Система электропитания нагрузки переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02J3/18 

1

Изобретение относится к управлению реактивной мощностью в энергосистемах.

Известно, что системы электроэнергии, которые питают сильно реактивные 5 нагрузки, отличаются плохой стабильностью напряжения, т.е. значительным .изменением величины напряжения при изменении тока нагрузки. В индуктивной цепи при увеличении тока нагруз- Ю .ки уменьшаются как величина напряжения, так и. коэффициент мощности. Чтобы улучшить регулировку напряжения, силовые трансформаторы обычно снабжаются ответвленными преобразователя- j ми для нейтрализации тенденции изменения величины напряжения при изменении тока нагрузки. Большинство нагрузок систем носит индуктивный характер и для нейтрализации индуктивной сое- 20 тавляющей тока нагрузки системы для особых нагрузок последовательно или параллельно проводам линии энергопе- i редачи подсоединяются компенсирующие емкости. Там, где с достаточной сте- 25 пенью точности можно предугадать нагрузку, можно использовать конденсаторы постоянной емкости.

При некоторых переменных и неупорядоченных больших нагрузках, таких

как дуговые печи, регулируемая шунтируквдая емкость обеспечивается с по.мощью подключения непосредственно к клеммам нагрузки, параллельно последней, синхронно вращающихся или статических конденсаторов. При изменении тока нагрузки должна изменяться величина емкости; при постоянной емкости увеличивающееся напряжение на клеммах нагрузки выше приложенного напряжения системы не должно оказывать влияния на нагрузку. Однако для предотвращения мерцания лампы в линии в результате больших изменений индуцируемого на нагрузке напряжения время успокоения вращающегося приспособления выбирается весьма большим. Аналогично для исключения мерцания средства механической коммутации, используемые для управления шунтирующими статическими конденсаторами, реагируют не очень быстро. Изготавливаются переключатели энергии, способные; реагировать в пределах не менее полупериода частоты электроэнергии, однако их использование непосредственно в цепях с компенсирующими шунтирунвдими конденсаторами неудовлетворительно; опережающий емкостный ток переносит остаточный эаряд в конденсаторах и вследствие этого появляются причиняю щие затруднения переходные процессы напряжения или частотные гармоники. Предложены некоторые меры Для изменения действия суммарного реактивного тока постоянных шунтирующих ком пенсирующих конденсаторов с помощью подключения параллельно конДёнеатора катушек индуктивности и изменения ве личины реактивной составляющей тока, проходящего через компенсирующие катушки индуктивности. Это можно сделать путем изменения величины шунтирующей индуктивности-в каждой линии , fl или путем изменения величины реактивной составляющей тока, проходящего: через шунтирующую катушку ин.,укти вности постоянной величины 12 . Швестна также систем а электропитания нагрузки переменного тока, содержащая источник питания,питающие провода и узел компенсации реактивно тока,состоящий из цепочек,соединенны в звезду и включающих в.себя последо вательно соединенные конденсаторы и катушки индуктивности, выводыкоторы подключены на зажимы нагрузки, из цепочек, образованных из последовательно соединенных управляемых венти лей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник, выводы которо- го подключены также на зажимы нагрузки, блока для управления вентилями, и датчик .режимного параметра З} . Это устройство не обеспечивает дост.а.трчной стабильности напряжения в питающей сети.. . Цель изобретения - повышение точности поддержания напряжения в питающей сети. Цейь достигнута тем , .что в системе электропитания нагрузки переменного тока, содержащей источник Литания питающие провода и узел компенсации реактивного тока, состоящий из цепочек j соединенных в звезду и включающих в себя йЪслЩбва ёлййб с бёдйненные конденсаторы и катушки индуктивности, выводы- которых подключены на зажимы нагрузки, из цепочек образованных из последовательно соединенных управляемых вентилей и катушеК индуктивности, соединенных в треугольник, выводыкоторого подключены также на зажимы.нагрузки, блока для управления вентилями, и датчик режимного параметра,в качестве датчика режимного па раметра использован датчик угла между током и напряжением со стороны источника питания и система снабжена датчйком рёактивного тока и супматбром, причем один из входов датчика peai :тивмого тока служит для подключения на ток нагрузки, второй - на напряжение фазы со стороны источника;питания, его выход подключен на один из входов сумматора, второй вход которо еёйгзан с выходе датчика угла, а выход - с входом блока для управления вентилями. Кроме того, система снабжена цепью обратной связи с выхода сумматора на его дополнительный вход, состоящей из последовательно соединенных регулируемого ограничителя и стабилизатора. Между источником питания и питаюйими провЪдами установлен разделительный трансформатор. На фиг. 1 представлена система электроэнергии, включающая узел компенсации реактивной составляющей тока; на фиг. 2 а,б,в приведены электрические з арактеристики, иллюстрирующие работу узла компенсации реактивной составляющей тока, показанного на фиг. 1; на фиг. 3 представлена упрощенная трехфазная сеть эквивалентной цепи линии.передачи на фиг.4 а,б,в даны электрические характеристики, иллюстрирующие работу йатчика угла сдвига тока, показанного на фиг. 1; на фиг. 5 показана цепь обратной связи с регулируемым ограничителем; на фиг. б изображен график максимального значения реактивного тока нагрузки на выбранном временном интервале, по-. казывающий действие ограничивающей схемы обратной связи. Система электропитания содержит источник питания - генератор 1, подсоединенный к проводам 2,3 и 4 линии передачи. В. типичной высоковольтной энергосистеме линейное напряжение передачи может быть порядка 115 или 230 кВ, которое после генератора 1 повышается линейным трансформатором. Благодари понижающему трансформатору 5 линии передачи 2,3 и 4 подают энергию через провода б, 7, 8 на мощн5 и беспорядочно меняющуюся нагрузку, показанную в виде электрической дуговой печи 9. Провода б, 7 и 8, в дальнейшем называемые шиной печи, могут обеспечить, например, напряжение шины, равное 34,5 кВ. Энергия к дуговой печи 9 от шины печи подается через выключатель 10 и понижающий трансформатор 11. На практике нагрузка в виде дуговой печи 9 может состоять из одной или более трехфазных дуговых печей. Вследствие беспорядочной природы электрических дуг в такой печи иногда получается сильный разбаланс тока нагрузки. На выбранном участке энергосистемы между ге.