RU221347U1

RU221347U1 - DEVICE FOR COMPENSATION OF HIGH HARMONICS AND POWER MAINTENANCE

Info

Publication number: RU221347U1
Application number: RU2023124585U
Authority: RU
Inventors: Юрий Анатольевич Сычев; Роман Юрьевич Зимин; Максим Евгеньевич Аладьин
Filing date: 2023-09-25
Publication date: 2023-11-01

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях. Устройство используется совместно с частотно-регулируемым электроприводом, в котором диодный выпрямитель, используемый в преобразователе частоты, является источником высших гармоник. Техническим результатом является снижение суммарных коэффициентов гармонических составляющих. Результаты исследований, проведенных авторами, показывают, что наличие пассивного фильтра на выходе активной части гибридного фильтрокомпенсирующего устройства позволяет снизить коэффициенты отдельных гармонических составляющих по напряжению, а предложенная конструкция дает возможность снизить суммарные коэффициенты гармонических составляющих по напряжению и току. The utility model relates to electrical engineering and power engineering, namely to devices for compensating higher harmonics in electrical networks. The device is used in conjunction with a variable frequency drive, in which the diode rectifier used in the frequency converter is a source of higher harmonics. The technical result is a reduction in the total coefficients of harmonic components. The results of research conducted by the authors show that the presence of a passive filter at the output of the active part of the hybrid filter compensating device makes it possible to reduce the coefficients of individual harmonic components in voltage, and the proposed design makes it possible to reduce the total coefficients of harmonic components in voltage and current.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях. Устройство используется совместно с частотно-регулируемым электроприводом, в котором диодный выпрямитель, используемый в преобразователе частоты, является источником высших гармоник.The utility model relates to electrical engineering and power engineering, namely to devices for compensating higher harmonics in electrical networks. The device is used in conjunction with a variable frequency drive, in which the diode rectifier used in the frequency converter is a source of higher harmonics.

Известно устройство для управления активным фильтром (патент JP № 3125354, опубл. 15.01.2001), содержащее сумматор, регуляторы напряжения и тока, генератор, компаратор и вычислительную схему. Сумматор складывает выходной сигнал регулятора напряжения с напряжением сети; генератор вырабатывает опорный фазовый сигнал в результате контроля нулевого уровня выходного сигнала сумматора компаратором. Полученный в результате опорный фазовый сигнал поступает в вычислительную схему. Основная составляющая выходного тока источника питания определяется вычислительной схемой, после чего определяется разность между фактическим током сети и вычисленной основной гармоникой.A device for controlling an active filter is known (patent JP No. 3125354, published on January 15, 2001), containing an adder, voltage and current regulators, a generator, a comparator and a computing circuit. The adder adds the output signal of the voltage regulator with the mains voltage; the generator produces a reference phase signal as a result of monitoring the zero level of the adder output signal by the comparator. The resulting reference phase signal enters the computing circuit. The fundamental component of the power supply output current is determined by the computing circuit, after which the difference between the actual mains current and the calculated fundamental is determined.

Недостатком устройства является невозможность регулятором тока формировать, помимо задания на ток компенсации высших гармоник тока и напряжения, задание на компенсацию реактивной мощности в условиях динамичного режима работы нелинейной нагрузки, поскольку регулятор тока активного фильтра, который, в первую очередь, предназначен для компенсации активной мощности, не может адекватно предсказать и корректировать реактивную мощность в таких условиях из-за его конструктивных ограничений, включая мощность устройства, скорость его реакции и возможности обработки сигналов. Устройство не позволяет выполнять фазовую синхронизацию напряжения и тока сети с целью компенсации реактивной мощности, поскольку фазовая синхронизация позволяет только уравнять фазы напряжения и тока, но не меняет амплитуды напряжения и тока, от разности которых зависит реактивная мощность.The disadvantage of the device is the inability of the current regulator to generate, in addition to setting the current compensation for higher harmonics of current and voltage, a task for compensating reactive power under dynamic operating conditions of a nonlinear load, since the current regulator of the active filter, which is primarily designed to compensate for active power, cannot adequately predict and correct reactive power under such conditions due to its design limitations, including the device's power, its response speed, and its signal processing capabilities. The device does not allow phase synchronization of the voltage and current of the network in order to compensate for reactive power, since phase synchronization only allows the phases of voltage and current to be equalized, but does not change the amplitudes of voltage and current, the difference on which reactive power depends.

