Компенсатор реактивной мощности Советский патент 1990 года по МПК H02J3/00 

тем отпирается тиристор 6. Под действием напряжения коммутирующего конденсатора 13 (положительный заряд на правой обкладке) происходит коммутация тока с тиристора 11 на тиристор 6. В это время ток проходит от полюса моста через тиристоры 5 и 6 и конденсатор 13 в фазу силового трансформатора. Конденсатор 13 перезаряжается. Тиристор 11 за это же время запирается. Напряжение конденсатора 13

меняет свой знак. Ток переходит с тиристоров 5 и 6 на запираемый вентиль 9. Тиристоры 5 и 6 восстанавливают свои запирающие свойства. Ток, проходящий от полюса моста в фазу силового трансформатора, прекращается. Ток переходит с запертого вентиля 9 фазы на тиристоры 5 и 11 другой фазы. Тиристоры 5 и 11 другой фазы подго- товлены к включению еще до запирания вентиля 9 первой фазы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для ступенчатого регулирования реактивной мощности промышленных предприятий или отдельных электроустановок. Цель - снижение мощности запираемых вентилей и коммутирующих конденсаторов за счет уменьшения длительности протекания их токов. Управляющим импульсом схемы управления отпираются тиристоры 5 и 11. Ток проходит от полюса моста через тиристоры 5 и 11 в фазу силового трансформатора. Затем отпирается тиристор 6. Под действием напряжения коммутирующего конденсатора 13 /положительный заряд на правой обкладке/ происходит коммутация тока с тиристора 11 на тиристор 6. В это время ток проходит от полюса моста через тиристоры 5 и 6 и конденсатор 13 в фазу силового трансформатора. Конденсатор 13 перезаряжается. Тиристор 11 за это же время запирается. Напряжение конденсатора 13 меняет свой знак. Ток переходит с тиристоров 5 и 6 на запираемый вентиль 9. Тиристоры 5 и 6 восстанавливают свои запирающие свойства. Ток, проходящий от полюса моста в фазу силового трансформатора, прекращается. Ток переходит с запертого вентиля 9 фазы на тиристоры 5 и 11 другой фазы. Тиристоры 5 и 11 другой фазы подготовлены к включению еще до запирания вентиля 9 первой фазы. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических сетях и -электроустановках для компенсации реактивной мощности.

Цель изобретения - снижение мощности запираемых вентилей и коммутирущих конденсаторов путем уменьшения лительности протекания их токов.

На фиг. 1 приведена силовая схема предлагаемого компенсатора; на фиг. 2 - схема фазы выпрямительного моста; на фиг. 3 схема управления вентилями; на фиг. 4 - кривые напря- ений и токов фазы выпрямительного оста.

Силовая схема (фиг. 1) содержит выпрямительный мост, имеющий три азы 1,%трехфазный силовой трансфоратор 2, через который выпрямительный мост присоединен л сети переменного тока, реактор 3, подключенный к полюсам моста, конденсаторы 4 для ограничения перенапряжений, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора 2.

Схема фазы выпрямительного моста (фиг. 2) содержит два тиристорных вентиля, первый из которых состоит из последовательно включенных тиристоров 5 и тиристора 6, а второй - из последовательно включенных тиристоров 7 и тиристора .8, два запираемых вентиля 9 и 10, два дополнительных тиристора 11 и 12, коммутирующий конденсатор 13, включенный между узлом а соединения тиристорных вентилей и узлом 5 соединения запираемых вентилей, датчик 14 напряжения, подключенный к коммутирующему конденсатору 13 и имеющий два выхода. Дополнительный тиристор 11 своим анодом

0

5

0

5

0

5

0

5

соединен с анодом тиристора 6, а катодом - с узлом Б . Дополнительный тиристор 12 своим катодом соединен с катодом тиристора 8, а анодом - с узлом f. Датчик 14 напряжения фиксирует два заданных значения напряжения коммутирующего конденсатора 13: на одном его выходе сигнал воз-п никает, когда напряжение конденсатора 13 становится равным +U/( (положительный заряд на левой обкладке конденсатора 13), на другом его выходе сигнал возникает, когда напряжение конденсатора 13 становится равным -U.

Запираемые вентили 9 и 10 могут быть изготовлены на базе запираемых тиристоров, силовых транзисторов или электронно-лучевых вентилей. Допус- , тим, что в качестве запираемых использованы электронно-лучевые вентили, как показано на фиг. 2.