нератором 1 и понижающим трансформатором 5 к проводам 2, 3 и. 4 линии передачи может быть подключено множество других промышленных, коммерческих и бытовых цепей нагрузок, например цепи применения, которые подсоединены к линиям 2, 3 и 4 посредством проводов 12, 13 и 14. )Келательно чтобы напряжения на проводах 12,13 и 14 при изменении фазы или амплитуды тока нагрузки дуговой, печи значительно не изменялись по величине, поэтому провода 12, 13 и 14 представляют собой шину питания критическим напря жением, на которой требуется устранить быстрое циклическое изменение напряжения, а следовательно и мерцание лампы, происходящее из-за быстры циклических изменений тока и,коэффициента мощности в дуговой печи 9. Напряжение между линией и нейтральны проводом, или напряжение фазы на критической шине обозначается Vo , а напряжение фазы на дуговой печи обозначается V. Изобретение применимо к любой сис теме передачи или распределенияэлек роэнергии или к любой особой нагрузке, где желательно компенсировать или нейтрализовать реактивную составляющую тока и таким образом улучшить коэффициент мощности, но особое применение оно имеет в нагрузке элек рической дуговой печи. Электрическая дуговая печь обеспечивает основную нагрузку такой величины и электричес ких характеристик, что она обычно вызывает ощутимое низкочастотное изменение напряжения системы и вследствие этого неприятное мерцание лампы в других нагрузках энергосистемы. Изобретение также применяется для компенсации изменения нагрузки драглайнов, приводов прокатных станков и длинных высоковольтных линий передачи. Полное сопротивление электрическо дуговой печи состоит, главным образо из активного и индуктивного сопротив лений и с изменением состояния плавления и обогащения в печи импеданс резко и беспорядочно изменяется. В частности, когда в печь помещается новый заряд металлического скрапа ду говые разряды испытывают резкие и ощутимые физические изменения на про тяжении по крайней мере нескольких минут, пока заряд печи не примет более или менее однородный характер. Ток образования дуги определяется до некоторой степени противодействующим . напряжением, выработанным самой печь Это противодействующее напряжение имеет прямоугольную форму колебаний и находится в фазе с отстающим или индуктивным током дуги, эффективное полное сопротивление дуги резко изме няется в зависимости от формы дуги и при этом оно изменяет фазоёое соот ношение относительно подведенного напряжения нагрузки. Таким образом, для внешней цепи нагрузка дуговой печи выступает как переменное индуктивное и переменное активное сопротивления , Именно эти характеристики создают быстро повторяющиеся изменения фазы и величины, напряжения нагрузки относительно напряжения энерго системы и, следовательно, низкочастотное мерцание напряжения. Частоту этих изменений напряжения характеризуют параметры печи. Она может составлять порядка 3-6периодов в 1 с. Чтобы нейтрализовать реактивный ток, в частности индуктивную составляквдую тока в нагрузке дуговой печи 9, использовс нисточник компенсирующего реактивного тока, содержа1ций группу из трех постоянных конденсаторов 15, 16, 17, подключенных к проводам 6, 7, 8 и соединенных звездой через соответствующие индуктивности 18, 19, 20 настройки. В каждом плечегруппы конденсаторов, соединенных звездой, между линейным и нейтральным проводами подбирается соответствую- , щая катушка индуктивности, чтобы настроить емкостный дроссель 21 на выбранную гармонику частоты энергосистемы, шунтировать тем самым ток этой частоты и отфильтровывать такие токи из энергосети. Предпочтительно емкостный дроссель 21 включает три отдельных группы, соединенных звездой постоянных конденсаторов, причем каждая группа настроена на отдельную гармонику, в частности на третью, пятую и седьмую гармоники основной частоты. Существуют преобладающие гармоники, вырабатываемые дуговыми печами и регуляторами фаз тиристоров. Настраивая, таким обрезом, каждый фильтр гармоники, на последовательный резонанс с выбранной частотой для этой частоты обеспечивается цепь с низким общим сопротивлением, так что гармоники, вырабатываемые дуговой печью 9 или дросселем 22 с тиристорным управлением, в энергетическую сеть че-рёз понйжанлдий трансформатор 5 не проходят. Если требуется дополнительная шунтирующая емкость, ойа предпочтительно настраивается на гармоники частоты выше седьмой. К шине печи паргшлельно нагрузке подключено индуктивное реактивное сопротивление , содержащее три последовательно соединенные пары постоянных катушек индуктивности 23, 23j, 24,, и 25 , 25, соединенных в схему треугольника, причем каждое плечо треугольника содержит одну пару катушек индуктивности с последовательно включенным между ними тиристорным ключом. В частности между катушками 23, 23. включен тиристорный ключ 26, между катушками 24,, 24rj - тиристорный ключ 27, а между катушками 25, 25 - тиристорный ключ 28. Каждый тиристорный ключ содержит пару тиристоров или пару групп тиристоров, соединенных параллельно между собой и навстречу друг другу для обеспечения проведения противоположных полупериодов переменного тока.В индуктивном реактивном сопротивлении катушки индуктивности соединены треугольником главным образом для того, чтобы свести к минимуму потребления тока тиристорами и катушками индуктивности. Когда система сбалансйгэована, треугольное соединение служит также для того, чтобы закоротить цепь для токов третьей гармоники и устранить их из линии энергопередачи. Третья гармоника являетйя пЕ еобладающей гармоникой, вырабатываемой благодаря действ йю рёгулйрбвания фазы однофазных тиристорных ключей.