Известен активный фильтр высших гармонических составляющих токов и устройство коррекции коэффициента мощности (патент US № 5977660, опубл. 02.11.1999), содержащее инвертор, контроллер, накопительные конденсаторы и выходной пассивный сглаживающий фильтр. Контроллер выполняет процедуру прогноза тока в следующий промежуток времени с целью уменьшения создаваемой нагрузкой разницы фаз между током и напряжением сети. Управляющая процедура выполняет интегрирование разницы между реальными токами в линии и их требуемыми значениями в эквивалентные промежутки времени на различных циклах переменного тока основной частоты. Интегральные величины можно комбинировать с пропорционально регулируемыми разностными токами для снижения или полной компенсации гармонических токов. Процедура балансировки токов позволяет активному фильтру выравнивать токи в многофазных силовых линиях. Все эти процедуры можно использовать как по отдельности, так и вместе.A known active filter for higher harmonic current components and a power factor correction device (US patent No. 5977660, published on November 2, 1999), containing an inverter, a controller, storage capacitors and an output passive smoothing filter. The controller performs a current prediction procedure in the next period of time in order to reduce the phase difference between the current and line voltage created by the load. The control procedure integrates the difference between the actual currents in the line and their required values in equivalent time intervals at different alternating current cycles of the fundamental frequency. Integral quantities can be combined with proportionally controlled differential currents to reduce or completely compensate harmonic currents. The current balancing procedure allows the active filter to equalize currents in multiphase power lines. All these procedures can be used individually or together.

Недостатком устройства является невозможность инвертора работать с переменной частотой ШИМ, поскольку он используется для обработки сигнала и создания определенных характеристик, например, для фильтрации или усиления определенных частот и не предназначен для управления мощностью или изменения ширины импульсов.The disadvantage of the device is the inability of the inverter to work with a variable frequency PWM, since it is used to process the signal and create certain characteristics, for example, to filter or amplify certain frequencies, and is not designed to control power or change the width of pulses.

Известен активный фильтр (патент JP № 6091711, опубл. 04.03.1988), содержащий инвертор, накопительный конденсатор, вычислительные схемы и блок памяти. Выходной ток активного фильтра корректируется в зависимости от регулирующей величины тока, в качестве которой используется высокочастотная составляющая тока нелинейной нагрузки. Активный фильтр в данном устройстве содержит вычислительные схемы, определяющие разность между регулирующей величиной тока и выходным током фильтра, и блок памяти, на вход которого поступает выходной сигнал схем, где записана, по меньшей мере, часть периода регулирующей величины тока. В самообучающихся схемах управления за опорные приняты моменты времени, следующие через интервалы запаздывания, например, равные одному периоду регулирующей величины тока. Вычислительные схемы вырабатывают сигнал корректировки регулирующей величины тока в результате считывания содержимого блока памяти с опережением опорных моментов времени на определенный интервал, равный времени запаздывания выходного тока фильтра.An active filter is known (JP patent No. 6091711, published 03/04/1988), containing an inverter, a storage capacitor, computing circuits and a memory unit. The output current of the active filter is adjusted depending on the control current value, which is the high-frequency component of the nonlinear load current. The active filter in this device contains computational circuits that determine the difference between the control current value and the output current of the filter, and a memory unit, the input of which receives the output signal of the circuits, where at least part of the period of the control current value is recorded. In self-learning control circuits, the reference times are taken to be those following through delay intervals, for example, equal to one period of the control current value. Computing circuits generate a signal for adjusting the control current value as a result of reading the contents of the memory block ahead of the reference time points by a certain interval equal to the delay time of the filter output current.

