Компенсатор реактивной мощности Советский патент 1989 года по МПК H02J3/18 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть испо.;1ьзовано в электрических сетях и электроустановках для компенсации реактивной моидности.

Цель изобретения - улуч-шение технико- экономических показателей компенсатора путем обеспечения перехода тока с тиристорных вентилей на запираемые без увеличения в тиристорных вентилях числа последовательно включенных тиристоров.

2

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого компенсатора; на фиг. 2 - кривые напряжений и токов компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности.

Компенсатор (фиг. 1) содержит трехфазный выпрямительный мост с вентилями 1 -12, конденсаторы 13-15 для перевода тока с тиристорных вентилей 2, 4, 6, 8, 10 и 12 на запираемые вент11ли 1, 3, 5. 7, 9 и 11, трехфазный силовой трансформатор 16. через

который выпрямительный мост присоединен к сети переменного тока, реактор 17, подключенный к полюсам моста, конденсаторы 18 для ограничения перенапряжений, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора 16 через трехфазный выключатель 19. Вентили 1 -12 прону- меров аны в порядке их отпирания импульсами управления. В качестве запираемых вентилей 1, 3, 5, , 9 и 11 изображены запй- рае.:ые тиристоры, однако с.хема не изменится, если в их качестве применить лучевые электр()нь,1с лампы или силовые транзисторы.

Конденсатор 13 включают в фазе А выпрямительного моста между узлом, в котором соединены тиристорные вентили 4 и 10, и узлом, в котором соединены запираемые вентили 7 и 1. Аналогично включены конденсаторы 14 и 15 соответственно в фазах В и С моста.

При указанном включении конденсаторов 13-15 фазные выводь А, В и С вторичной сбмоткк трансформатора 16 необходимо соединить соответственно с узлами А, В и С соединения тиристорных вентилей 2, 4, 6, 8, 10 и 12. Эти.м достигаются протекание их токов помимо конденсаторов 13-15 и протекание токов запираемых вентилей 1, 3, 5, 7, 9 и 11 через, эти конденсаторы 13-15. При проводимости запираемых вентилей 1, 5 и 9 токи через соответствующие конденсаторы 13-15 проходят в одном направлении, а при проводимости запираемых р,е1ггилей 7, 1 и 3 - в обратном направлении. Этим обеспечивается периодический перезаряд конденсаторов 13-15.

Систе.ма управления компенсатором (фиг. I) содержит датчики 20-22 напряжения, подключенные к конденсаторам 13- 15, источники 23-25 первичных импульсов запираемых вентилей и формирователи 26- 28 управляющих импульсов запираемых вен- ти.лей, относяа1иеся соответственно к запираемым вентилям 1, 5 и 9, источники 29-3 первичных импульсов тиристорных вентилей и формирователи 32-34 управляющих им- пульсоз тиристорных вентилей, относящиеся соответственно к тиристорным вентилям 10. 2 и 6, элементы задержки и элементы И 38-40.

Устройству управления для вентилей 4, 7, 8, П. 12 и 3 анодной rpyrnibi выполняются такими же, как для вентилей 10, 1, 2, 5, 6, и 9 катодиой группы.

Па фиг. 2 на оси 41 построена трехфазная система напряжений, подведенных к уз- . iKM .Л, В и С выпрямительного моста. Напряжения Ь л. UB и Ijc. - это фазные напряжения вторичной обмотки трансформ ато-. ра 16 при холостом ходе. Последовательность п их напряжений определяет последо- вагельность отпирания и включения вентилей Ь- 12. На оси 42 показаны временные кривые токов iio, ia и ie тиристорных

5

0

вентидей 0, 2 и 6 и токов i|, is и ig запираемых вентилей 1, 5 и 9, на оси 43 - временные кривые токов тиристорных вентилей 12, 4 и 8 и запираемых вентилей 3, 7 и 11, на оси 44 - кривая напряжения Uis конденсатора 13.

Два входа элемента И 38 (фиг. 1) соединены с источником 30 первичных импульсов и датчиком 20 напряжения. Элемент И 38 относится к запираемому вентилю 1, а источник 30 первичных импульсов - к ти- ристорному вентилю 2, т. е. к вентилю, который отпирается и включается следующим после вентиля 1. На элемент И 38 сначала поступает сигнал от источника 30 первичных импульсов, а затем от датчика 20 напряжения. После этого элемент И 38 посылает сигнал на формирователь 26 управляющих импульсов, который выдает отрицательный (запирающий) управляющих импульсов на запирае лый вентиль 1. В результате последний запирается в момент, когда напряжение конденсатора 13 становится равным -Uco (с элементом И 38 соединен выход датчика 20 напряжения, на котором сигнал появляется при напряжении конденсатора 13 -Uco).