В энер -ёТиЧеёкоЙ сёти как ёмкостныйкомпенсирующий дроссель, так и индуктивный компенсирукиций дроссель .22 вкЛ рчаются параллельно относительно нагрузки дуговой печи 9 и работают совместно в качестве источника емкостной реактивной соста-вляющёй тока, по существу равной в каждом ли нейном проводе и противйположной индуктивной составляющей токаНаТрузки дуговой печи, проходящей по этой лиНИИ. Для обеспечения переменной суммарной величины опережающей реактивной составляющей тока компенсирующие дроссели управляются с помощью управляющей величины отстающей составляюЙ ей тока, проходящего через постоянные катушки индуктивности дросселя 22, причем постоянные конденсаторы 15, 16 и 17 обеспечивают заданную постоянную величину опережающей составляющей реактивного тока. Регулировка фазы индуктивной составляющей компенсирующего тока, таким образом, изменяет кажущуюся реактивность

Цепи ..::- ™ - -: ---- v - -: -- - -

Постоянная величина емкостной комПёнсации .мржёт .бщь обеспечена пОсле доватёльно включенными в линию кондёнсаторами или комбинацией последовате 1ьно и параллельно включенных кондёнсатороё. Действие реактивной составляющей тЬка постоянного конденсатора, включенного последовательно в линию, можетизмениться подключением через регулирующую фазу тиристора постоянной катушки индуктй§йО е: й параллельно конденсатору.

Когда тиристорные ключи 26, 27, .28 не п роводят, в цепи нагрузки работа..ет только емкостный кОмпенсирую1ЦИЙ дросрель. Когда тиристорные клю11ЙйЭЖЙ.з,й%йются полностью проводяыи1ий7 .индуктивный дроссель 22 становится полностью эффективным и снабжает задавшей величиной отстающей составляющей реактивного тока большей, равной или меньшей, чем величййа опережающей составляющей реактивного тока, которая обеспечивается емкостным дросселем 21. Предпочтительно суммардая величина опережающей составляю1Цёй реактивного тока, обеспеченная емкостным и индуктивным (22) компен 1;Й 1 имидросс.ёлямй вмёсте, в каж дом линейном проводе поддерживается nfJPiftepHo равной отстающей или индуктивной составляющей тбка наРр 1 Ж пё чи ё этой линии при изме.йенйи состоя-- ттй агрУзки. .: - ; :

SSiSSS:

Когда индуктивная составляющая тока в нагрузке оказывается сбалансированной с помощью равной емкостной составляющей тока, полученной от сочетания компенсирующих дросселей 21 и 22, на проводах 6, 7, 8 появится только мощность или активная составляющая тока нагрузки. Если, кроме этого, дросселями 21 и 22 компенсируется индуктивная составляющая линейного тока, требуемая понижающим тран-сформатором 5, полная нагрузка за пределами шины критического напряжения становится активной,

Если необходимо обеспечить полную компенсацию отрицательной последователь ности составляющих тока, возможно, что .отстающая составляющая компенсирующего тока может, заметно превысить опережающую составляющую компенсирующего тока. Чтобы регулировать величину индуктивной составляющей тока, проходящего через компенсирующий дроссель 22, использована схема управления вентилями тиристорными ключами дросселя 22. Эта схема содержит датчик 29 реактивной составляющей тока, реагирующий на зеактивную составляющую тока в самой цепи нагрузки, который предназначен для определения и. непрерывного подрегулирования угла проводимости тиристорных ключей 26, 27, 28 так, чтобы суммарная реактивна.я составляющая тока, вырабатываемая компенсирующими дросселями 21 и 22, оказалась раГвной по величине 1И противоположной по фазе реактивной составляющей тока нагрузки. Первая коррекция действует без заметной временной задержки и без обратной связи, так что нежелательное смещение или сдвиг могли бы ввести рассогласование в настройку устройства компенсации. Поэтому схема управления вентилями дросселя 22 дополнительно включает блок, чувствительный к коэффициенту мощности или углу сдвига тока «а шине критического напряжения, которое служит для обеспечения сигнала управления углом проводимости вентилей, чтобы коэффициент мощности на критической шине поддерживался постоянным, п ед:5почтительнр близким к единице. Эта регулировка через линейный ток и чувствительные элементы напряжения обеспечивает отрицательную обратную связь и является, таким образом, регулирующим устройством управления, в отличив от компенсирующего устройства управления, разомкнутого на конце. х

Чтобы обратная связь не достигала соотношения и результата критической фазц для образования сигнала и колебаний, в контур управления должна вводиться определенная величина временной задерж1 и или затухания частоты. Из-за такой временной задержки или затухания регулятор угла сдвига

тока работает медленно по сравнению с компенсирующей системой управления током нагрузки. Компенсирующее устройство управления током нагрузки и регулирующее устройство управления углом сдвига тока могут использоваться или отдельно, или совместно, как показано на фиг, 1. Когда они используются вместе, компенсируюгдее управление действует быстро, как первичное управление, а запаздывающее управление УГЛОМ сдвига тока работает в качестве корректировки для предотвращения сдвига или другого рассогласования.