Недостатком является механизм подавления высших гармоник, основанный на корректировке регулирующей величины тока в течение времени запаздывания фильтра, что в условиях режима динамичного изменения тока нелинейной нагрузки не позволит фиксировать и отрабатывать резкие скачки тока сети. В устройстве отсутствует регулятор напряжения накопительного конденсатора для управления величиной компенсационного тока и отработки резких изменений тока компенсируемой нагрузки. Устройство не позволяет инвертору активного фильтра работать с переменной частотой широтно-импульсной модуляции.The disadvantage is the mechanism for suppressing higher harmonics, based on adjusting the control current value during the filter delay time, which, in conditions of dynamic changes in the nonlinear load current, will not allow recording and processing sudden surges in the network current. The device does not have a voltage regulator for the storage capacitor to control the amount of compensation current and handle sudden changes in the current of the compensated load. The device does not allow the active filter inverter to operate with variable frequency pulse width modulation.

Известно устройство управления активным фильтром (патент JP № 6055009, опубл. 25.05.1989), содержащее блок фазовой синхронизации, вычислительные схемы, накопительный конденсатор и инвертор. Блок фазовой синхронизации вырабатывает фазовые сигналы синхронно с напряжением источника, которые обрабатываются вычислительными схемами. В результате формируются высокочастотные сигналы тока, являющиеся разностью между сигналами тока основной гармоники и сигналами измерения тока нагрузки, которые используются в качестве опорных сигналов при регулировании с применением ШИМ выходного тока активного фильтра.A known active filter control device (JP patent No. 6055009, published May 25, 1989) contains a phase synchronization unit, computing circuits, a storage capacitor and an inverter. The phase synchronization unit produces phase signals synchronously with the source voltage, which are processed by computing circuits. As a result, high-frequency current signals are generated, which are the difference between the fundamental harmonic current signals and the load current measurement signals, which are used as reference signals when regulating the output current of the active filter using PWM.

Недостатком устройства является отсутствие регулятора напряжения накопительного конденсатора, и что инвертор в составе устройства работает с постоянной частотой ШИМ, что может привести к ускоренному износу силовых ключей инвертора.The disadvantage of the device is the absence of a voltage regulator for the storage capacitor, and that the inverter within the device operates with a constant PWM frequency, which can lead to accelerated wear of the inverter power switches.

Известно устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента несимметрии сети (патент RU № 2573599, опубл. 20.01.2016), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, причем контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора. Контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов.A device for compensating higher harmonics and correcting the network asymmetry coefficient is known (patent RU No. 2573599, published on January 20, 2016), containing an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, wherein the control system controller is equipped with a filter current sensor, a network current sensor , voltage sensor, pulse shaper based on relay regulators with variable hysteresis width, current and voltage phase converters, phase synchronization unit, storage capacitor voltage regulator. The control system controller is equipped with a unit for identifying negative and zero sequence current components and a phase correction unit for asymmetrical current components, while the input of the unit for identifying negative and zero sequence current components is connected to the output of the network current sensor, and the output of the unit for identifying negative and zero sequence current components is connected to the input of the block for phase correction of asymmetrical current components, which is also connected to the output of the phase synchronization block, while the output of the block for phase correction of asymmetrical current components is connected to the input of the pulse shaper.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления устройством компенсации, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременного режима изменения высших гармонических составляющих.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the compensation device, which complicates the circuit and leads to insufficient performance in conditions of sharply variable changes in higher harmonic components.

