Способ управления ферромагнитным устройством с подмагничиванием Советский патент 1992 года по МПК H02J3/18 H01F29/14 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления и повышения быстродействия ферромагнитных устройств с подмагничиванием.

Известен способ непрерывного управления электрическими реакторами с подмагничиванием, заключающийся в подаче к обмотке подмагничивания регулируемого постоянного напряжения, под действием которого в этрй цепи протекает постоянный ток,изменяющий насыщение магнитопрово- дов и соответственно потребляемый ток.

Недостатком этого способа является то, что при его реализации подмагничиваемые ферромагнитные устройства имеют низкое быстродействие.

Известен способ дискретного управления ферромагнитным устройством с подмагничиванием, заключающийся в формировании подмагничивающих импульсов в обмотке, шунтированной диодом и подключенный к источнику постоянного тока через управляемый элемент, например, тиристор.

Подмагничивающие импульсы в этой цепи создаются путем коммутации управляющего элемента.

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принят авторами за прототип.

Недостатками данного способа является низкое быстродействие, достигаемое в устройствах с подмагннчиванием, при его реализации. Это объясняется тем, что скоX

рость передачи энергии, идущей на насыщение магнитопровода ферромагнитного устройства, при наборе или сбросе мощности, определяется постоянной времени цепи управления, которое имеет большое значение. В связи с чем переход от одного установившегося режима к другому осуществляется с большой инерционностью.

Целью данного изобретения является повышение быстродействия управляемых ферромагнитных устройств с подмагничи- ванием при реализации предлагаемого способа.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что подмагничивающие импульсы в обмотке управления формируют с помощью накопительного конденсатора, который подключают к источнику электрической энергии и заряжают до заданного напряжения, отключают его и подключают к выводам обмотки управления, после этого в момент перехода его тока через нуль конденсатор отключают от обмотки и подключают к источнику электрической энергии, причем процесс заряда м разряда накопительного конденсатора на обмотку управления осуществляют циклически, а заданное значение и полярность тока разряда накопительного конденсатора создают путем подключения его к обмотке в заданные моменты времени синхрониизированные с на- пряжением питания управляемого ферромагнитного устройства.

Отличительные признаки от прототипа: формирование подмагничивающих импульсов накопительным конденсатором; порядок подключения и отключения накопительного конденсатора к источнику электрической энергии и обмотке управления; „формирование заданного значения и полярности тока в обмотке за счет подклю чения к ней накопительного конденсатора в заданные моменты времени синхронизированные с напряжением питания устройства.

Физическая сущность предлагаемого способа управления ферромагнитным устройством с подмагничиванием заключается в использовании.для создания подмагничивающих импульсов энергии предварительно заряженного конденсатора, который при подключении к обмотке управления разряжается и создает ток разряда,изменяющий- ся по колебательному закону.

Рассмотрим этот процесс при допущении, что кривая намагничивания стали сер- дечника аппроксимируется двумя прямолинейными отрезками.

Накопительный конденсатор подключается к источнику электрической энергии и заряжается до заданного значения напряжения. Значение этого напряжения выбирается из условия обеспечения заданного импульса подмагничивания, амплитудное значение которого обеспечивает номинальное значение рабочего тока.

По окончании процесса заряда накопительного конденсатора его отключают и подключают к выводам обмотки управления с помощью коммутационного устройства,

например, тиристорного коммутатора. При этом в накдпительном конденсаторе и обмотке управления возникает ток, который в общем случае описывается уравнением

15

1 1те-Л181п( Wot + тг),

где 1т - амплитудное значение импульсов подмагничивания;

со о - частота колебательного разряда. При этом напряжение на обмотке подмагничивания изменяется по закону, описываемому уравнением

25

Uco Ucme SinC Uot + 7T/2),

где Ucm - значение напряжения.до которого заряжен накопительный конденсатор.

Учитывая, что при разряде накопительного конденсатора используется первый импульс, а также пренебрегая потерями R «О, то формулы для тока и напряжения можно упростить и записать в следующем виде:

35i lmSin(ЈU0t+ JT),

п.

Uco UcmSin( тр

- ijjfj;:

L - индуктивность реактора со стороны обмотки управления.

За счет изменения Uco на выводах обмотки управления, в стержнях магнитопровода возникают однонаправленные магнитные потоки с частотой и0 .

