Способ регулирования реактивной мощности

Способ регулирования реактивной мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н И Я (») 516148

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.04.73 (21) 1909763, 07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.76. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 04.10.76 (51) М. Кл.2 H 02J 3/26

Н 02J 3/18

Государственный комитет

Совета Министров СССР, по делам изобретений и открытий (53) Ъ ДК 621 316 761 .2 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Панченко и А. В. Панин (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

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 повторно 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 реак10 тивной 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

15 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 симметрпровании режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети; на фиг. 9 — эквивалентная схема нагрузки; на фиг. 10, 11 — временные диаграммы напряжений и тока прп стабилизации коэффициента

25 мощности и спмметрировании режима трехфазной сети прп широтном и широтно-импульсном регулировании соответственно.

На временных диаграммах напряжений мо менты прохождения тока по обмоткам выдеЗО лены жирными линиями.

516148

Временные диаграммы папряжениЙ и loêà

IIp>Il e!IeIi1I для ел ч11я идеального трансфор .;lTop1l, вептплеп и идеально сглажеш;ого тока.

Временные диаграммы напряжений и тока прн широтно-импульсном регулировании приведены для закона регулирования, при котором количество импульсов постоянно, импуль(ы тока имеют равную длительность и равное ряссто. 11ие между ними.

Па фиг. 1 нзобра2кен управляемый выпряi IIгель 1 с искусственной и независимой комп.у 1 аписй КЯ2кдОЙ фазьl, датчик вып1251мленпого Tока 2, сглаживающий дросссль 3, устрой:"Tåo уп13авлсния 4, Датчик тока трехфазнОЙ

o Tll 5, II HI pI II G, трап сфо121;IBTop 7.

1;2схфаз1,ыЙ управляе 51ыЙ 135IIIp5IMHTe. I;, 1

СО, ТСН1Т ИЗ КЯСК1!ДНO СОЕДИНЕННЫХ СДНОфаЗНЫХ ,!,,:„, хполупсриодпь1х управляемых выпрямите лсЙ 8 — 10 фаз со средней точкой, устройства

11-, пскусствеппоЙ IcoM15IyTHIIHH, 12, 12, 13, 13, 14 и 14 вторичной обмотки трапсс12орматора, основных вентилей 15 — 20 вьп1р51..1птелей, шунтпрующих вентилей 21—

23, управляемых вентилей 24 — 29, вентилей

30 — 33 устройства искусс 1 венной коммутации, конденсатора 34, обкладок 35, 36 конденсатора.

В рсжиме максимальной генерации реактивной энергии при заданном значении выпрямленного тока I- „опережающий угол регулирования трехфазного управляемого выпрямителя с искусственной коммутацией Ix= — 90 эл. град. Ширина импульса тока при широтном регулировании максимальна и равна, например, 180 эл. град. При широтно-импульсном регулировании длительность импульса тока при этом также максимальна и, например, 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 опережает напряжение соответствующей фазы на 90 эл. град и количество генерируемой реактивной энергии максимально.

На фиг. 2, о показаны ток однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя 8 и первая гармоника указанного тока.

Для уменьшения количества генерируемой реактивной энергии при выпрямленном токе

I>, равном току уставки, уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании. При симметричном регулировании переднего и заднего фронтов импульсов смещения гармоник не происходит, первая гармоника тока при этом опережает напряжение соответствующей фазы на 90 эл.

rp ад.

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

На фиг. 4, а — е приведены временные диаграммы напряжения и тока однофазных двухполупериодных управляемых выпрямителей

8 — 10 соответственно при широтно-импульсном регулировании.

В режиме максимального потребления реактивной энергии, как и в режиме максимального генерирования, ширина импульса 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 однофазных двухполупериодных управляемых выпрямителей 8 — 10 максимальна и 1гервяя 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 регулирование переднего и заднего фронтов импульсов тока.

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

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

При неси мметрии токов и отклонении коэффициента мощности многофазной сети от заданного значения при выпрямленном токе 111, равном току уставки, осуществляют широтное или широтно-импульсное регулирование однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя каждой фазы. Положение и ширину импульса тока при широтном или положение последовательности импульсов тока и их длительность при широтно-импульсном регулировании каждого однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя устанавливают в зависимости от несимметрии режима, коэффициента мощности многофазной сети и величины выпрямленного тока. При это происходит пофазное регулирование реактивной мощности однофазными управляемыми выпрямителями фаз при одновременном отборе активной мощности от менее нагруженных фаз и инвертировании ее в более нагруженные фазы.

Пусть в трехфазной сети векторная диаграмма линейных токов 1А, 1В и IC имеет вид, приведенный на фиг. 8, При этом нагрузка сети может быть представлена эквивалентной нагрузкой, приведенной на фиг. 9.

Линейные токи трехфазной сети 1А, IB u

IC (фиг. 8) равны разности соответствующих векторов ICA, IAB, IBC фазных токов эквивалентной нагрузки:

516148

IА = IAB — 1СА;

1В == IBC — IАВ;

IC = ICA — IBC.

