Устройство для регулирования мощности конденсаторных батарей Советский патент 1991 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к средствам регулирования коэффициента мощности энергосистем, в частности к устройствам плавного регулирования реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей, подключенных к сети

Цель изобретения - упрощение устройства

На фиг.1 показаны временные диаграммы устройства, на фиг 2 - принципиальная схема силовой части , на фиг 3 - блок-схема системы управления.

Устройство для регулирования мощности конденсаторных батарей в силовой чаети содержит четыре диода 1-4 и четыре управляемых ключевых эпемента, например запираемых тиристора 5-8 два управляемых дросселя 9 и 10 со средней точкой в токовой обмотке конденсаторную батарею 11 и измеритель 12 тока Диоды 1 4 образуют однофазный выпрямительный мост через который последовательно с измерителем 12 тока подключается к сети конденсаторная батарея 11 Кдизгонали постоянного тока диодного моста подключены две параллельные ветви Первая параллельная ветвь образована двумя параплельными ветвями, первая из которых состоит из по

о о

Ч)

о

4

сл

следовательно включенных тиристора 5 и первой полуобмотки дросселя 9, а вторая - из последовательно включенного тиристора 6 и второй полуобмотки дросселя 9. Вторая параллельная ветвь образована также двумя параллельными ветвями, первая из которых состоит из последовательно включенных тиристора 7 и первой полуобмотки дросселя 10, а вторая - из последовательно включенного тиристора 8 и второй полуобмотки дросселя 10,

Управляющие входы дросселей 9 и 10 и запираемых тиристоров 5-8 подключены к выходам системы управления, а выход измерителя тока конденсаторной батареи подключен к входу системы управления.

Система управления устройства для регулирования мощности конденсаторной батареи содержит задающий генератор 12 тактовых импульсов, синхронизированный напряжением сети, выход которого с входом счетчика-делителя 14 частоты. Выход импульсов низкой частоты счетчика-делителя 14 соединен с синхронизирующим входом задающего генератора 15 синусоидального напряжения, счетные выходы тактовых импульсов счетчика-делителя 14 соединены с входами ждущих мультивибраторов 16-27.

Выход задающего генератора 15 синусоидального напряжения через-двухполупе- риодный выпрямитель 28 соединен с первым входом усилителя 29 мощности постоянного тока. Выход усилителя 29 постоянного тока соединен с первым входом компаратора 30 амплитуды, на второй вход которого через двухполупериодный выпрямитель 31 поступает сигнал с выхода измерителя 12 тока. Выход компаратора 30 амплитуды соединен с основными выходами управляемых ключей 32 и 33. Выход управляемого ключа 32 соединен с входом усилителя 34 мощности, а выход управляемого ключа 33 соединен с входом усилителя 35 мощности. Выход усилителя 34 мощности подключен к обмотке управления дросселя 9, а выход усилителя 35 мощности подключен к обмотке управления дросселем 10. Выход ждущего мультивибратора 16 соединен с первыми прямыми входами триггеров 36 и 37, выход ждущего мультивибратора 17 соединен с вторым прямым входом триггера 36 и первым инверсным входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 18 соединен с первым инверсным входом триггера 36 и вторым прямым входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 19 соединен с третьим прямым входом триггера 36 и вторым инверсным входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 20 соединен с вторым инверсным входом триггера 36 и третьим прямым входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 21 соединен с четвертым прямым

входом триггера 32 и третьим инверсным входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 22 соединен с третьим инверсным входом триггера 37 и четвертым прямым входом триггера 36, выход ждущего

мультивибратора 23 соединен с пятым прямым входом триггера 35 и четвертым инверсным входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 24 соединен с четвертым инверсным входом триггера 35 и пятым прямым входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 25 соединен с шестым прямым входом триггера 36 и пятым инверсным входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 26 соединен с пятым инверсным входом триггера 35 и шестым прямым входом триггера 37, выход ждущего мультивибратора 27 соединен с шестым инверсным входом триггера 36 и шестым инверсным входом триггера 37.

Прямой выход триггера 36 соединен с

входом ждущих мультивибраторов 38 и 39, а также с управляющим входом ключа 32. Инверсный выход триггера 36 соединен с входами ждущих мультивибраторов 40 и 41.

Прямой выход триггера 37 соединен с входом ждущих мультивибраторов 42 и 43, а также с управляющим входом ключа 33. Инверсный выход триггера 33 соединен с входами ждущих мультивибраторов 44 и 45.

Выходы ждущих мультивибраторов 38-45 соединены соответственно с входами усилителей 46-53 мощности. Выходы усилителей 46-53 мощности подключены соответственно к первичным обмоткам импульсных трансформаторов 54-61. Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 54-61 соединены соответственно с управляющими и главным входами ключей 62-69. Выходы управляемых

ключей 62 и 64 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 6 основной части регулятора. Выходы управляемых ключей 63 и 65 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 5 силовой

части регулятора. Выходы управляемых ключей 66 и 68 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 7 силовой части регулятора. Выходы управляемых ключей объединены и соединены с управляющим входом тиристора 8 силовой части регулятора.