Изменение суммарных магнитных потоков в стержнях происходит согласно выражению

етэ аеЬФгои-со5(со0Ь(р)±9в ,

55 где фт(- магнитный поток.обусловленный напряжением сетевой частоты ;

Фти - магнитный поток.обусловленный напряжением Uco с частотой о)0 ,

ip - сдвиг по фазе между максимальными значениями Фт,и Фти в стержне, зависящий от момента подключения накопительного конденсатора к обмотке управления.

Изменение момента времени подключения накопительного конденсатора к обмотке управления, изменяет фазу 1/ магнитного потока Фти относительно Фт,, и соответственно максимальное значение ФЕ., Изменение приводит к изменению значения импульса тока в оо- мотке управления и соответственно к изменению потока подмагничивания встержнях.

Таким образом, изменением момента подключения накопительного конденсатора к обмотке управления можно изменить значение импульса магнитного потока Фг,Ј, тока i и задавать любое значение постоянного магнитного потока в стержнях магнитопровода и соответственно рабочего тока. Частота Ш0 определяет быстродействие устройства и пои значении (а0 100...628 скорость перехода, при питании устройства напряжением сети, с одного режима работы к другому происходит за t 0,01 с. То есть достигается высокое быстродействие. Такое же быстродействие достигается и при уменьшении потребляемого тока, при этом накопительный конденсатор подключается к обмотке управления противоположной полярностью.

При поддержании статичегкого режима работы УФУ, с неизменным значением потребляемого тока, процесс заряд-разряд осуществляется циклически.

Для поддержания заданного значения тока потребляемого из сети, необходимо создавать небольшие добавки подмагничива- ющего потока в магнитолроводах, чтобы компенсировать его уменьшение. Обеспечить такой режим можно, как описывалось выше, за счет изменения подключения накопительного конденсатора к обмотке управления.

При переходе тока накопительного конденсатора через ноль, напряжение на его зажимах изменяет полярность и уменьшается относительно первоначального значения Ucm. Поэтому заряд накопительного конденсатора до заданного значения необходимо .роитводить подключением его источнику электрически- знеогм чогдз ps i ность напряжений на накопительном конденсаторе и источнике электрической энергии близок к нулевому значению. Это позволит избежать бросков тока при зарядке, снижению потерь энергии, а также использовать для зарядки накопительного конденсатора нерегулируемый источник напряжения.

Частота подключений и разряда накопительного конденсатора к обмотке управления зависит от постоянной времени цепи управления. Для мощных устройств, у которых.как правило.добротность велика, частота подключений составляет один раз в 10-30 периодов частоты сети. Для устройств меньшей мощности - один раз в 6-8 периодов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить быстродействие ферромагнитных устройств и использовать их для повышения динамической устойчивости линии электропередач м значительно повысить экономический эффект от их применения. Формула изобретения Способ управления ферромагнитным устройством с полмагни1 иванием, заключающийся в гом, что формируют подмагничи- еаюшие импульсы в обмотке управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в качестве элемента формирующего импульса подмэгничивания в обмотке управления используют накопительный конденсатор, который подключают к источнику электрической энергии и заряжают до заданного напряжения, отключают его и подключают к выводам

обмотки управления, после этого в момент перехода его тока через нуль конденсатор отключают от обмотки и подключают к источнику электрической энергии, причем процесс заряда и разряда накопительного

конденсатора на обмотку управления осуществляют циклически, а заданное значение тока разряда накопительного конденсатора создают путем подключения его к обмотке в заданные моменты времени, синхронизированные с напряжением питания управляемого ферромагнитного устройства.

Сущность изобретения: в качестве элемента, формирующего импульсы подмагни- чивания, используют накопительный конденсатор. Его подключают к источнику электрической энергии и заряжают до заданного напряжения, после чего конденсатор подключают к обмотке управления, В момент перехода его тока через нуль конденсатор отключают от обмотки и подключают к источнику электрической энергии. Процесс заряда и разряда конденсатора на обмотку управления осуществляют циклически, а заданное значение тока разряда накопительного конденсатора создают путем подключения его к обмотке в заданные моменты времени, синхронизированные с напряжением питания управляемого ферромагнитного устройства.