Схема управления компенсацией тока нагрузки, показанная на фиг. 1, включает датчик 29 реактивной составляющей тока, получающий входные сигналы, зависящие от фазы напряжения на критической щине и от тока нагрузки, и работающий показанным на фиг.2 способом, чтобы создать переменный однонаправляющий, или однополярный выходной сигнал, управляющий углом стробированйя запускающих сигналов, которые периодически зажигают или включают тиристорные ключи 26, 27, 28 при каждом мгновенном требовании компенсации. Под однонаправленном или однополярном выходном сигнале подразумевается сигнал, имекяаий направление или полярность для любого заданного состояния реактивной состав л якяцей тока, подлежащего коррекци направление или полярность сигнала, показывакиоие опережает ли реактивная составляющая тока или отстает относительно напряжения. Таким образом, хотя при изменении общего сопротивления энергетической сети полярность сигнала время от времени может ме11Ятся, для любого одного состояния общего сопротивления энергосети он является однонаправленным или однополярным.

Под углом стробированйя имеем ввиду угол сдвига фаз относительно внешнего переменного сигнала напряжения, при котором каждый тиристор становится проводящим. Этот угол сдвига фаз, измеренный от начала прямого напряжения, приложенного извне к тиристору, в последукщем называется углом стробированйя. Интервал, в течение которого тиристор потом после каждог включения проводит, ниже называется углом проводимости. Когда угол проводимости для каждого тиристора равен 1800, ключ рассматривается полностью включенным или замкнутым когда угол проводимости равен О, ключ рассматривается полностью выключенным или разомкнутым. При промежуточных положениях углов и соответственно промежуточных углах стробированйя ключ в течение полупериода частично включен и частично выключен и управляет велич:иной тока, проходшцего через

него, благодаря отношению времени включенного состояния к времени выключенного состояния.

Сигнал напряжения фазы. Поданной на датчик 29 реактивной составляющей тока, ответвляется от проводов 6, 7,; 8 через трансформаторы 30 напряженияj подключенные к проводам 6, 7, 8 в точках 31, 32 и 33 соответственно. Путем преобразования сигнала напряжения V нагрузки на выходе трансфбрмаОторов 30 с помощью сигнала линейного тока, ответвленного через трансформаторы тока 34, 35 и 36, в проекторе 37 напряжения критической шины появляется сигнал напряжения фазы V, по фазе

5 и величине соответствующий значению напряжения между линией и цейтргшьным проводсм или напряжеиню фазы на критической шине. Это отраженное яапряжение фазы Vg,, таким образом, прини0мают во внимание для необходимой поправки реактивного действия трансформатора 5. Отраженное напряжение фазы Y , подается на датчик 9 реактивной составляющей тока и взаикюдействует с сигналом тока нагрузки показанным

5 на фиг. 2 способом, с целью образования выходного сигнала в течение каждого полупериода отраженного напряжения фазы, представляющего величину реактивной составляющей тока в цепи

D нагрузки печи 9. Таких отраженных сигналов напряжения vV ответвляется три, по одному для каждой линии трехфазной энергосети.

На фиг. 2а сагюшной линией пока5зан отраженный сигиал иапряжения V для одной фазы, подведенной.к датчику 29 реактивной составл$ ющей тока. Пунктирной линией изображен также сигнал тока нагрузки 3i. в соответствую0щем проводе нагрузки, подведенный к датчику 29 от одного иэ группы трансформаторов тока нагрузки 38, 39, 40 через источник 41 сигнаша тока нагрузки.

Для иллюстрации работы датчика

5 реактивной сбставляищей тока сигнгш тока Ли представленный на фиг. 2а, изображается иэменяйяцимся по фазе относительно сигйгша напряжения от опережакяцего соотнсянения в нача0ле, до отстающего соотношения в конце. Датчик 29 реактивной составляющей тока включает схему для мгновенной выборки величикы и направления сигнала тока 3i. в каящой точке пересечения

5 нуля сигналом напряжения фазы V,, . Эти выборки сигиала тока показаны на фиг. 26. Датчик 29. реактивной составляющей тока включает также средство запоминания сигнала для создания непpeiMJBHoro однонаправленного выходного

