключен вход ключа 38,1, а.Так же через блок управления (не показа тиристор 12. Выход 39 ШЩ 31 подклю чен к второму входу схег-ял 32.1 совп дения. Выход накопительно-задающего блока 27 (в простейшем случае накопительный конденсатор 40) подктпочен к входу 25 ЛУ 20, а также через кно

т.е. шесть каналов. Все они аналогич- ку 41 предварительного предстартово- ны и поэтому приведена структурная го накопления заряда конденсатора 40

схема ФП 6 для управления тиристорами 12 и 15, причем подробно показана структурная схема канала управления ,

ходом Уфу 23, а.также через блок управления (не показан) с тиристором 12. На вход нуль-органа 22 подано синхронизирующее напряжение фазы (нaпpи ep5 , синфазное тиристору 12), Структурные схемы управления остальных тиристоровj т.е. 13, 14,. 16 и 17 абсолютно аналогичны.

равления (не показан) с тиристором 12. На вход нуль-органа 22 подано синхронизирующее напряжение фазы (нaпpи ep5 , синфазное тиристору 12), Структурные схемы управления остальных тиристоровj т.е. 13, 14,. 16 и 17 абсолютно аналогичны.

Принципиальная схема (фиг..З) полнена согласно структурной схемы (фиг.2) ФП 6 регулятора ТКРМ. В качестве нуль-органа 22 использован

компаратор 30, на инвертирук1Щ11й вход которого подано синхронизирующее напряжение, для примера Ид g ,. Его выход 21 соединен с синхронизирующим вхо Q дом УФУ 23, которое содержит широт- н о-ш-тульсный модулятор (Ш1Ш) 31, схему 32 совпадения и ключи 32,2 и 32.3, а логический блок содержит ключи 33-38,,1, 38,2. Выход УФУ 23 че рез выход схемы 32 совпадения под50

ключен по выходу 29 ЛУ 20, к которому подключен вход ключа 38,1, а.Также через блок управления (не показан) тиристор 12. Выход 39 ШЩ 31 подключен к второму входу схег-ял 32.1 совпадения. Выход накопительно-задающего блока 27 (в простейшем случае накопительный конденсатор 40) подктпочен к входу 25 ЛУ 20, а также через кнопи ключ 38,1 к выходу задающего устройства 19 (в простейшем случае резистор, включенный по схеме регули3

руемого делителя) и далее к Ш 18, от которого также обязательно запи- тан 1ШИМ 31.

Регулятор ТКРМ работает следующим образом.

Предварительно от ИП 18 через ЗУ 19, установка которого соответствует требуемому коэффициенту мощности на конкретной нагрузке 7, и кнопку 41 предварительного накопления заряда подается напряжение на накопительно- задающий блок. Затем подается питание на все остальные элементы регулятора ТКРМ. После этого информацию регулируемого параметра (реактивной мощности) получают в дальнейшем непрерывно от ДТ 1, питающей сети бло- .ка 2 умножения. Инверторы 4 и сумматоры 5, реализующие известньш алгоритм Штейнметца, в виде реактивной мощности (±Q/(B tQ С±РСЛ поступают на вход ФП 6. Параллельнб на вход нуль- органа 22 (ОУЗО) поступает синхронизирующее напряжение от ДНЗ, синфазное для данного тиристорного ключа, например, 12, управляющего в течение полупериода питающего напряжения работой реактора 9.