-Другой выход датчика 20 напряжения соединен с входом элемента И, который относится к запираемому вентилю 7 (этот элемент И не показан). В результате запирание вентиля 7 происходит в момент, когда напряжение конденсатора 13 становится равным +Uco.

Аналогично входы элемента И 39 соединены с выходами источника 31 первичных импульсов и датчика 21 напряжения, а выход этого элемента И - с формирователем 27 управляющих импульсов. Второй выход датчика 21 напряжения соединен с входом элемента И, который относится к запираемому вентилю 11. Аналогично соединены элемент И 40, источник 29 первичных импульсов, датчик 22 напряжения и фор- 0 мирователь 28 управляющих и.мпульсов. Второй выход датчика 22 напряжения соединен с входом элемента И, который относится к запираемому вентилю 3.

5

0

5

Работу компенсатора в режиме выдачи реактивной мощности рассматривают с помощью временных графиков (фиг. 2).

До момента ti ток мо протекает через тиристорный вентиль 10. В это .время напряжение конденсатора 13 Ui3 + Uco (положительный заряд на правой обкладке конденсатора). Благодаря этому к запираемому вентилю 1 при.лагается анодное напряжение выще напряжения включения этого вентиля. В момент ti на запираемый вентиль 1 поступает положительный (отпирающий) уп- равляющий импульс и так как его анодное напряжение имеет достаточную величину, то он включается. Под действием напряжения конденсатора 13 ток быстро переходит с тиристорного вентиля 10 на запираемый вентиль 1. Ток ii вентиля 1, проходя через конденсатор 3, производит его перезаряд.

В промежутке At напряжение конденсатора 13 Ui3 снижается от -|-Uco до величины, равной падению напряжения запираемом вентиле 1, и поэтому в течение этого промежутка времени к тиристорному вентилю 10 прилагается отрицательное анодное напряжение. Емкость конденсатора С рассчитана так, что и 1выкл, где 1пык.г1 - время выключения тиристорного вентиля. Благодаря этому обеспечивается условие для восстановления управляемости тиристорного вентиля 10 после того, как в момент ti его ток упал до нуля (он не может включиться, когда, спустя i, к нему прикладывается положительное аьюдное напряжение).

После момента ti через промежуток времени 1за;,, задаваемый элементом 35 задержки, производится отпирание тиристорного вентиля 2. Однако он еще не может включиться, так как в это время его анодное напряжение отрицательно. Промежуток Ьад выбирается таким, чтобы он был меньше промежутка tit2 перезаряда конденсатора 13. В частности .- (тогда tsa.i меньше Ь).

К моменту ts напряжение конденсатора 13 Ui3 становится равным -LJco. В этот момент времени датчик 20 напряжения посылает сигнал на вход элемента И 38. На другом входе этого элемента уже имеется сигнал, так как tii.. Элемент И 38 посылает сигнал на второй вход формирователя 26 управляющих импульсов и в результате этого на запираемый вентиль 1 поступает отрицательный (запирающий) управляющий импульс. Вентиль 1 запирается, ток ii .быстро снижается до нуля. При этом на тиристорном вентиле 2 анодное напряжение повышается скачком и становится положительным. Так как на его электроде управления уже имеется управляющий импульс, он сразу включается и начинает пропускать ток компенсатора.

Через половину периода (1/2 Т) после момента ti в .момент 1з положительный (отпирающий) управляющий, импульс поступает на запираемый вентиль 7. К этому моменту времени к запираемому вент илю 7 приложено положительное анодное напряжение, которое выше напряжения его включения (это обеспечено тем, что напряжение конденсатора 13 Ui3 - LJco и положительный заряд имеет левая обкладка конденсатора 13). В результате запираемый тиль 7 включается в момент is, и под действием напряжения конденсатора 13 ток практически мгновенно переходит с тиристорного вентиля 4 на запираемы вентиль 7.

Под действием тока i запираемого вентиля 7 в промежутке iji происходит перезаряд конденсатора 13: его напряжение Uis изменяется от -и.:. до 4-1л-о. При этом обеспечивается приложение отрицательного анод

ного напряжения к тиристорному вентилю 4 на время ti tBbiK.i.