0 сигнала (фиг. 2, в) имеющего величину и направление, пропорциональные величине и направлению последней предыдущей мгновениой выборки, показанной на фиг. 26. Таким образом, выходной сигнал чувствительного элемента реа тивной составляющей тока являемся мгновенным однонаправленны;м сигналом для каждой фазы, ветачина которого представляет величину реактивной сос тавлякщей тока нагрузки в этой фазе в любой момент, а полярность показы вает знак опережения или отставания этого тока нагрузки. Мгновенная выборка величины тока нагрузки в момент нулевого положения напряжения фазы является непосредственной мерой величины реактивной составляющей это го тока по отношению к напряжению выборки. Каждый из выходных сигналов с дат чика 29 реактивной составляющей тока периодически возвращает в нуль каждые полпериода проходящее в критической шине напряжение фазы; по поля ности и величине эти сигналы представляют соответственно фазовые соот ношения и величину реактивной состав ляющей тока, который в любой момент должен быть подан компенсирующими дросселями 21 и 22 для приведения cSMMapHoro линейного тока 3.щК одной фазе с напряжением критической шины Vj,, которую оно имело раньше. Регулирование опережающих составляющих реактивного тока проходящего че рез компенсирующий, дроссель 21, до требуемого .значения выполняется упра лением средней величины отстающих составляющих реактивного тока IXL. / проходящего через крмпенсирукяций дроссель 22. Токи о пределяются стробирующими углами тиристорных ключей 26, 27, 28. Углы стробирования тиристоров, заданные чувствитель ным элементом 29, так регулируются и усуанавливаются на мгновенных основа ниях, что обший реактивный ток (Зуц+З Обеспеченный компенсирующими дросселями 21 и 22, оказывается равным по величине и противоположным по направ лению -реактивной составляющей тока нагрузки 3ц в дугЪвой печи 9. Чтобы управлять углами стробирова ния тиристорных ключей, с датчика тока на блок 42 для управления углами проводимости вентилей, включающее от дельные схемы управления углами проводимости для каждого тиристорного ключа, подаются три сигнала реактивных составляющих токов. Если, как показано на фиг. 1, уп Сг&Влёнйё рёйктивной составляющейтоК сполъзуется совместно с управлением углом сдвига тока или коэффициента мощности, выходной сигнал датчика 29 реактивной составляющей тока подается на блок 42 управления углаMlf проводимости через сумматор 43. ЕсЛй используется только один или второй сигнал управления, то суммаУ тора не требуется. Когда углы стробирования тиристор ных ключей 26, 27, 28 устанавливаютс в соответствие с выходными сигналами датчика 29 реактивной составляющей тока, сумма компенсирующих реактивных составляющих тока и , поданная с компенсирующих дросселей 21 и 22, будет равной по величине и противоположной по направлению реактивным составляющим тока, требуемым для питания нагрузки дуговой печи 9 и понижаюи го трансформатора 5, так что общий линейный ток Л, остается в фазе с линейным напряжением на критической шине. Хотя на фиг. 2 ток для иллюстрации показан как опережающий сигнал напряжения vi в той же точке это необычное состояние. Реактивные составляющие тока, требуемые как нагрузкой, так и трансформатором 5, фактически являются индуктивными, так как общая реактивная составляющая компенсирующего тока, подаваемого с компенсирующих дросселей 21 и 22, обычно является емкостной. Именно по этой причине постоянное реактивное емкостное сопротивление конденсаторов 15, 16, 17 обычно больше, чем индуктивное реактивное сопротивление катушек 23i , 232, 24,, 24,j, 25, 253. Таким образом, когда тиристорные ключи 26, 27, 28 оказываются полностью проводящими (кажущееся реактивное индуктивное сопротивление минимальное ), так что компенсирующая индукУ тивная составляющая тока в дросселе максимальна, то такой ток обычно по крайней мере незначительно меньше емкостной составляющей компенсирующего тока в дросселе 21. Возможен случай, когда реактивная составляющая тока нагрузки по крайней мере в одной линии может оказаться опережающей, как например, в условиях отсутствия дуги в одной фазе дуговой печи. Для полной компенсации в этом случае дроссель 22 должен оказаться в состоянии снабдить отстающими составляющими тока большей величины, чем заданные опережающие составляющие тока в дросселе.21. . , Хотя на фиг. 2 показаны сигнал напряжения фазы и ток нагрузки только в одной линии, трехфазная сеть, изображенная на фиг. 1 и 3, включает три таких, взаимосвязи и предполагается, .;что вырабатывается три таких, каК показано на фиг.2в сигнеша реактивных составляющих тока нагрузки. Эти три сигнала в сбалансированной сети будут равными, но в случае разбалансированной нагрузки в любой момент будут различными, поэтому в случае разбаланса в любом полупериоде результирующие углы стробирования в различных ключах 26, 27, 28 не одинаковы. Благодаря описанному управлению эти стробирования каждые полпериода устанавливаются в соответствие с имеющимися условиями тока нагрузки. Общее компенсиругацее реактивное сопротивление между кавдоП парой ли нейных проводов {благодаря комбинированному действию дросселей 21 и 2 необходимое для осуществления требу мой компенсации реактивной составля щей тока нагрузки в каждой линии тре фазной энергосети можно выразить сл гаемыми реактивных составляющих тёк нахрузки следующим образом: 011-21 ,Ъ41-2,1 -.LX- JILX- UX ЪЕ . где Хс - общее компенсирующее емкост ное реактивное сопротивление между указанными парами линейных проводов aLX ъик отстающие реактив ные составляющие тока нагрузки в соо ветствующих проводах цепи нагрузки. Если решение этих уравнений в .любом случае дает отрицательное У , это говорит о том, что общее компенсирую щее реактивное сопротивление должно быть скорее индуктивным, чем емкостным. Из приведенных выше зависимостей ясно, что управление фазой тока с помои}ью каждого ключа 26, 27, 28 для определения кажущегося индуктивного -реактивного сопротивления в соответствующей ветви дросселя 22 должно зависеть от суммирования всех реактивных составляющих тока нагрузки, производимого тем способом, который определен уравнениями. Общее компенсирующее реактивное сопротивление между каждой парой линейных п 6водов можно выразить чере активные и реактивные составляющие тока нагрузки следующим образом. Щ . 1lX |SVx lV/ Ъ.-, ,L. Vl2-,l A-i-. т ..in .-, .- , bVb bL«. W 9riux OiLX J c|2,-C-2b.i -. u±i-5 bJl ii.e. 2L.4 tV где -3, , JjLii. и 3j,, - активные или совпадающие по фазе составляющие тока нагрузки в соответствующих прово дах цепи нагрузки, а другие символы имеют те же самые значения, которые f4j,nH установлены для уравнений рань Датчик 29 хотя и конструируется так, чтобы привести результирующую составляющую общего линейного тока 3т к нулю, не оказывает 3aMeTHoto влияния на реактивную составляющую тока нагрузки, на которую реагирует датчик 29 реактивной составляющей , . . тока, поэтому- Г -эНёргосйстёйе нёт обратной связи, с помощью которой можно было бы показать, производится ли соответствующая регулировка в .датчике 29. Таким образом, если на выходной сигнал чувствительного элемента реактивной составляющей тока налагается любой отдаленный член сдвига или смещения или если в цепь управления между выходом чувствительного элемента тока и тирис.торными вентилями вводится рассогласование любого предела или усиления, диапазон компенсации реактивной составляющей тока может быть смещен, а рассогласование введено в порядке компенсации . При управлении без цепи обратной связи такие рассогласования контур компенсации не обнаружит, поэтому совместно с датчиком реактивной составляющей тока использован датчик угла сдвига тока или регулятор угла сдвига фаз. Датчик 44 угла сдвига тока обеспечивается сигналом линейного тока с трансформаторов тока 34, 35, 36 и отраженными сигналами напряжения, ответвленными от общего линейного тока Лгп и напряжениями фазы нагрузки V , которые по фазе и величине представляют напряжения фазы системы Vg на критической шине. Отраженные сигналы напряжения фазы системы , ответвленные от напряжений шинах 6, 7 8 являются главными в о 1ными компонентами для ранее Спиранных датчиков угла сдвига тока и датчика реактивной составляющей тока. На фиг. 3 представлена упрощенная схема части сети аппаратуры, показанной на фиг. 1. В энергосети на фиг. 3 полное сопротивление линии передачи представляется в виде последовательно включенного в каждую фазу полного сопротивления ц , а полное сопротивление понижакяцего трансформатора 5 в виде последовательно включенного в каждую фазу полного сопротивления 2тНапряжения системы Vg, на проводах 2, 3 и 4 между полными сопротивлениями и Т-т являются напряжениями критической шины, которые необходимо поддерживать постоянными с помощью поддержания синфазного состояния линейных токов 3|т1. На полном сопротивлении 2т со стороны нагрузки на проводг1Х 6, 7, 8 появляется напряжение нагрузки VL . Чтобы из напряжений фаз нагрузки VL ответвить отраженные сигналц нэп- ; ряжений системы / .которые по величине и по фазе представляют напряжения