10

При равенстве векторов первых гармоник тока первичных обмоток АВ, ВС и СА трансформатора 7 (фиг. 1) соответственно Л1лв, Л1вс, ЛIсА (фиг. 8), токи обратной последовательности, созданные указанными токами, равны по модулю и противоположны по фазе токам обратной последовательности нагрузки б, Реактивная составляющая тока поямой последовательности первичных 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, cos cp=1) определяются параметрами нагрузки, режимом устройства, реализующего способ, и равны (фиг. 8):

IA = 1AB+ Л1А — (ICA+ Л1СА);

IB = IВС + WIBC — (IAD + Л1АВ).

IC =!СА+ ЛIСА — (IBC+ ЛIВС). где IA, IB ; IC — векторы линейных токов отсимметрпрованной трехфазной сети при

cos ср=1;

IАВ; IBC; ICA — векторы фазных токов эквивалентной нагрузки (фиг. 9);

Л1АВ; Л1ВС; ЛIСА — 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 IA, IB, IC (фиг. 8), вызванных несимметричной нагрузкой, эквивалентная схема, которой приведена на фиг. 9, и приведенном к первичной обмотке трансформатора

7 выпрямленном токе Iо, в 3,96 раза меньшем амплитудного значения линейного тока IC максимально нагруженной фазы.

При этом для симметрирования режима сети и поддержания коэффициента мощности равным 1, ток Л1АВ первичной обмотки АВ трансформатора 7 отстает по фазе от напряжения с1,4В на угол 51эл. град и происходит

65 потребление актпвнои II реактивной эпсргии из сети; ток Л!ВС первичной обмотки ВС трансформатора 7 отстает по фазе от напряжения UBC на 180 эл. град. и происходит инвертирование активной энергии в сеть; ток

Л1СА первичной обмотки СА 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 пги этом при широтном и широтно-импульсном регулировании приведены на фиг. 10 и 11 (на фиг. 10, 11 приведены временные диаграммы напряжений и тока однофазных двухполупериодиых выпрямителей 8 — 10 соответственно фаз АВ, ВС и СА).

Симметрирование режима и стабилизация коэффициента мощ IocTII сети при неизменной нагрузке может осуществлятьсл прп различных значениях выпрямленного тока. Прп этом изменяется только ширина импул..са тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании для поддержания необходимого зна ения амплитуды первой гармоники тока.

При широтно-импульсноM пли ш гротном регулировании выход каждого о; нофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой закорачпвают на время паузы управляемым вентилем, который открывают сигналом устройства управления 4 после запиранпл проводящего управляемого гептиля однофазного выпрямителя. а закрывают при помощи устройства искусственной коммутации 11, после чего открыв" IQT очередной вступаюший в работу управляемый вентиль однофазного двухполуперподпого выпрл IIIтеля.

Устройство, реа".èsó oùññ прсдлагаc" ый способ, работает следующим образом, Пусть открыты управлясмыс вентили 15, 17 и 19 однофазных двухполупериодных гыпрямителей 8 — 10 соответственно конденсатор 34 мостового устройства искусственной коммутации 11 заряжен и его обкладка 35 имеет положительный потенш:ал. 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 управляемыс вентили 24, 31, 32, 25 и напряжение конденсатора 34 прикладывается и последовательно соединенным управляемому вентилю 15 п полуобмотке 12. Управляемый вентиль 15 закрывается.

По цепи: вентили 24, 31, конденсатор 34, вентили 32, 25, 17, полуобмотка 13, вентиль

19, полуобмотка 14, сглаживающий дроссель

3, датчик выпрямленного тока 2 — проходит ток. 1(оидепсатор 34 персзарлжасчсл, и е о

516148

Гуп

1снт обкладка 36 приобретает положительный Iloтенциал. После достижения заданного напряжения на конденсаторе 34 сигналом устройства управления 4 открывают, например, вентиль 21. Вентили 24, 31, 32 и 25 закрываются.

При этом выпрямленный ток проходит по цепи: вентиль 21, каскадно соединенные однофазные двухполупериодные 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 и достижения на нем заданного значения напряжения сигналов устройства управления 4 открывают очередной вступающий в работу управляемый вентиль. Вентили 24, 30, 33 и 25 закрываются.

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

Формула изобретения

Способ регулирования реактивной мощности, основанный на несимметричном регулировании фаз многофазного преобразователя, выполненного из соединенных последовательно на стороне постоянного тока однофазных двухполупериодных управляемых преобразователей, выходы которых шунтированы уп10 равляемыми вентилями, отличающийся тем, что, с целью симметрирования режима многофазной сети при любых видах нагрузки, осуществляют широтно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преоб1> разователей путем шунтирования выхода однофазного управляемого преобразователя при помощи дополнительного управляемого вентиля в момент его запирания, затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль и повторно включают управляемые вентили однофазного двухполупериодного преобразователя, при этом меняют длительность пауз между импульсами.

516148

Ю gf2 Uц 718 Гг иИ т U12тю т ганг Я

7гО

7Ю Зп

720

gg ж иЯ Ю тг ШЧ UQ Иг UR Uld U12 ту

720

gLM 71

Составитель Л, Дементьева

Те: ред T. Курилко

Редактор В. Левятов

Ь;оррсктор Л. Орлова

Типография, пр. Сапунова. 2

Заказ 2051/5 Изд. № 1554 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7Ê-35, Раушская наб., д. 4/5