В момент t4, когда Ui3 становится равным + , датчик 20 напряжения посылает сигнал на элемент И, относящийся к запираемому вентилю 7. В результате происходят прекращение тока запираемого вентиля 7 к включение тиристорного вейтиля 8. Аналогично протекают процессы с пере0 зарядом конденсаторов 14 и 15 и переходами тока тиристорных вентилей на запираемые в фазах В и С вентильного моста. Работа компенсатора проис.ходит при угле регулирования, близком к -90°, благодаря чему его переменные токи опережают

5 соответствующие напряжения на такой же угол и компенсатор выдает в сеть реактивную мощность.

Для перевода компенсатора из режима выдачи реактивной мощности в режим ее

0 потребления достато -.о изменить величину угла регулирования, сделав его близким к -|-90°. В режиме потребления реактивной мощности можно перейти на естественную коммутацию тиристорных вентилей 2, 4, 6, 8, 10 и 12, исключив работу запираемых

5 вентилей 1, 3, 5, 7, 9 и И. Для осуществления этого прекращ,ается отпирание запирае- мых вентилей 1, 3, 5, 7, 9 и 11. При этом увеличивается ресурс вентилей I -12 и конденсаторов 13-15. Кроме того, в этом режиме для увеличения ресурсов конденсаторов 18

0 они отключаются выключателем 19.

Формула изобретения

Компенсатор реактивной мощности, содержащий по крайней мере один силовой

5 трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке один трехфазный выпрямительный мост с двумя тиристорными и двумя запираемыми вентилями в каждой егс фазе, реактор, подключенный к полюсам

0 моста, конденсаторы, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора, систему управления каждым тиристорным вентилем, имеющую в своем составе источник первичных импульсов и формирователь управляющих импульсов, систему управле5 ния каждым запираемым вентилем, имеющую в своем составе формирователь уп- равляюи 1их импульсов с двумя входами, первый из которых - на формирование отпирающего, а второй - запирающего импульса, и источник первичных импульсов.

0

выход которого подключен к первому входу

формирователя, а также элементы задержки и промежуточные элементы по числу тиристорных вентилей, причем вход источника первичнь х импульсов каждого тиристорного г вентиля соединен через элемент задержки с выходом источника первичных импульсов запираемого вентиля, предыдущего по порядку включения, а выход источника первичных импульсов каждого тиристорного вентиля

подключен к входу его формирователя и эдрез промежуточный элемент к второму входу формирователя управляюи их импульсов запираемого вентиля, предыдущего по порядку включения, отличающийся тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей, в каждой фазе выпрямительного моста между узлом соединения ти- ристорных вентилей и узлом соединения запираемых вентилей включен конденсатор, который соединен с датчиком напряжения.

0

имеющим два выхода, в качестве промежуточных элементов использованы элементы И с двумя входами, причем два выхода датчика напряжения каждой фазы соединены по одному с первыми входами двух элементов И, относящихся к запираемым вентилям этой же фазы моста, а вторые входы этих элементов И соединены соответственно с выходами источников первичных импульсов двух тиристорных вентилей, следующих по порядку включения.

Компенсатор реактивной мощности (КРМ), предназначенный для электрических сетей и электроустановок, обеспечивает выдачу или потребление регулируемой по ве личине реактивной мощности. Цель - улучшение технико-экономических показателей. В состав КРМ входит по крайней мере один СИ.ЛОВОЙ трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке один трехфазный выпрямительный мост, имеющий тиристорные и запираемые вентили, реактор, подключенный к полюса.м моста, конденсаторы для ограничения перенапряжений, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора, конденсаторы для перевода тока с тиристорных вентилей на запираемые, включенные в фазах моста между узлами соединения тиристорных и запираемых вентилей, а также устройства управления вентилями. Емкость конденсаторов в фазах моста определяется из условия приложения к тиристорным вентилям отрицательного анодного напряжения на время, не меньшее времени их выключения. При углах регулирования, близких к -90°, КРМ выдает реактивную мощность в трехфазную сеть, к которой присоединен его трансформатор. При углах регулирования, близких к -|-90°, КРМ потребляет реактивную мощность из трехфазной сети. Величина выдаваемой или потребляемой реактивной мощности регулируется изменением угла регулирования в диапазоне нескольких градусов. Основная отличительная особенность КРМ - обеспечение перевода тока с тиристорных вентилей на запираемые за счет включения конденсаторов в фазах выпрямительного моста. Это техническое решение по сравнению с известным (увеличение в тиристорных вентилях последовательно включенных тиристоров) имеет существенные технико-экономические преимущества: достигается уменьшение капзатрат и повышение КПД компенсатора. 2 ил. € (Л 4 05 NU to 4 1СЛ

Ж Ж Л / /| Ж Ж

Л

1Г

-JHI;

24

J5

Пл

Jlh

0

/