Схема управления вентилями (фиг0 3) j кроме элементов, входящих в схему на фиг. 2, содержит первые источники 15 первичных импульсов, первые формирователи 16 управляющих импульсов, вторые источники 17 первичных импульсов, вторые формирователи 18 управляющих импульсов, формирователи 19 управляющих импульсов для запираемых вентилей, элементы И 20 с двумя входами и элементы 21 задержки. Управляющие электроды тиристоров 5 и дополнительного тиристора 11 соединены с выходом первого формирователя 16 управляющих импульсов. Управляющий электрод тиристора 6 соединен с выходом второго формировав теля 18 управляющих импульсов. Управляющий электрод (сетка) запираемого вентиля 9 соединен с выходом формирователя управляющих импульсов 19

Первый вход элемента И 20 соединен с выходом второго источника t первичных импульсов, а второй вход элемента И 20 - с выходом датчика k напряжения. Выход элемента И 20 соединен с входом формирователя 19 управляющих импульсов и с входом элемента 21 задержки. Выход элемента 21 задержки соединен с первым источником 15 первичных импульсов, принадлежащим следующему по порядку включения тиристорному вентилю. На фиг. 3 приведена схема управления, относящаяся к трем анодным плечам выпрямительного моста, входящим в три его фазы.Схема управления, относящаяся к трем катодным плечам выпрямительного моста, такая же: в ней второй вход элемента И 20 соединен с выходом датчика 1А напряжения, на котором сигнал возникает при напряжении коммутирующего конденсатора 13, равном -Uk.

На фиг. Аа показано напряжение фазы A UA, подведенное к вентильной фазе 1 выпрямительного моста от силового трансформатора 2, а также управляющие импульсы И s п , Ий, И7Т2,

и 6 и конденсатор 13 в фазу А трансформатора 2. Под действием этого тока происходит перезаряд конденсатора 13 В промежутке ta- t3 к тиристору 11 приложено отрицательное анодное напряжение, и он за это время восстанав ливает свое запирающее свойство ( t

10

i

где t вш время выключения тиристора 11). В момент t напряжение конденсатора 13 становится равным +Uк и датчик 1 напряжения посылает сигнал на второй вход элемента И 20. На первом входе этого элемен

15 та уже имеется сигнал, который поступил от второго источника 17 первичных импульсов в момент t г (в момент отпирания тиристора 6). В результате элемент И 20 в момент tf

посылает сигнал на входы формирователя 19 управляющих импульсов и элемента 21 задержки. I

Формирователь 19 начиная с момен25 та tt посылает положительный импульс напряжения ucg (фиг. 4б) на сетку запираемого вентиля 9° Последний отпирается, и под действием напряжения +UK конденсатора 13 (положительный

И

8

.

поступающие на управляющие элект- 30 заряд на левой обкладке; ток перехороды соответственно тиристоров 5 и 11, 6, 7 и 12, 8; на фиг. б - управляющие импульсы и сэ и ис , поступающие на сетки запираемых вентилей 9 и 10, на фиг. в - токи тиристоров 5 и 7 и первая гармоника тока фазы А ; на фиг. kr - токи тиристоров

с тиристоров 5 и 6 на запирае15 прекрадит

мый вентиль 9: токи is и

щаются, а ток i g начинает протекать (момент ц). Формирователь 19 создаJC ет положительный импульс напряжения исэ заданной длительности t 4- ts равный времени выключения t8ыкл тиристоров 5 и 6 (t4-r t 5 tetiKA). За время t4- t 5 тиристоры 5 и 6 восстаJC ет положительный импульс напряжения исэ заданной длительности t 4- ts равный времени выключения t8ыкл тиристоров 5 и 6 (t4-r t 5 tetiKA). За время t4- t 5 тиристоры 5 и 6 восста

40 навливают свои запирающие свойства.

11 и 12; на фиг. kf - токи тиристоров 6 и 8; на фиг, е - напряжение коммутирующего конденсатора 13; на .фиг. 4ж - токи запираемых вентилей 9 и 10.