Устройство для регулирования мощности конденсаторных батарей работает следующим образом.

Тактовые импульсы генератора 13 высокой частоты, синхронизированного напряжением сети, поступают на вход счетчика-делителя 14 частоты. Низкочастотные выходные импульсы счетчика-делителя 14 частоты, совпадающие по частоте с частотой сети, поступают на синхронизирующий вход генератора 15 синусоидальных колебаний, вырабатывающего высококачественное переменное синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте сети.

Высокочастотные выходные тактовые импульсы счетчика-делителя 14 частоты через ждущие мультивибраторы 16-27 поступают на входы триггеров 36 и 37. Так, первый импульс, сформированный из тактового импульса ждущим мультивибратором 16, поступают на прямые входы триггеров 36 и 37 и одновременно в генераторе 15 синусоидальных колебаний, благодаря синхронизации, начинается процесс формирования синусоидального напряжения, синфазного с напряжением сети. Триггеры 36 и 37 переключаются и сигналы с их прямых выходов поступают на входы ждущих мультивибраторов 38, 39,42 и 43, а также на управляющие входы ключей 32 и 33. Ждущие мультивибраторы формируют импульсы длительностью, необходимой для включения тиристоров, а ключи 32 и 33 подключают канал непрерывного управления индуктивностью дросселей 9 и 10. Выходные импульсы ждущих мультивибраторов 38, 39, 42 и 43 усиливаются усилителями 46, 47, 50 и 51 мощности, нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 54, 55, 58 и 59. Импульсы положительной полярности с вторичных обмоток импульсных трансформаторов 55 и 58 поступают на управляющий и главный входы ключей 63 и 66. Ключи 63 и 66 открываются и положительные импульсы проходят на управляющие входы тиристоров 5 и 7. Тиристоры 5 и 7 переходят во включенное состояние и через первые половины токовых обмоток управляемых дросселей 9 и 10 начинают протекать токи h и 1г. алгебраически суммирующиеся в нагрузке. Импульсы отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсных трансформаторов 54 и 59 поступают на управляющий и главный входы ключей 62 и 67. Ключи 62 и 67 открываются и отрицательные импульсы проходят на управляющие входы тиристоров 6 и 8, но вызвать их открытия не могут. Одновременно возникающий синусоидальный сигнал генератора 15, выпрямленный двухполупе- риодным выпрямителем 28 и усиленный усилителем 29, в виде задающего синусоидального напряжения поступает на первый

вход компаратора 30, на второй вход которого через двухполупериодный выпрямитель 31 поступает сигнал с выхода

измерителя 12 тока нагрузки. Сигнал напряжения, пропорциональный току нагрузки, и задающее синусоидальное напряжение сравниваются по модулю и сигнал, пропорциональный их разности, через включенные

0 ключи 32 и 33 поступает на входы усилителей 34 и 35 мощности. С течением времени токи h и 12 дросселей увеличиваются, а их сумма протекает через нагрузку. В процессе увеличения этих токов выходной сигнал уси5 лителей 34 и 35 мощности подмагничивает дроссели 9 и 10 и изменяет их индуктивность таким образом, чтобы в процессе увеличения токов И и 12 их сумма в нагрузке на интервале О-ti изменялась по синусридаль0 ному закону. В момент времени ti второй импульс, сформированный из тактового ждущим мультивибратором 17. поступает на прямой вход триггера 36 и инверсный вход триггера 37. Триггер 37 переключается

5 и сигнал с его инверсного выхода поступает на входы ждущих мультивибраторов 44 и 45. Мультивибратор 44 формирует импульс для отключения тиристора 7. а мультивибратор 45 - для включения тиристора 8. Выходные

0 импульсы ждущих мультивибраторов 44 и 45 усиливаются усилителями 52 и 53 мощности, нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 60 и 61. Импульсы отрицательной полярности с вторич5 ных обмоток импульсного трансформатора 60 поступают на управляющий и главный входы ключа 68. Ключ 68 открывается и отрицательные импульсы проходят на управляющий вход тиристора 7, что вызывает его

0 выключение. Импульсы положительной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 61 поступают на управляющий и главный входы ключа 69. Ключ 69 открывается и положительные импульсы

5 проходят на управляющий вход тиристора

8,что вызывает его включение и подключение второй половины токовой обмотки управляемого дросселя 10. Начинается процесс перемагничивзния дросселя, со0 провождающийся уменьшением тока 2. Одновременно снимается сигнал с управляющего входа ключа 33, последний выключается, подмагничивание дросселя 10 прекращается и процесс управления сину5 соидальным током нагрузки осуществляется только путем подмагничивзния дросселя

9.В момент времени t2 третий импульс. сформированный из тактового ждущим мультивибратором 18. поступает на прямой вход триггера 37 и инверсный вход триггера 36. Триггеры 36 и 37 переключаются и по