Известно устройство гибридной компенсации высших гармоник (патент RU № 176107, опубл. 09.01.2018 г.), содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, датчик переменного тока преобразователя частоты, блок вычитания, причем вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты к зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты, зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации подключены соответственно к зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты. Выход датчика тока сети соединен с входом блока преобразования Фурье, выход которого соединен с первым входом блока выделения основной гармоники, а второй вход которого соединен с выходом задатчика основной гармоники, выход блока выделения основной гармоники соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя, выход блока вычитания соединен с входом блока смещения, выход которого соединен с входом блока широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с инвертором устройства компенсации.A device for hybrid compensation of higher harmonics is known (patent RU No. 176107, published on January 09, 2018), containing an inverter, an uncontrolled rectifier of the frequency converter, a storage capacitor of the frequency converter, an inverter of the compensation device, an AC sensor of the frequency converter, a subtraction unit, and the input of the uncontrolled The rectifier of the frequency converter is connected through the AC sensor of the frequency converter to the network, the “+” and “-” terminals of the uncontrolled rectifier of the frequency converter are connected, respectively, through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter to the terminals “+” and “-” of the frequency converter inverter, terminals “+” and “-” of the compensation device inverter are connected respectively to the “+” and “-” terminals of the uncontrolled rectifier of the frequency converter. The output of the network current sensor is connected to the input of the Fourier transform block, the output of which is connected to the first input of the fundamental harmonic isolation block, and the second input of which is connected to the output of the fundamental harmonic setting unit, the output of the fundamental harmonic isolation block is connected to the first input of the subtraction block, the second input of which is connected to output of the AC sensor of the converter, the output of the subtraction block is connected to the input of the bias block, the output of which is connected to the input of the pulse width modulation block, the output of which is connected to the inverter of the compensation device.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления гибридным устройством компенсации высших гармоник, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the hybrid device for compensation of higher harmonics, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of sharply variable nonlinear load, and also does not allow the implementation of the power factor correction function for the fundamental harmonic component.

Известно устройство гибридной компенсации высших гармоник (патент RU № 185875, опубл. 21.12.2018 г.), принятое за прототип, содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, сглаживающие дроссели, выходной пассивный фильтр, датчик переменного тока преобразователя частоты, датчик переменного тока сети, блок вычитания. Вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети. Зажимы неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты к соответствующим зажимам инвертора преобразователя частоты. Выход инвертора устройства компенсации подключен через сглаживающие дроссели и пассивный фильтр к сети. С выхода датчика тока сети сигнал поступает на вход блока преобразования Фурье, с выхода которого сигнал поступает на первый вход блока выделения основной гармоники, а на его второй вход поступает сигнал с задатчика основной гармоники. С выхода блока выделения основной гармоники сигнал поступает на первый вход блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя. Также установлен блок широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с устройством компенсации. Выход датчика переменного тока сети соединен с входом блока регулирования частоты широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен со вторым входом блока широтно-импульсной модуляции.A device for hybrid compensation of higher harmonics is known (patent RU No. 185875, published on December 21, 2018), adopted as a prototype, containing an inverter, an uncontrolled rectifier of a frequency converter, a storage capacitor of a frequency converter, an inverter compensation device, smoothing chokes, an output passive filter, a sensor AC frequency converter, AC network sensor, subtraction unit. The input of the uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected through the AC sensor of the frequency converter to the network. The terminals of the uncontrolled rectifier of the frequency converter are connected, respectively, through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter to the corresponding terminals of the inverter of the frequency converter. The inverter output of the compensation device is connected through smoothing chokes and a passive filter to the network. From the output of the network current sensor, the signal goes to the input of the Fourier transform block, from the output of which the signal goes to the first input of the fundamental harmonic isolation block, and its second input receives the signal from the fundamental harmonic setter. From the output of the fundamental harmonic isolation block, the signal is supplied to the first input of the subtraction block, the second input of which is connected to the output of the alternating current sensor of the converter. A pulse width modulation unit is also installed, the output of which is connected to a compensation device. The output of the AC network sensor is connected to the input of the pulse-width modulation frequency control unit, the output of which is connected to the second input of the pulse-width modulation unit.