Подробно рассмотрим работу одного канала ФП 6, например, для управлени тиристором 12 и синфазного для него напряжения . На инверсный вход нуль-органа 22 (компаратора 30) поступает + Uj-. Допустим, поступил сиг- Б

нал со знаком - и он присутствует на входе компаратора 30 в течение полупериода - . При этом сигнал на выходе компаратора 30 в течение полупериода открывает ключи 33 и 34. Если сигнал с выхода АИП 25 положителен (+Qflg), то открыт ключ 37 и емкости 40 через ключи 33 и 37 разряжаются с некоторой постоянной времени. Если в этот же полупериод контролируемый параметр - то ключ 37 закрывается, открывается ключ 36 и через 38.2 от ИП 18 некоторый заряд поступает в блок 27 (емкости 40.) Далее через полпериода Цдр изменяется на входе на +, тогда выходной сигнал компаратора 30 соответствует логическому- нулю. При этом ктшчи 33, 34, 36, 37 и 38,2 закрываются и открывается ключ 35, происходит запуск ШИМ 31 по инверсному входу, а на потенциальньй вход через ключ 35 подключается к блоку 27. Длительность выходного им1

у напряжения знак с -

я

10

пульса ШИМ 35 (а он положителен) мо пропорционален напряжению модулирующего сигнала, т.е. напряжению накопительно-задающего блока 27. Задний

фронт импульса ШИМ 35 (логический ноль) запускает элемент 32.1, а выходной положительный импульс элемента 32.1 (выходной импульс УФУ 23) поступает на управляющий электрод тиристорного ключа 12, в общем случае через усилитель с гальванической развязкой, например, через оптоэлектрон- ный ключ. При этом выходной сигнал с

g УФУ 23 одновременно для продолжения работы данного плеча ФП 6 в автоматическом режиме поступает на ключ 32.2 и 32.3. Данная логическая связь необходима для того, чтобы в блок 27 поступил сигнал сброса (если в качестве блока 27 стоит емкость 40, .то она разряжается, а если цифровой регистр, то запись в нем стирается). После очистки (сброса) блока 27 он

25 через ключ 38.1 вновь записывает информацию в соответствии с уравнением

20

30

35

LAB-Ifl6 М С-и где Ьдр, 1др -..соответственно индуктивность и ток фазы АВ; и - напряжение источника питания при моделировании ; МС - промоделированная емкость С в масштабе М.

Далее сформированный сигнал управления должен быть подан на соответ- ствгтощий тиристорный ключ (например, 12). Это происходит следующим образом. При преходе синхронизирующего напряжения через ноль в положительную область (например, для тиристора 12), на выходе нуль-органа 22 формируется отрицательный сигнал. Этот сигнал закрывает ключи 33 и 34 и открывает ключ 35. Одиовременно отрицательный сигнал поступает на синхронизирующий вход УФУ 23 (ШИМ 31), запус- кается отрицательным фронтом один из входов схемы 2 НЕ-И 32.1 совпадения. Через ключ 35 сформированное напряжение в блоке 27 (конденсатор 40) поступает на модулиру19щий вход 28 УФУ 23 (I;MM 31). При этом длительность выходного сигнала ШИМ 31 (его выходной импульс положителен) прямо пропорциональна напряжению модулирующего сигнала, т.е. напряжению блока 27 (конденсатора 40). Выходной сиг40

50

55

нал ШИМ 31 по выходу 39, но он положителен, а выходной единичный сигнал схемы 32,1 совпадения возможен только тогда, когда выходной сигнал ИИМ

31 нулевой. Таким образом длитель- ность выходного сигнала ШШ 31 пропорциональна напряжению в блоке 27 (конденсатора 40), сформированному в функции непрерывного регулируемого параметра + Q.g в течение 180 эл. град, за предыдущий полупериод питающего напряжения сети для данного плеча ТРГ, управляющего работой реактора (например,9) через тнристорный ключ (тиристор 12). В результате опн еанного процесса работы ФП 6 регулятора ТКРМ (на примере каналов управления тиристоров 12, 15 )происходит реализация процесса автоматического регулирования в функции регулируемог параметра ;{; Qrtg, реактивной мощности

согласно формуле MTJ--,- или, что то

«ДБ

же, по формуле Qn - Работа

ДО

остальных каналов ФП 6. регулятора системы автоматического регулировани (САР) ТКРМ обсолютно аналогична.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет реализовать САР регулятора ТКРМ в функции непрерывного симметрирования реактивной мощности на входе узла нагрузки в зависимости от непрерывно поступающего сигнала регулируемого параметра в виде измеренной и вычисленной реактивной мощности и преобразованной в угол управления тиристорныя ключей ТРГ согласно известному алгоритму управления ТРКМ.