фаз системы Vj,имеется комплект трансФорматоров 30 напряжения (фиг. 1 и 3),состоящий из двух трансформаторов 45 и 46 напряжения. Первичная обмотка трансформатора 45 соединена треугольником и питается натгряжением нагрузки между линидми, а вторичная обмотка 5 соединена звездой. На каждой вторичной обмотке фазы трансформатора 45 появляется синфазная пропорциональная копия напряжения нагрузки между линиями,10

Соединенные звездой вторичные обмотки трансформатора 45 питают соедименные треугольником первичные обмотки второго трансформатора 46 иапряженйй. Вторичные обмотки трансформатора 15

46также соединены треугольником. Напряжение tta каждой фазовой обмотке траьнсформатора 46 напряжения явяяется синфазной копией напряжения между линией и нейтральным проводом или . 20 напряжения фазы V, на шинах 6, 7, 8

печи. - V- .;:-.: :- iTO6H преобразовать . выходной сигнал трансформатора 46 до соответствия по фазе и амплитуде напряжениям фаз критической шины на проводах 2, 3 и 4, необходимо для каждой фазы полностью соединить. этот выходной сигнал d напряжения, т.е. сделать его синфазнум с падением напряжения на соответствующем полном сопротивлении 30 трансформатора 5 и пропорциональным коэффиайё1йту понижения трансформатора 30 нйй)йжбйия. Для этой цели в каждую линию трансформатора 34, 35, 36 тока (на Фиг. 3 показана только 35 одна его фаза) включен эквивалент полного сопротивления 2,пропорциональный полному сопротивлению трансформатора 2 и коэффйШейтУ -передачи трансфорштб1р6в 30 напряжения. Q

На выходе полного сопротивления

47появляется напряжение одной вторичной Обмотки трансформатора 46 и соответствующее полное сопротивле- ., ние фазы z, на клемме которого прикладывается также сигнал -отраженного напрйжения фазы V . Сигнал V для каждой фазы точно сфазирован с соотfётствукяаим йапряжением фазГы критической шины. Именно эти отраженные „,.,, (и пропорциональные им) напряжения 50 критической шины прикладываются к датчику 44 угла сдвига тока и датчику реактивной составляющей тока.

