Устройство для регулирования реактивной мощности Советский патент 1979 года по МПК H02J3/18 G05F1/68 

1

Изобретение относится к области преобразовательной электротехники и предназначено для использования в сетях неременного тока.

Известны устройства для регулирования реактивной мощности, содержащие последовательно включенные линейный дроссель и тиристорный ключ, в качестве которого используются либо симметричный тиристор, либо встречно-параллельно включенные тиристоры 1.

Эти устройства отличаются высоким быстродействием, отсутствием подвижных элементов, возможностью плавной регулировки величины реактивной мощности. Поэтому они щироко применяются в тех электрических устройствах, где требуется плавное быстродействующее регулирование величины генерируемой или потребляемой реактивной мощности, в частности в статических регулируемых компенсаторах реактивной мощности, устройствах симметрирования нагрузок многофазных ценей, стабилизаторах переменпого и выпрямлеппого тока н напряжения, автономных инверторах и т. п.

Величина реактивной мощности устройства регулировання определяется величпчой угла включения тиристорного ключа, которая устанавливается е помощью цепи управления, в состав которой входят фазосдвигающий олок, генерирующие импульсы, подаваемые на унравляющие электроды тиристоров ключа, н блоки, синхронизирующие работу фазосдвнгающего блока с нанряжением переменного тока, прикладываемым к зажимам устройства для регулирования реактивной мощности.

Из известных устройств наиболее близким по технической е}щности является устройство для регулирования реактивной мощноетн 2, содержащее линейный дроссель, нодключенный к сетн, н тиристорный ключ, управляемы) фазосдвигающий блок и формирователь П15ямоугольного напряжения, вход которого через выпрямитель подключеп к зажимам устройства, а выход - к синхронизирующему входу фазосдвигающего блока. Фазосдвигающнй блок генерирует имнульеы, подаваемые на вход тнристорного ключа, задержка которых относнтельно нередних фронтов еинхронизирующего напряжения определяется величиной напряжения, подаваемого на управляющий вход фазосдвигающего блока. Изменяя задержку генерируемых импульсов, регулируют угол включения тиристорного ключа и, следовательно, величину реактивной моншости.

Так как напряжеине, синхронизирующее работу фазосдвигающего блока, формируется из выпрямленного папряжсння переменного тока, подаваемого на зажимы устройства для регулирования реактивной мощности, то оно имеет форму прямоугольных импульсов, длительность которых нрактически равна длительности полунериода напряжения переменного тока с узкими паузами между ними, соответствующими моментами равенства нулю выпрямленного напряжения. Поэтому фазовый сдвиг генерируемых фазосдвигающим блоком импульсов относительно моментов перехода через нуль напряжения переменного тока, подаваемого на зажимы устройств, может изменяться практически от О до 180°.

Однако для управления этим устройством для регулирования реактивной мощности фазовый сдвиг генерируемых импульсов должен изменяться от некоторого минимального значения до 180°. Величина минимального фазового сдвига импульсов определяется моментом перехода через нуль тока дросселя при полностью открытом тиристорном ключе. В этом случае, когда напряжение переменного тока, подаваемое на зажимы устройства, имеет синусоидальную форму, минимальное значение фазового сдвига импульсов равно 90° и соответствует максимуму напряжения.

Если фазовый сдвиг генерируемых фазосдвигающим блоком импульсов по какойлибо причине становится меньше минимального значения, то возникает асимметрия полуволн тока дросселя, приводящая к его постоянному подмагничиванию. В том случае, когда фазовый сдвиг импульсов значительно меньше минимального значения, ток дросселя приобретает форму колоколообразных однонолярных имнульсов длительностью больше 180° и амплитудой, превосходящей максимальную величину тока дросселя в нормальном режиме работы. При этом резко возрастает постоянное подмагничивание дросселя регулятора и электромагнитных устройств, работающих совместно с устройством для регулирования реактивной мощности, что снижает их надежность и может привести к выходу их из строя или к включению защитных устройств, приводящему к перерывам в снабжении потребителей электроэнергией.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и устранение постоянного нодмагничивания линейного дросселя.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что устройство для регулирования реактивной мощности снабжено блоком задержки, вторым формирователем прямоугольного напряжения и блоком суммирования напряжений, причем один вход блока задержки соединен с сетью и с одним из входов первого формирователя прямоугольного напряжения, второй вход которого соединен со вторым входом блока задержки и с выводом тиристорного ключа, не подключенным к дросселю, выход блока задержки соединен с входом второго формирователя прямоугольного напряжения, причем выходы обоих формирователей нрямоугольного напряжения подсоединены к входу блока суммирования напряжений, выход которого подсоединен к фазосдвигающему блоку, причем блок задержки выполнен с передаточной функцией

к

рТ+ I

где К - коэффициент пропорциональности;

р - комплексная переменная; Т - постоянная времени, определяемая

из условия

г

где L - индуктивность линейного дросселя; г - активное сопротивление линейного

дросселя.

Подключение входа формирователя прямоугольного напряжения к зажимам устройства для регулирования реактивной мощности и входа блока суммирования напряжений, второго формирователя прямоугольного напряжения и блока задержки обеспечивает устранение постоянного подмагничивания дросселя и повышает надежность устройства, а использование в блоке задержки с передаточной функцией обеспечивает устойчивую работу устройства при изменениях частоты и формы напряжения

переменного тока, подаваемого на его зажим.

На фиг. 1 -изображена блок-схема предлагаемого устройства для регулирования реактивной мощности; на фиг. 2 - временHbie диаграммы работы устройства.