В дополнении к описанной работе одного цикла, равного периоду напряжения питающей сети, необходимо добавить, что сигнал с выхода схемы 32.1 Совпадения поступает одновремек но через блок управления на тиристор 12 и на вход ключа 38.1, который автоматически производит подготовку накопительно-задающего блока 27 (заряжает конденсатор 40) через задающее устройство 19 от ИП 18о Тем самым подготавливается обеспечение работы каждого канала ФП 6 в течение следующего периода. Чередование- работы каналов управления тиристорами 12-17 происходит автоматически в функции регулируемого параметра в зависимости от частоты питающего напряжения трехфазной сети.

Реализация предлагаемого устройства позволяет исключить в частности необходимость применения специальных

фазоповоротных устройств, упростить систему автоматического регулирования регулятора ТКРМ. сделать ее значительио более помехоустойчивой, простой и надежной в эксплуатацми 6(j3 снршения динамических показателей и. кроме того, устройство легко быть реализовано ка аналоговых, цифровых элементах или их комбинации.

Формула и 3 о б р

т е и и я

Регулятор тирнсторного компенсатора реактивной мощности, содержащий присоединенную к зажимам для подключения к питающей сети параллельно песйм 1етричной нагрузке батарею кон- детгсаторов и трехфазную группу реакторов с THpHCTOpHFjiMH регуляторами, датчики тока нагрузки, датчики напряжения питающей сети, подключенные через блоки умножения, сумг-гаторы регулируемого параметра и функи.поиальиые преобразователи пофазного управления, вклJoчaющиe нуль-орг гзны и лого-импульсные преобразователи, к блоку управления тиристорами, источник напряжения, о т л и ч а ю щ и и «

с я тем, что, с целью повышения надежности, функциональный преобразователь снабжен устройством фазовог о управлеьшя, выполненньм в )зиде ши- ротно-1 Мпульсного модулятора, элемента 2НЕ-И и двух ключей накопительно-задающим блоком и логическга-т устройством, выполненным в виде семп ключей, причем выход датчика напряжения питающей сети соеднне.ч с; иульорганом, выход которого соеди11еи с входами широтно-рмпульспого модулятора и элемента 2НЕ-И блока фазового управления i-i с тремя к1БОчами логического устройства, два вторых входа

первого и второго ключей соединены и подключены к выходу четвертого ключа логического устройства и к нако- пительно-задазощему блоку, соединенному также с входани четвертого и

пятого ключей логического устройства а также с вторым входом третьего к.гао- ча логического устройства, выход которого соединен с входом шестого ключа логического устройст за,, инверсный

вход которого соединен с входом седьмого ключа н входом аналого-ш-тульс- ного преобразователя, вход которого соединен с выходом суг-1маторй регулируемого параметра, второй вход седь71

мого ключа логического устройства соединен с выходом второго ключа, выход первого ключа соединен с вторым входом широтно-импульсного устройства фазового управления управляющий вход которого соединен с источником напряжения, а его выход является выходом элемента 2НЕ-И и выходом регулятора и через первый ключ устройства фазового управления подключен к

430768

второму входу четвертого ключа, вы-о ход которого соединен с входом второго ключа устройства фазового управления, второй вход которого и выход соединены соответственно с первым и инверсным входами первого ключа устройства фазового управления, а выход шестого ключа соединен с вторым вхо- Q дом пятого ключа, выход которого подключен к накопительно-задающему блоку.

I

S.

Составитель О.Наказнаяv Редактор О.Головач Техред М.Моргентал

Заказ 6995

Тираж 651

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35., Раушская наб., д. 4/5

Корректор М.Демчик

Подписное