Недостатком устройства является использование большого числа фазовых преобразований в системе управления гибридным устройством компенсации высших гармоник, что усложняет схему и ведет к недостаточному быстродействию в условиях резкопеременной нелинейной нагрузки, а также не позволяет реализовать функцию коррекции высших гармоник напряжения со стороны сети и коэффициента мощности по основной гармонической составляющей.The disadvantage of the device is the use of a large number of phase transformations in the control system of the hybrid device for compensation of higher harmonics, which complicates the circuit and leads to insufficient performance under conditions of sharply variable nonlinear load, and also does not allow the function of correcting higher voltage harmonics from the network and the power factor according to the fundamental harmonic component.

Техническим результатом является снижение суммарных коэффициентов гармонических составляющих.The technical result is a reduction in the total coefficients of harmonic components.

Технический результат достигается тем, что выход датчика переменного тока источника электрической энергии соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты, выход которого соединен со вторым входом задатчика основной гармоники, выход блока поддержания мощности соединен со вторым входом блока широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с входом управления инвертора узла компенсации.The technical result is achieved in that the output of the alternating current sensor of the electrical energy source is connected to the input of the phase-locked loop unit, the output of which is connected to the second input of the fundamental harmonic setting unit, the output of the power maintenance unit is connected to the second input of the pulse-width modulation unit, the output of which is connected to the input inverter control of the compensation unit.

Устройство компенсации высших гармоник и поддержания мощности поясняется следующей фигурой:The device for compensating higher harmonics and maintaining power is illustrated by the following figure:

фиг. 1 - общая схема устройства, где:fig. 1 - general diagram of the device, where:

1 - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;1 - asynchronous motor with a squirrel-cage rotor;

2 - инвертор преобразователя частоты;2 - frequency converter inverter;

3 - накопительный конденсатор преобразователя частоты;3 - storage capacitor of the frequency converter;

4 - неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты;4 - uncontrolled rectifier of the frequency converter;

5 - инвертор устройства компенсации;5 - inverter compensation device;

6 - сглаживающие дроссели;6 - smoothing chokes;

7 - выходной пассивный фильтр;7 - output passive filter;

8 - датчик переменного тока преобразователя частоты;8 - AC sensor of the frequency converter;

9 - датчик переменного тока сети;9 - AC network sensor;

10 - блок преобразования Фурье;10 - Fourier transform block;

11 - блок фазовой автоподстройки частоты;11 - phase-locked loop block;

12 - задатчик основной гармоники;12 - fundamental harmonic master;

13 - блок вычитания;13 - subtraction block;

14 - блок фазовой синхронизации;14 - phase synchronization block;

15 - блок смещения;15 - displacement block;

16 - блок поддержания мощности;16 - power maintenance unit;

17 - блок широтно-импульсной модуляции;17 - pulse width modulation unit;

18 - генератор;18 - generator;

19 - двигатель внутреннего сгорания.19 - internal combustion engine.