Устройство для регулирования реактивной мощности содержит линейный дроссель 1 и тиристорный ключ 2, включенные последовательно, управляемый фазосдвигающий блок 3, формирователь прямоугольного напряжения 4, формирователь прямоугольного напряжения 5, блок задержки 6 и блок суммирования напряжений 7.

Напряжение переменного тока С/, подаваемое на зажимы устройства, поступает на входы формирователя прямоугольного напряжения 4 и блока задержки 6. Формирователь 4 формирует прямоугольное напряжение, фронты которого соответствуют моментам перехода через нуль напряжения переменного тока U. Задержанное напряжение переменного тока .t/з поступает с выхода блока задержки 6 на вход второго

формирователя прямоугольного напряжения 5, формирующего прямоугольное напряжение UQ,, фронты которого соответствуют моментам перехода через нуль напряжения f/3. Поэтому напряжения t/n, и

Uui имеют одинаковую форму, но сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый блоком задержки.

С выходов формирователей 4 и 5 прямоугольные напряжения L/Q и Ua подаются соответственно на первый и второй входы блока суммирования напряжений. Выходное напряжение УВЫХ блока суммирования напряжений 7 имеет форму чередующихся прямоугольных разнополярных импульсов с паузами между ними, равными сдвигу между напряжениями L/Q, и t/, и подается на синхронизирующий вход управляемого фазосдвигающего блока 3, генерирующего импульсы L/ynp, подаваемые на управляющие электроды тиристоров 2. Величина задержки импульсов (Уупр относительно передних фронтов синхронизирующего напряжения Овых определяется величиной напряжения, подаваемого на управляющий вход фазосдвнгающего блока 3. До подачи импульсов ,(Уупр тиристорный ключ 2 остается в закрытом состоянии и напряжение на дроссель 1 не подается. После подачи импульсов тиристорный ключ открывается и под действием приложенного напряжения начинает протекать ток через дроссель 1. После изменения полярности приложенного напряжения ток дросселя уменьшается до нуля и тиристорный ключ 2 запирается до прихода следующего импульса. Измепяя угол включения тиристорного ключа 2, регулируют величину тока, протекающего через дроссель 1, и следовательно, величину реактивной мощности регулятора. На временной диаграмме /др показан ток дросселя 1. Пунктиром на этой диаграмме показан ток дросселя 1 при полностью открытом тиристорном ключе 2.

Так как импульсы /Уупр генерируются фазосдвигающим блоком 3 задержанными относительно передних фронтов синхронизирующего напряжения (/вых, то фазовый сдвиг этих импульсов относительно моментов перехода через нуль напряжения U, приложенного к зажимам устройства, неможет стать меньщим, чем величина пауз напряжения /7вых. Поэтому, если выбрать время задержки блока 6 таким, чтобы сдвиг между напряжениями и и Us был равен или больше сдвига между напряжением U и током дросселя 1 при полностью открытом тиристорном ключе 2, то в устройстве для регулирования реактивной мощности будет отсутствовать постоянное подмагничивание линейного дросселя.

Если частота и форма напряжения переменного тока и , приложенного к зажимам устройства, в процессе работы изменяются, то изменяется и величина времени задержки, требуемая от блока задержки 6. В этом случае использование блока задержки с фиксированной величиной времени задержки или приводит к сужению диапазона регулирования реактивной мощности или не обеспечивает устранения постоянного подмагничивания дросселя. Поэтому для обеспечения устойчивости работы устройства для регулирования реактивной мощности при изменениях частоты и формы напряжения переменного тока, подаваемого на зажимы устройства, блок задержки выполнен с передаточной функцией вида

К рГ + 1

что позволяет получить требуемую величину сдвига между напряжениями LJ и Ua во всем диапазоне изменений формы и частоты.

Таким образом, введение новых элементов - блока задержки, формирователя прямоугольного напряжения и блока суммирования напряжений - устраняет постоянное подмагничивание дросселя регулятора и электромагнитных устройств, работающих совместно с ним, и обеспечивает устойчивую работу регулятора при изменениях частоты и формы напряжения, подаваемого на его зажимы.

Формула изобретения

Устройство для регулирования реактивной мощности, содержащее линейный дроссель, подключенный к сети, и тпристорный ключ, подсоединенный последовательно к дросселю, управлякощие электроды тиристоров которого через управляемый фазосдвигающий блок связаны с формирователем прямоугольного папрял ения, отличающееся тем, что, с целью устранения постоянного подмагничивания линейного дросселя и повышения надежности устройства, оно дополнительно снабжено блоком задержки, вторым формирователем прямоугольного напряжения и блоком суммирования напряжений, причем один вход блока задержки соединен с сетью и с одним из входов первого формирователя прямоугольного напряжения, второй вход которого соединен с вторым входом блока задержки и с выводом тпристорного ключа, не подключенным к дросселю, выход блока задержки соединен с входом второго формирователя прямоугольного напряжения, причем выходы обоих формирователей прямоугольного напряжения подсоединены к входам блока суммирования напряжений, выход которого подсоединен к фазосдвигающему блоку, при этом блок задержки выполнен с передаточной функцией

К

77ТГ

где К-коэффициент пропорциональности; р - комплексная переменная; Т - постоянная времени, определяемая

из УСЛОВИЯ г - активное сопротивление линейного дросселя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 лизатор сети переменного тока на основе статического источника реактивной мощности. «Электричество, 1971, № 12, с. 61-65. 2. Патент Великобритании № 1179616, кл. G 3R, 1970.

и

Vj