Способ регулирования реактивной мощности Советский патент 1976 года по МПК H02J3/26 H02J3/18 

1

Изобретение относится к способам регулирования реактивной мощности и симметрирования режима многофазной сети.

Известен способ регулирования реактивной мощности, основанный на несимметричном регулировании многофазного преобразователя, выполненного из соединенных последовательно на стороне постоянного тока однофазных двухполупериодных управляемых преобразователей, выходы которых шунтированы управляемыми вентилями.

Недостатком известного способа является сложность устройств, его реализующих, а именно для реализации известного способа необходимо каскадное соединение однофазных двухполупериодных выпрямителей, количество которых равно удвоенному числу фаз многофазной сети.

Целью изобретения является симметрирование режима сети при любых видах нагрузки.

Указанная цель достигается благодаря тому, что осуществляют широтно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преобразователей путем шунтирования выхода однофазного управляемого преобразователя при помощи дополнительного управляемого вентиля в момент его запирания, затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль и новторно включают управляемые вентили однофазного двухполупериодного преобразователя, при этом меняют длительность пауз между импульсами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый

способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и тока в режиме максимальной генерации реактивной энергии; на фиг. 3, фиг. 4 - временные диаграммы напряжений и тока в режиме уменьшенной генерации реактивной энергии при широтном и широтно-импульсном регулировании соответственно; на фиг. 5 - временные диаграммы напряжений и тока в режиме максимального потребления реактивной энергии; на фиг. 6, 7 - временные

диаграммы напряжений и тока в режиме уменьшенного потребления реактивной энергии при широтном и широтно-импульсном регулировании соответственно; на фиг. 8 - векторная диаграмма напряжений и тока при

симметрировании режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети; на фиг. 9 - эквивалентная схема нагрузки; на фиг. 10, 11 - временные диаграммы напряжений и тока при стабилизации коэффициента

мощности и симметрировании режима трехфазной сети при широтном и широтно-имиульсном регулировании соответственно.

На временных диаграммах напрял ений моменты прохождения тока по обмоткам выделены жирными линиями.

Временные днаграммы нанряжени и тока приведены для случая идеального трансформатора, вентиле ; н ндеально сглаженного тока.

Временные диаграммы нанряжений и тока нря шнротно-имнульсном регулировании ириведены для закона регулирования, ири которо.л количество имнульсов ностоянно, имнуль(ы тока имеют равную длительность н равное расстояние между ними.

На фиг. 1 изображен унравляемый выпрямитель 1 с искусственной и независимой коммутацией каждой фазы, датчик вынрямлеиного тока 2, сглаживающий дроссель 3, устройство управления 4, датчик тока трехфазной сети 5, нагрузка С, трансформатор 7.

1рехфаз1.ый унравляемый выпрямитель 1 состоит нз каскадно соединенных однофазных Д зухг;олупериодных управляемых вынрямителей о-10 фаз со средней точкой, устройства 11-, искусственной коммутации, нолуобмоток; 12, 12, 13, 13, 14 и 14 вторичной обмотки трансформатора, основных вентилей 15-20 выпрямителей, шунтируюш,их вентилей 21 - 23, унравляелмых вентилей 24-29, вентилей 30-33 устройства искусственно коммутации, конденсатора 34, обкладок 35, 36 конденсатора.

В режиме максимальной генерации реактивной энергии ири заданном значении выпрямленного тока /о опережающий угол регулирования трехфазного управляемого выпрямителя с искусственной коммутацией сс -90 эл. град. Ширина импульса тока при широтно1М регулировании максимальна и равна, например, 180 эл. град. При широтно-импульсном регулировании длительность импульса тока ири этом также максимальна и, нанример, равна 60 эл. град.; общая длительность трех импульсов тока равна 180 эл. град (фиг. 2, а, б).

Амплитуда первой гармоники тока однофазных двухполупериодных управляемых выпрямителей 8-10 максимальна, первая гармоника тока оперел ает напряжение соответствующей фазы на 90 эл. град и количество генерируемой реактивной энергии максимально.

На фиг. 2, б показаны ток однофазного двухполунериодного управляемого выпрямителя 8 н первая гармоника указанного тока.

Для уменьшения количества генерируемой реактивной энергии ири выпрямленном токе /о, равном току уставки, уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании. Нри симметричном регулировании переднего и заднего фронтов импульсов смещения гармоник не происходит, первая гармоника тока ири этом опережает напряжение соответствующей фазы на 90 эл. град.

При уменьшении ширины импульсов уменьшается амплитудное значение первой гармоники тока и уменьшается количество генерируемой реактивной энергии (фиг. 3, 4).

На фиг. 4, а-е приведеиы временные диаграммы напряжения и тока однофазных двухполупериодных управляемых вынрямителей 8-10 соответственно при широтио-импульсном регулировании.