Устройство компенсации высших гармоник и поддержания мощности сети, в которой асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 1 представляет собой нелинейную нагрузку, содержит неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты 4, который соединен через датчик переменного тока преобразователя частоты 8, датчик переменного тока сети 9, генератор 18 с двигателем внутреннего сгорания 19. Зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты 4 соединены через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты 3 с зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты 2, который соединен с асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором. Зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации 5 соединены с зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты 4. Выход инвертора устройства компенсации 5 соединен со входом сглаживающих дросселей 6, выход которых через выходной пассивный фильтр 7 соединен с источником электрической энергии с генератором 18. Выход датчика переменного тока сети 9 соединен с входом блока преобразования Фурье 10, выход которого соединен с первым входом задатчика основной гармоники 12. Выход датчика переменного тока сети 9 соединен с входом блока фазовой автоподстройки частоты 11, выход которого соединен со вторым входом задатчика основной гармоники 12. Выход задатчика основной гармоники 12 соединен с первым входом блока вычитания 13, второй вход блока вычитания 13 соединен с выходом датчика переменного тока преобразователя частоты 8. Выход блока вычитания 13 соединен со входом блока фазовой синхронизации 14, выход которого соединен со входом блока смещения 15. Выход блока смещения 15 соединен с первым входом блока широтно-импульсной модуляции 17, второй вход блока широтно-импульсной модуляции 17 сигнал соединен с выходом блока поддержания мощности 16. Выход блока широтно-импульсной модуляции соединен со входом инвертора устройства компенсации 5.The device for compensating higher harmonics and maintaining network power, in which the asynchronous motor with a squirrel-cage rotor 1 is a nonlinear load, contains an uncontrolled rectifier of the frequency converter 4, which is connected through the AC sensor of the frequency converter 8, the AC sensor of the network 9, the generator 18 with the internal motor combustion 19. The “+” and “-” terminals of the uncontrolled rectifier of the frequency converter 4 are connected through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter 3 with the “+” and “-” terminals of the inverter of the frequency converter 2, which is connected to an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor. The terminals “+” and “-” of the inverter of the compensation device 5 are connected to the terminals “+” and “-” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter 4. The output of the inverter of the compensation device 5 is connected to the input of smoothing chokes 6, the output of which is connected to the source through the output passive filter 7 electrical energy with generator 18. The output of the alternating current sensor of the network 9 is connected to the input of the Fourier transform block 10, the output of which is connected to the first input of the fundamental harmonic setting unit 12. The output of the alternating current sensor of the network 9 is connected to the input of the phase-locked loop unit 11, the output of which is connected to the second input of the fundamental harmonic setter 12. The output of the fundamental harmonic setter 12 is connected to the first input of the subtraction block 13, the second input of the subtraction block 13 is connected to the output of the AC sensor of the frequency converter 8. The output of the subtraction block 13 is connected to the input of the phase synchronization block 14, the output of which is connected with the input of the bias block 15. The output of the bias block 15 is connected to the first input of the pulse-width modulation block 17, the second input of the pulse-width modulation block 17 signal is connected to the output of the power maintenance block 16. The output of the pulse-width modulation block is connected to the inverter input of the compensation device 5.

Устройство работает следующим образом. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 1 получает питание через инвертор преобразователя частоты 2 соединенного через накопительный конденсатор преобразователя частоты 3 с неуправляемым выпрямителем 4 от генератора 18. Генератор 18 производит выработку энергии за счет соединенного с ним двигателя внутреннего сгорания 19. Датчик переменного тока сети 9 собирает измерительную информацию о гармонических искажениях источника и тока подключенной нелинейной нагрузки от неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты 4 соответственно. На основании полученной информации блок преобразования Фурье 10 выделяет основную гармоническую составляющую, а блок фазовой автоподстройки частоты 11 определяет начальную фазу первой гармоники. С помощью блока задатчка основной гармоники 12 формируется опорный сигнал основной гармоники, который поступает на первый вход блока вычитания 13. На второй вход блока вычитания 13 поступает сигнал с датчика тока преобразователя частоты 8, происходит формирование тока устройства компенсации в противофазе. Сформированный опорный тока в противофазе с блока вычитания 13 поступает на вход блока фазовой синхронизации 14, с выхода которого сигнал поступает на вход блока смещения 15, где осуществляется вычисление опорного тока устройства компенсации, с блока смещения 15 сигнал поступает на первый вход блока широтно-импульсной модуляции 17, сигнал с блока поддержания мощности 16, который поддерживает коэффициент мощности cos ϕ, близкий к единице, поступает на второй вход блока широтно-импульсной модуляции 17, где происходит формирование импульсов переменной частоты модуляции для управления силовыми ключами инвертора устройства компенсации 5. Инвертор компенсации 5 генерирует компенсационный ток, который проходит через сглаживающий дроссель 6 и выходной пассивный фильтр 7 для обеспечения сглаживания выходного тока.The device works as follows. An asynchronous motor with a squirrel-cage rotor 1 receives power through the inverter of the frequency converter 2 connected through the storage capacitor of the frequency converter 3 with an uncontrolled rectifier 4 from the generator 18. The generator 18 produces energy due to the internal combustion engine 19 connected to it. The AC network sensor 9 collects the measuring information about the harmonic distortion of the source and the current of the connected nonlinear load from the uncontrolled rectifier of the frequency converter 4, respectively. Based on the information received, the Fourier transform unit 10 selects the fundamental harmonic component, and the phase-locked loop unit 11 determines the initial phase of the first harmonic. Using the fundamental harmonic setting unit 12, a fundamental harmonic reference signal is generated, which is supplied to the first input of the subtraction unit 13. The second input of the subtracting unit 13 receives a signal from the current sensor of the frequency converter 8, and the current of the compensation device is generated in antiphase. The generated reference current in antiphase from the subtraction block 13 is supplied to the input of the phase synchronization block 14, from the output of which the signal is supplied to the input of the bias block 15, where the reference current of the compensation device is calculated, from the bias block 15 the signal is supplied to the first input of the pulse width modulation block 17, the signal from the power maintenance unit 16, which maintains a power factor cos ϕ close to unity, is supplied to the second input of the pulse-width modulation unit 17, where pulses of variable modulation frequency are generated to control the power switches of the inverter of the compensation device 5. Compensation inverter 5 generates a compensation current, which passes through the smoothing choke 6 and the output passive filter 7 to ensure smoothing of the output current.