Чтобы выработать выходной сигнал, соответствуадий углу сдвигафаз ШжУ лйней1ным током и напряжением фаэы УЛ на критической Т1дайёТс т| ажён1 ый сигнал напряжения Vg, , в каждой фазе в датчике 44 угла сдвИга тока скла- 60 тся с общим линейдоГр ёо&тветстйуйщей линии, отвётвленнь от трансформаторов 34, 35, 36 линейного тока через источник сигнала линейного тока.65

На фиг. 4а сплошной линией покаэйн график отраженного сигнала напряжения системы, помещенный на одной шкале времени с соответствующим общим линейным током 3f, показанным пунктирной линией. Для иллюстрации линейный ток 3f показан изменяющимся по фазе относительно напряжения системы от отстающего вначале до опереЖающего в конце соотношения. Опережающее соотношение не может существовать, исключая чрезвычайномалые нагрузКи. ДатчйК i/гла сдвига тока включает средство интегрирования для создания сигнала, О1«энчательная величина которого соответствует временному смещению или фазе между нулем линейного токаи нулем напряжения фазы системы (фиг. 4а) и имеет полярность сви:детельствующую об отстающем или олережаницем соот нршении фаз тока Зц и напряжения Vj, .Такой проинтегрированнШ сигнал изображен на фиг. 46. Выработанный таким образом проинтегрированный сигнал для каждого полуПериода подается на ссэответствующее бреддтво запоминания сигнала, которое создает иепреры ый выkoднoй сигнал, имеищий в любой Момент однонаправлен«УКУ величину, равную последнему предшествунедему времени интегрирования, показанному на фиг. 4б, и полярность cooTfieTuT ylceuyid полярности последнего 1федшествующего проинтегрированного сигнала. На фиг. 4в показан непрерденьй однонаправленный выходной сигнал , полярность и величина которого в казвдом полупериоде установлена в соответствии с проинтегрированным сигналом, показанным на фиг. 4б, и в соответствии с мгновенным соотношением фазы между .током и напряжением или углом сдвига тока, показанным на фиг. 4а.

Переменный одионаправленный выходной 6игн;ая тока подается на сумматор 43 через стабилизатор 49, устанавливакиций постоянную времени в контуре управления.

В сумматоре 43 этот одно.направленный сигнал угла сдвига, тока складывается с однонаправлё.нным сигналом реактивной составляющей тока нагрузки, постуЬаю1йИм с датчика 29 с целью установки такого выходного сигнала, сумматора, который обеспечивает регулировку блока управления углоМ проводимости тиристора 42, позволяющего удержать коэффициент мощности на критической шине постоянным, предпочтитёлЕй оравЙым единице. Если требуется коэффициент мощности, отличакяцийся от единицы, на сумматор 43 можно подать положительный или отрицательный сигнал смещения соответствующей амплитуды.

Управление углом сдвига тока обеспечивает отрицательная обратная связь через провода энергосистемы. В частности, любые выработанные сигналы углов сдвига тока так управляют углами стробирования- тиристоров и суммарной реактивной сост-ав-чяющей компенсирующего тока, То фазовое положение линейного тока устанавливается равным или близким к требуемому, значению посредством чего уничтожается сигнал угла сдвига тока. Именно из-за данной обратной связи необходима схема 50 стабилизации. В основном из-за того, что цепи управления обладают характеристикой постоянной времени, сообщение любого изменения сигнала управления передается через цепи управления на тиристоры, а с них обратно по энергосети с учетом временной характеристики. Скорость изменения, установленная такой временной характеристикой, соответствует частоте. Если бы собственная постоянная времени контура управления и контура обратной связи былатакой, чтобы собственная задержка в слагаемых этой частоты была равна 180° относительно частоты временной характеристики, обратная связь, отрицательная по,замыслу, стала бы положительной и вызвала бы усиление и колебание.

Чтобы предотвратить этот эффект, схема 50 стабилизации дополнительно вносит в контур управления постбяннуй времени, достаточную дляподавления колебания. С другой стороны из-за этой .задержки в передаче сигналачерез контур управления углом сдвига тока это управление осуществляется не так быстро, как хотелось бы. Если .бы использовалось единое срабатывание компенсируквдего дросселя 22, задержка была бы значительной. Однако когда регулирование угла сдвига тока используется совместно с компенсатором тока нагрузки, сигнал угла сдвига тока обычно очень маленький и деиствует только как поправка при какойлибо неточности устройства, управления током нагрузки без обратной связи.

В некоторых случаях мгновенный . выброс максимального значения реактивного компенсирующего тока может превышать максимально возможный или номинально допустимый верхний предел компенсирующих дросселей, хотя амплитуда изменений максимального значения находится в пределах возможности дросселя. Поэтому при желании система может быть снабжена средством для ограничения максимума до некоторого заданного среднего значения величины реактивной составляющей тока или реактивных вольт-амперных составляедйх, подаваемых с компенсирующих дросселей 21 и 22. Поскольку емкостный компенсирующий дроссель 21 обеспечивает постоянную величину опережающей реактивной составляющей тока, этот управляющий сигнал прикладывается к индуктивному компенсирующему дросселю 22. Ддл

этой цели обеспечивают схему 51 обраТ1Нбй связй регулируемым ограничением, которая получает выходной сигнал сумматора 43 и подает через стабилизатор 49 ограничивающий отрицательный сигнал обратной связи на вход cyMMaiTopa 43. Постоянная времени стабилизатора брльще длительности цикла xapaктepиcтиkи шестипериодной дуговой печи.