Работу компенсатора рассмотрим с помощью фиг. 3 и . В момент t1

управляющим импульсом И f1 отпирают-45 он запирается; ток Ц, проходящий от ся тиристоры 5 и 11 и возникают их

В момент tj- положительный импульс напряжения исэ прекращается, на сетке запираемого вентиля 9 остается отрицательное напряжение смещения и

полюса моста в фазу А трансформатор 2, прекращается. К этому моменту вре мени уже открыты своим управляющим импульсом тиристоры 5 и 11 в следуютоки i

и i

11

полюса моста в фазу А трансформатор 2, прекращается. К этому моменту вре мени уже открыты своим управляющим импульсом тиристоры 5 и 11 в следуюВ промежутке времени t Г-Ц ток проходит от полюса моста через тиристоры 5 и 11 в фазу А силового трансформатора 2. В момент t4 50 Щей по порядку включения фазе 8 мо- управляющим импульсом И t отпирается тиристор 6; под действием напряжения - О к коммутирующего конденсатора 13 (положительный заряд на правой обкладке) ПРОИСХОДИТ коммутация тока с тиристора 11 на тиристор 6: ток iл прекращается и вместо него течет ток it. В промежутке t г- t ток проходит от полюса моста через тиристоры 5

ста, соединенной с фазой В силового трансформатора 2, поэтому ток перехо дит с запертого вентиля 9 фазы А на тиристоры 5 и 11 фазы В. Для этого 55 время задержки элемента 21 t 2ал установлено меньше длительности промежутка t4- t.

В момент t4 сигнал от элемента И 20 поступает на вход элемента 21

и 6 и конденсатор 13 в фазу А трансформатора 2. Под действием этого тока происходит перезаряд конденсатора 13. В промежутке ta- t3 к тиристору 11 приложено отрицательное анодное напряжение, и он за это время восстанавливает свое запирающее свойство ( t

i

где t вш время выключения тиристора 11). В момент t напряжение конденсатора 13 становится равным +Uк и датчик 1 напряжения посылает сигнал на второй вход элемента И 20. На первом входе этого элемен5 та уже имеется сигнал, который поступил от второго источника 17 первичных импульсов в момент t г (в момент отпирания тиристора 6). В результате элемент И 20 в момент tf

посылает сигнал на входы формирователя 19 управляющих импульсов и элемента 21 задержки. I

Формирователь 19 начиная с момен5 та tt посылает положительный импульс напряжения ucg (фиг. 4б) на сетку запираемого вентиля 9° Последний отпирается, и под действием напряжения +UK конденсатора 13 (положительный

заряд на левой обкладке; ток перехос тиристоров 5 и 6 на запирае15 прекрадит

мый вентиль 9: токи is и

щаются, а ток i g начинает протекать (момент ц). Формирователь 19 создает положительный импульс напряжения исэ заданной длительности t 4- ts равный времени выключения t8ыкл тиристоров 5 и 6 (t4-r t 5 tetiKA). За время t4- t 5 тиристоры 5 и 6 восстанавливают свои запирающие свойства.

В момент tj- положительный импульс напряжения исэ прекращается, на сетке запираемого вентиля 9 остается отрицательное напряжение смещения и

он запирается; ток Ц, проходящий от

полюса моста в фазу А трансформатора 2, прекращается. К этому моменту времени уже открыты своим управляющим импульсом тиристоры 5 и 11 в следуюЩей по порядку включения фазе 8 мо-

Щей по порядку включения фазе 8 мо-

ста, соединенной с фазой В силового трансформатора 2, поэтому ток переходит с запертого вентиля 9 фазы А на тиристоры 5 и 11 фазы В. Для этого время задержки элемента 21 t 2ал установлено меньше длительности промежутка t4- t.

В момент t4 сигнал от элемента И 20 поступает на вход элемента 21

задержки. Так как t30IA , то до момента tf (примерно раньше tj- на 100 мкс) элемент 21 посылает сигнал на вход источника 15 первичных импуль сов, последний посылает импульс на вход формирователя 16, который создает управляющий импульс, открывающий тиристоры 5 и 11 фазы 8 моста. Таким образом, тиристоры 5 и 11 фазы 6 ПОД готовлены к включения еще до запирани в момент t5 вентиля 9 фазы А .

Угол регулирования компенсатора устанавливается путем изменения фазы импульсов, создаваемых источниками 17, первичных импульсов (например, с помощью фазорегулятора)о На фиг. k показано такое фазовое положение управляющих импульсов, при котором первая гармоника переменного тока (iA) опережает соответствующее фазное напряжение (и) на угол if, близкий к -90°. При этом компенсатор выдает в сеть переменного тока реактивную мощность. Для перевода компенсатора в режим потребления реактивной мощности надо установить угол регулирования, близкий к +90°.