В режиме максимального иотребления реактивной энергии, как и в режиме максимального генерирования, ширина имнульса тока при

широтном и длительность импульса тока при широтно-импульсном регулировании максимальна, но угол регулирования а отстает и равен 90 эл. град. При этом амплитуда первой гармоники тока однофазиых двухполупериодных управляемых выпрямителей 8-10 максимальна и первая гармоника тока отстает от напряжения соответствующей фазы на 90 эл. град (фиг. 5). Для уменьшения потребления реактивной

энергии уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании, осуществляя симметричное регзлирование переднего и заднего фронтов имнульсов тока.

При этом первая гармоника тока отстает от напряжения соответствующей фазы на 90 эл. град и уменьшается только амплитуда первой гар.моники (фиг. 6).

На фиг. 7, а-е приведены временные диаграммы напряжений и тока однофазных двухполупериодных выпрямителей 8-10 соответственно при широтно-импульсном регулировании.

При несимметрии токов и отклонении коэффициента мощности многофазной сети от заданного значения при выпрямленном токе /о, равном току уставки, осуществляют широтное или широтно-имнульсное регулирование однофазного двухнолупериодного унравляемого выпрямителя каждой фазы. Положение и ширину импульса тока при широтном или положение последовательности импульсов тока и их длительность при широтно-имнульсном регулироваиии каждого однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя устанавливают в зависимости от несимметрии режима, коэффициента мощности многофазной сети и величины выпрямленного тока. При

это происходит нофазное регулирование реактивной мощности однофазными унравляемыми выпрямителями фаз при одновременном отборе активной мощности от менее нагруженных фаз и инвертировании ее в более нагруженные фазы.

Пусть в трехфазной сети векторная диаграммалинейных токов М, IB и 1C имеет вид, приведенный на фиг. 8. При этом нагрузка сети может быть представлена эквивалентной

нагрузкой, приведенной на фиг. 9.

Линейные токи трехфазной сети /Л, В и 1C (фиг. 8) равны разности соответствующих

векторов ICA, IAB, IBC фазных токов эквивалентиой нагрузки:

IА lAB - IС A; JB - IBC - /AS; TC ICA- IBC.

При равенстве векторов первых гармоник тока первичных обмоток АВ, ВС и СА трансформатора 7 (фиг. 1) соответствепно Д/лв, Д/вс, Д/СА (фиг. 8), токи обратной последовательности, созданные указанными токами, равны по модулю и противоположны по фазе токам обратной последовательности нагрузки 6. Реактивная составляющая тока прямой последовательности первичпых обмоток АВ, ВС, СА трансформатора 7 противоположна по фазе реактивной составляющей тока прямой последовательности нагрузки и при заданном коэффициенте мощности трехфазной сети, равном 1, равна по модулю. При этом линейные токи отсимметрированной трехфазной сети с коэффициентом мощности, равным заданному (например, ) определяются параметрами нагрузки, режимом устройства, реализуюп;его способ, и равны (фиг. 8):

ТА 1АВ + МАВ - (1C А + Д/СЛ); 7В IBC + Д/5С - (IAB + Д/AS); 7С /СЛ + Д/СЛ - (IBC + Д/5С).

где /Л; IB; 1C--векторы линейных токов отсимметрироваиной трехфазной сети при

IAB; IBC; ICA - векторы фазных токов эквивалентной нагрузки (фиг. 9);

Д/ЛБ; Д/5С; Д/СЛ-векторы первых гармоник, приведенных к первичной обмотке трансформатора 7 токов однофазных, двухполупериодных управляемых выпрямителей 8-10.

При широтно-импульсном регулировании управление может осуществляться по любому известному закону, например синусоидальному, трапецеидальному и т. п., что позволяет существенно уменьшить количество высших гармонических составляющих тока, генерируемых в сеть устройством, реализующим способ.

Рассмотрим процесс симметрирования режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети при несимметричных линейных токах /Л, ГВ, 1C (фиг. 8), вызванных несимметричной нагрузкой, эквивалентная схема, которой приведена на фиг. 9, и приведенном к первичной обмотке трансформатора 7 выпрямленном токе /о, в 3,96 раза меньшем амплитудного значения линейного тока 1C максимально нагруженной фазы.

При этом для симметрирования режима сети и поддержания коэффициента мощности равным 1, ток Д/Лй первичной обмотки АВ трансфор-матора 7 отстает по фазе от напряжения UAB на угол 51 эл. град и происходит

потреб;1ение aKHiBHofi н реактивно энергии из сети; ток Д/SC первичной обмотки ВС трансформатора 7 отстает по фазе от напряжения иве на 180 эл. град, и происходит imвертирование активной энергии в сеть; ток Д/СЛ первичной обмотки СЛ трансформатора 7 опережает по фазе напряжение UCA на угол-70 эл.град, и происходит потребление активной энергии из сети, генерируется реактивная энергия (фиг. 8).