Действие ограничивающей цепи об0ратной связи иллюстрируется на фиг.б. На горизонтальной шкале времени фиг.6 показана типичн ая колебательная характеристика ма ксимального значения реатстивногОTOiffaЙУгЬЪ 6й печи на про5тяжении иллюстрируемого промежутка времени, которь1й после нового заряда печи сглаживается и. уменьшается До со.стояния относительно стационарного режима. Благодаря физическим харак0теристикам печи и дуги эта кривая колебания максимального значения имеет частоту порядка 6 периодов в 1 с.

Ордината графика представляет мак-, симальное значение реактивного тока пёчи в процентах, где 100% соответ5ствует максимуму максимального значения. Если желательно ограничить максимум компенсирующего реактив.ного тока до уровня, меньшего максимума значения ,. достигаётся несколько меньшая

0 35 40 требуемой полная компенсация при условиях ограничения, так что коэффициент мощности на критической шине будет поддерживаться постО}Тнным в течение работы ограничителя, wo на некоторую заданную величину меньше единицы. Это может быть желательно для ограничения размеров и мощности компенсирующих дросселей 21 и 22 и не вызывает возражения в разумных пределах. Относительно небольшая потеря коэффициента мощности на критической шине дает возможность незначительно, но довольно хорошо регулировать напряжение. Кроме того, если уменьшенный коэффициент мощности поддерживается

5 постоянным в течение большого периода времени по сравме нию с временем периода кривой А максимального значения, изображенного на фиг. 6, мерцание напряжения еще больше уменьшится.

0 55

На фиг. 5 показана ограничиваюсчая цепь обратной связи, приспособленная для выполнения опйсанной выше цели. Суммарный сигнал рассогласования с выходасумматора 43 подается на пару выходных клемм 52 с отмеченной полярностью, а выходное полное сопротивление 53 между выходными клеммами 54

подКлйЧается к выходным клеммам 52 через последовательную цепь из батареи 55 и блокировочного диода 56.

0 65

Батарея 55 включается навстречу сигналу рассогласования на клеммах 52, так что через блокировочный диод или схему ограничения ток не потечет до тех пор, пока сигнгш рассогласования не превысит эащанную величину .нескол ко выше, чем обратное смещение :напря жения батареи 55. Когда сигнал рассогласования превысит такое обратное смещение напряжения, через диод 56 и выходное полное сопротивление 53 потечек ток.- Пока диод 56 проводит, ба тарея 55 подает постоянное обратное смё1аёние или задержку к входному сиг налу рассогласования и снижает выход ной сигнал рассогласования на-клеммах 54 на величину этого смещения. Большая постоянная времени конден сатора 57, включенного параллельно выходным клеммам 54, поддерживает выходной сигнал рассогласования на клеммах 54 в течение нескольких циклов изменения максимальной нагрузки печи, так что мгновенные уменьшения выходного сигнала рассогласования ниже напряженйя смещения не будут перио дически прерывать обратную связь. Кон денсатор 57 совместнос сопротивлением 53 работают как стабилизатор 49 (фиг. 1) и обеспечивают большую постоянную времени сигнала обратной связи, т.е. порядка нескольких периодов колебаний частоты изменения максималь ной нагрузки печи. . Кривой Б (фиг. 6) показан упомянутый выше сигнал смещения или задержки. Эта кривая представляет ограничивающий сигнал обратной связи и, следовательно, последующую величину задержки рёактивйого компейсирующего тока относительно максимальной величины реактивного тока нагрузки, поэтому результирующий ограниченный сигнал рассогласования, поданный на бло 42 управления углом проводимости, яв ляется сигналом, равным сумме кривых А и В, изображенных на фиг. 6. Формула изобретения 1. Система электропитания нагрузки переменного тока, содержащая источник питания, питающие провода и узел компенсации реактивного тока, состо)пций из цепочек, соединенных в звезду и включающих в себя последовательно соединенные конденсаторы и катушки индуктивности, выводы которых подключены на зажимы нагрузки, из цепочек, образованных из последовательно соединенных управляемых вентилей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник, выводы которого подключены также на зажимы нагрузки,, блока для управления вентилями, и датчик режимного параметра, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности поддержания напряжения в питающей сети, в качестве датчи а режимного параметра использован датчик угла между током и напряжением со стороны источника питания и система, снабжена датчиком реактивного тока и сумматором, причем один из входов датчика реактивного тока служит для подключения на то-к нагрузки, второй - на напряжение фазы со сторЪны источника питания, его выход подключен на один из входов сумматора, второй вход которого связан с выходом датчика угла, а выход - с входом блока для управления вентилями. . 2.Система по п. 1, отличающая с я тем, что она снабжена цепью обратной связи с выхода сумматора на его дополнительный вход, состоящей из последовательно соединенных рвЕгулируемого ограничителя и стабилизатора. 3.Система по п. 1, отличающаяся тем, что между источником питания и питающими проводами установлен разделительный трансформатор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3551799,кл.323-8, 1970. 2.Электротехника СССР. Т 1, 1969, с. 46-62, Пергамон Пресс, 1969. 3.Авторское свидетельство СССР 251662, кл. Н 02 J 3/18, 1962.

г I 5

Ч /

I г. . 1

zz X

Zr

M

СЯУ

x

V