соответствующим связям положительными импульсами с трансформаторов 64 и 66 производится включение тиристоров 6 и 7, а отрицательными импульсами с трансформаторов 65 и 68 производится выключение тиристоров 5 и 8. В результате ток И дросселя 9 начинает падать, а ток 1г дросселя 10 возрастать. При этом сигналом с прямого выхода триггера 37 включается ключ 33 и через усилитель 35 мощности происходит управление подмагничиванием дросселя 10 таким образом, чтобы на участке t2-t3 ток конденсаторной батареи изменялся по синусоидальному закону. Далее процессы управления повторяются до окончании цикла счета счетчика-делителя 14. В отрицательный полупериод напряжения сети начинается новый цикл счета счетчика-делителя и процессы формирования синусоидального тока конденсаторой батареи повторяются. Для изменения амплитуды синусоидального тока регулятора изменяют коэффициент усиления 29 путем изменения подаваемого на его второй вход управляющего напряжения.

Таким образом, в процессе регулирования через конденсаторную батарею протекает синусоидальный ток, качественные показатели которого не зависят от искажений напряжения сети и определяются толькозадающимгенераторомсинусоидального напряжения. В заявляемом регуляторе за счет малого коэффициента синусоидальности (искажений) тока конденсаторной батареи могут применяться низкочастотные конденсаторы с меньшим запасом по напряжению, что обеспечивает экономию материалов и снижает вес и габариты компенсирующего устройства.

Формула изобретения Устройство для регулирования мощности конденсаторных батарей, содержащее диодный однофазный выпрямительный мост, один вывод переменного тока которого подключен к выводам для подключения к фазным зажимам сети, а другой - к выводу для подключения к конденсаторной батарее, в диагональ постоянного тока диодного моста включены две параллельные ветви, каждая из которых содержит параллельно включенные управляемые тиристоры, к катодам которых подключены крайние выводы токовых обмоток управляемых дросселей и измеритель тока конденсаторной батареи, а также блок управления, состоящий из двух

каналов управления первой и второй последовательностью токов тиристоров и одного канала для непрерывного изменения формы тока в двух импульсных последовательностях, формируемых управляемыми дросселями, который включает задающий генератор синусоидального напряжения сети, выход которого подключен кдвухполупе- риодному выпрямителю, соединенному с входом усилителя постоянного тока и компаратором, выход которого через первый и второй ключ соответственно подключены к усилителям мощности, вышеупомянутые импульсные каналы управления содержат два ждущих мультивибратора, два триггера

и восемь блоков формирования импульсов, образованных последовательно соединенными ждущим мультивибратором, усилителеммощности,импульсным трансформатором и ключом, отличаю ще е с я тем, что, с целью упрощения, управляемые дроссели выполнены со средней точкой в токовой обмотке, причем эти средние точки объединены и соединены с общими анодами диодного моста, а импульсные

каналы управления первой и второй последовательностями токов тиристоров снабжены задающим генератором и счетчиком-делителем частоты, соединенными последовательно, и десятью ждущими

мультивибраторами, входы мультивибраторов подключены к выходу счетчика-делителя частоты, а их выходы соединены с первым и вторым триггерами, причем первый выход первого триггера подключен к первым двум

блокам формирования импульсов, второй выход этого триггера подключен к третьему и четвертому блокам формирования импульсов и к первому ключу вышеупомянутого канала для непрерывного изменения формы

тока, первый выход второго триггера - к пятому и шестому блокам формирования импульсов, второй выход этого триггера соединен с седьмым и восьмым блоками формирования импульсов и вторым ключом

канала для непрерывного изменения формы тока, в котором усилитель постоянного тока соединен с компаратором.

ППППППППППППП

t

Изобретение относится к средствам регулирования коэффициента мощности энергосистем, в частности к устройствам плавного регулирования реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей, подключенных к сети. Цель изобретения - упрощение устройства. Для этого управляемые дроссели выполнены со средней точкой в токовой обмотке, а блок управления снабжен задающим генератором, счетчиком - делителем частоты и десятью ждущими мультивибраторами. С целью получения синусоидальной формы тока конденсаторной батареи при переключении ключевых полупроводниковых приборов поочередно непрерывно управляют формой тока одного из импульсов за счет изменения индуктивности управляемых дросселей, формирующих импульсы нарастающих и спадающих токов. Ток конденсаторной батареи в устройстве строго синусоидален, т.к. любые отклонения его от синусоидальной формы задающего сигнала компенсируются следящей системой управления. За счет более низкой частоты дискретизации и исключения специальных фильтров в предлагаемом устройстве обеспечивается по сравнению с другими устройствами более высокий КПД, меньшая масса и габариты. 3 ил.

ПППППППППППП ПППП ПППППП ПП

ПППППППППППП ПППП ПППППППГ ПППППППППППП

ПППППППППППП

СРиг.1

UA

X

Pui3