Регулирование реактивной мощности производится путем изменения угла регулирования (в пределах нескольких градусов), что приводит к изменению значений токов компенсатора,

ра

Емкость коммутирующего конденсато- 13-Ск определяется исходя из необходимости перезаряда его от напряжения UK до напряжения +UK (и затем от

+U,

до -UK) за время t a- t4 (фиг. 4),

равное 2t6b|KA. Поэтому

IJ2t8HKA CK2UK

откуда

)KA

UK

где Ij - номинальный выпрямленный ток; tg - время выключения дополнительного тиристора 11 (12):, и„ - напряжение конденсатора 13

fv

Компенсатор реактивной мощности, содержащий по крайней мере один силовой трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке трехфазный выпрямительный мост с двумя тиристо- рными цепочками из последовательно соединенных тиристоров и двумя запираемыми вентилями в каждой его фазе, реактор, подключенный к полюсам моста, конденсаторы, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора, коммутирующий конденсатор, включенный в каждой фазе выпрямитель ного моста между узлом «л соединения тиристорных цепочек и узлом S соеди нения запираемых вентилей, датчик напряжения, подключенный к коммутиру ющему конденсатору, систему управления тиристорными вентилями, имеющую в своем составе первые источники пер вичных импульсов и первые формирователи управляющих импульсов, систему управления запираемыми вентилями, имеющую в своем составе формирователи управляющих импульсов, а также эл менты задержки и элементы И с двумя входами по числу тиристорных вентилей, отличающийся тем, что, с целью снижения мощности запираемых вентилей и коммутирующих конденсаторов за счет уменьшения длительности протекания их токов, в каж дой вентильной фазе включены два дополнительных тиристора, вторые источники первичных импульсов и формир ватель управляющих импульсов, причем первый из дополнительных тиристоров своим анодом соединен с анодом того тиристора в тиристорной цепочке, катод которого присоединен к узлу р ,

в конце процесса его переза- 50 а второй из дополнительных тиристоров своим катодом соединен с катодом того тиристора в другой тиристорной цепочке, анод которого присоединен к узлу q , катод и анод соответственно первого и второго дополнительных тиристоров подключены к узлу 5 , управ ляющие электроды тиристоров каждой тиристорной цепочки, кроме одного, подключенного к узлу q , и управряда.

Для пер евода тока с тиристорного вентиля на электронно-лучевой необходимо выбрать U« 5-Ud, где ил - падение напряжения в электронно-лучевом вен- тиле при прохождении тока 1. Для уменьшения емкости коммутирующих конденсаторов 13 (и их мощности) в качестве дополнительных тиристоров 11

и 12 целесообразно использовать быстродействующие тиристоры типа ТБ, имеющие малое время выключения Ьйикл ЮО мкс).

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

Компенсатор реактивной мощности, содержащий по крайней мере один силовой трансформатор и присоединенный к его вторичной обмотке трехфазный выпрямительный мост с двумя тиристо- рными цепочками из последовательно соединенных тиристоров и двумя запираемыми вентилями в каждой его фазе, реактор, подключенный к полюсам моста, конденсаторы, включенные параллельно вторичной обмотке трансформатора, коммутирующий конденсатор, включенный в каждой фазе выпрямительного моста между узлом «л соединения тиристорных цепочек и узлом S соединения запираемых вентилей, датчик напряжения, подключенный к коммутирующему конденсатору, систему управления тиристорными вентилями, имеющую в своем составе первые источники первичных импульсов и первые формирователи управляющих импульсов, систему управления запираемыми вентилями, имеющую в своем составе формирователи управляющих импульсов, а также элементы задержки и элементы И с двумя входами по числу тиристорных вентилей, отличающийся тем, что, с целью снижения мощности запираемых вентилей и коммутирующих конденсаторов за счет уменьшения длительности протекания их токов, в каждой вентильной фазе включены два дополнительных тиристора, вторые источники первичных импульсов и формирователь управляющих импульсов, причем первый из дополнительных тиристоров своим анодом соединен с анодом того тиристора в тиристорной цепочке, катод которого присоединен к узлу р ,

ров своим катодом соединен с катодом того тиристора в другой тиристорной цепочке, анод которого присоединен к узлу q , катод и анод соответственно первого и второго дополнительных тиристоров подключены к узлу 5 , управляющие электроды тиристоров каждой тиристорной цепочки, кроме одного, подключенного к узлу q , и управляющий электрод соответствующего дополнительного тиристора соединен с выходом первого формирователя управляющих импульсов, управляющий электрод тиристора каждой тиристорной цепочки, подключенного к узлу , соединен с выходом второго формирователя управляющих импульсов и первый

вход элемента И соединен с выходом второго источника первичных импульсов, подключенным и к входу второго формирователя управляющих импульсов, а выход элемента И соединен с входом формирователя управляющих импульсов запираемого вентиля и с входом элемента задержки.

V

И

о

«о

V

IV)

I

I

Л1

«г

-k

k)

S

f

4

ГЪ

)