В зависимости от поставленных целей и задач применения предлагаемого устройства может работать одновременно в трех режимах: компенсация высших гармоник тока неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, компенсация высших гармоник напряжения питающей сети, коррекция коэффициента мощности по основной составляющей за счет блока поддержания мощности 16.Depending on the goals and objectives of the application, the proposed device can operate simultaneously in three modes: compensation of higher harmonics of the current of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, compensation of higher harmonics of the supply voltage, correction of the power factor according to the fundamental component due to the power maintenance unit 16.

Результаты исследований, проведенных авторами, показывают, что наличие пассивного фильтра на выходе активной части гибридного фильтрокомпенсирующего устройства позволяет снизить коэффициенты отдельных гармонических составляющих по напряжению, а предложенная конструкция дает возможность снизить суммарные коэффициенты гармонических составляющих по напряжению и току.The results of research conducted by the authors show that the presence of a passive filter at the output of the active part of the hybrid filter compensating device makes it possible to reduce the coefficients of individual harmonic components in voltage, and the proposed design makes it possible to reduce the total coefficients of harmonic components in voltage and current.

Claims

A device for compensating higher harmonics and maintaining power, containing a frequency converter connected to a source of electrical energy, including a series-connected uncontrolled rectifier, a storage capacitor and an inverter, the output of which is connected to the terminals for connecting a nonlinear load, an inverter of a compensation unit, the input of which is connected to a storage capacitor, and output through smoothing chokes, and an output passive filter, connected to the input of the frequency converter, AC sensor of the frequency converter, AC sensor of the electrical energy source, subtraction unit, Fourier transform unit, and the output of the AC network sensor is connected to the input of the Fourier transform unit, output which is connected to the first input of the fundamental harmonic master, the output of which is connected to the first input of the subtraction block, and the second input of the subtraction block is connected to the output of the AC sensor of the frequency converter, the output of the subtraction block is connected to the input of the phase synchronization block, the output of which is connected to the input of the bias block, the output of which is connected to the first input of the pulse-width modulation block, characterized in that the output of the alternating current sensor of the electrical energy source is connected to the input of the phase-locked loop block, the output of which is connected to the second input of the fundamental harmonic setting unit, the output of the power maintenance block is connected to the second input of the block pulse-width modulation, the output of which is connected to the control input of the inverter of the compensation unit.