Временные диаграммы напряжений и тока при этом прп широтном и широтно-импульсном регулировании прпведены на фиг. 10 и 11

(на фиг. 10, II приведены временные диаграммы напряжений и тока однофазных двухполупериодных выпрямителей 8-10 соответственно фаз АВ. ВС и СЛ).

Симметрирование режима и стабилизация

коэффициента мощности сети при неизменной нагрузке может осуществляться при различных значениях выпрямленного тока. При этом изменяется только ширина импульса тока при широтном или длительность импульсов тока

при щиротно-импульсном регулировании для поддержания необходимого значения амплитуды первой гармоники тока.

При широтно-импульсном или шпротном регулировании выход каждого однофазного

двухполунериодного управляемого выпрямителя со средней точкой закорачивают на время паузы управляемым вентилем, который открывают сигналом устройства управления 4 после запирания проводящего управляемого вентиля однофазного выпрямителя, а закрывают при помощи устройства искусственной коммутации 11, после чего открыв ют очередно: вступающий в работу управляемый веитиль однофазного двухполуиериодиого выпрямителя.

Устройство, реализующее предлягасмьи способ, работает следующим образом.

Пусть открыты управляемые вентили 15. 17 и 19 однофазных двухполупериодных выпрямителей 8-10 соответственно конденсатор 34 мостового устройства искусственной коммутации И заряжен и его обкладка 35 имеет положительный потенциал. Выпрямленный ток проходит по цепи: управляемый вентиль 15,

полуобмотка 12, управляемый вентиль 17, полуобмотка 13, управляемый вентиль 19, полуобмотка 14, сглаживающий дроссель 3 и датчик выпрямленного тока 2 (фиг. 1).

Для запирания управляемого вентиля 15

сигналом устройства управления 4 открывают управляемые вентили 24, 31, 32, 25 и напряжение конденсатора 34 прикладывается к последовательно соединенным управляемому вентилю 15 и полуобмотке 12. Управляемый

вентиль 15 закрывается.

По п,епи: вентили 24, 31, конденсатор 34, вентили 32, 25, 17, полуобмотка 13, вентиль 19, полуобмотка 14, сглажпвающий дроссель 3, датчик выпрямленного тока 2 - проходит

ток. Конденсатор 34 перезаряжается, и его

обкладка 36 приобретает положительный потенциал. После достижения заданного напряжения на конденсаторе 34 сигналом устройства управлення 4 открывают, например, вентиль 21. Вентили 24, 31, 32 и 25 закрываются. При этом выпрямленный ток проходит по цепи: веитиль 21, каскадно соединенные однофазные двухполупернодные выпрямители 9 и 10, сглаживающий дроссель 3 и датчик выпрямленного тока 2.

Для запирания управляемого вентиля 21 открывают вентили 24, 30, 33 и 25.

После перезаряда конденсатора 34 н достижения иа нем заданного значения напряжения сигналов устройства управления 4 открывают очередной вступающий в работу управляемый вентиль. Вентили 24, 30, 33 и 25 закрываются.

Аналогично описанному осуществляется искусственная коммутация управляемых вентилей однофазных выпрямителей 9 и 10.

Формула изобретен и я

Способ регулирования реактивной мощности, основанный на несимметричном регулировании фаз многофазного преобразователя, выполненного из соединенных последовательно на стороне постоянного тока однофазных двухполупернодных управляемых преобразователей, выходы которых щунтированы управляемыми вентилями, отличающийся тем, что, с целью симметрирования режима многофазной сети при любых видах нагрузки, осуществляют щиротно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преобразователей путем щунтирования выхода однофазного управляемого преобразователя при помощи дополнительного управляемого вентиля в момент его запирания, затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль

и повторно включают упр-авляемые вентили однофазного двухполупериодного преобразователя, при этом меняют длительность пауз между импульсами.

у про 5. ентилян с

31 -.

. .

iU15

итз т 2 uiif U15 тг т uiz uj4

UIZ U1.

т

1 i

J0°3l

S

a dvlxM ±

и

ТЛЗ U1Z VI U13 U12 UUf и 13 ИП U13 U12 Ш

и

.U13 U12 ипшЗ Uf2m U13U12-mm5 UfZlff /

ът

U12 ищ V/j un ui тз un ui ШЗ U12 ищ

и

ms U12. U1ifU13 U12 I7f U13Ui2 U14l713 U12 Ul

аи

a)t

Q:R

Ж

no

fpuz--1Ua

ix

to

t

Ш

- Кгз

о

j

:з

I т5 и 12. т V13 vn т шз ип ui3 ип ищ

т -IH vi3ui ттз Ш2т тзип-ипт ипт

180°эл

iRmi Я .

WJ vn ип тз ип vjf шз ип uw vn ur

°