RU2506677C1

RU2506677C1 - Device for compensation of reactive capacity

Info

Publication number: RU2506677C1
Application number: RU2012128390/07A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Кулинич
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-02-10
Also published as: RU2012128390A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention refers to power factor improvement for consumers, in particular, for alternate-current electric stock with zone-phase voltage regulation. The declared invention contains voltage transformer, load, source of reactive power that represents in-series connected inductance L, capacitance C and two back-to-back thyristors, voltage sensor, current sensor, sync pulse unit, control unit, unit of pulse and phase control, unit of controlled current calculation, unit for calculation of actual current value and comparator.

EFFECT: technical result involves maximum increase of power factor k_pfor electric locomotive up to 0,95 due to consideration of both phase shift angle φ (per 0,03) and consumed current waveform distortion factor v (per 0,08).

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности, электроподвижного состава переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения.The invention relates to electrical engineering and is intended to increase the power factor of consumers, in particular, electric rolling stock of alternating current with zone-phase voltage regulation.

Одним из недостатков эксплуатируемых в настоящее время электровозов переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения является низкий коэффициент мощности, достигающий в лучшем случае 0,84.One of the drawbacks of currently operating AC electric locomotives with zone-phase voltage regulation is the low power factor, which reaches 0.84 in the best case.

Общеизвестно, что коэффициент мощности к_м электровоза при несинусоидальной форме напряжения и тока определяется по формуле (Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1984.):It is well known that the power factor to _{m of an} electric locomotive with a non-sinusoidal form of voltage and current is determined by the formula (L. Bessonov. Theoretical Foundations of Electrical Engineering. - M.: Higher School, 1984.):

где φ - угол сдвига между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока,where φ is the angle of shift between the supply voltage and the first harmonic of the current consumption,

ν - коэффициент искажения формы потребляемого тока.ν is the distortion coefficient of the shape of the consumed current.

Последний коэффициент характеризует степень искажения входного тока электровоза и определяется отношением первой гармоники тока к его действующему значению:The last coefficient characterizes the degree of distortion of the input current of the electric locomotive and is determined by the ratio of the first harmonic of the current to its current value:

Таким образом, коэффициент мощности к_м характеризуется степенью потребления электровозом активной и, соответственно, реактивной мощности, а его увеличение способствует повышению активной мощности, и одновременному уменьшению реактивной.Thus, the power factor to _{m is} characterized by the degree of consumption by the electric locomotive of active and, accordingly, reactive power, and its increase contributes to an increase in active power, and at the same time a decrease in reactive power.

Для повышения коэффициента мощности к_м применяются компенсирующие установки в виде резонансных LC-цепей. Компенсирующее устройство, во-первых, увеличивает Cosφ путем создания емкостного тока нагрузки и смещения первичного тока электровоза в сторону опережения питающего напряжения. Во-вторых, повышает значение коэффициента ^ благодаря шунтирующему действию LC-цепи для тока высших гармоник, генерируемых преобразователем электровоза.To increase the power factor to _m, compensating installations in the form of resonant LC circuits are used. The compensating device, firstly, increases Cosφ by creating a capacitive load current and biasing the primary current of the electric locomotive in the direction of advancing the supply voltage. Secondly, it increases the value of the coefficient ^ due to the shunting effect of the LC circuit for the higher harmonics current generated by the electric locomotive converter.

Однако высокое значение коэффициента мощности к_м электровоза достигается лишь при определенных, а именно при номинальных токах нагрузки. Отклонение нагрузки электровоза от номинальной вызывает неполную компенсацию реактивной мощности, что снижает коэффициент мощности к_м до 0,82-0,85, что является проблемой в существующем уровне техники.However, a high value of the power factor to _{m of an} electric locomotive is achieved only at certain, namely, at rated load currents. The deviation of the load of the electric locomotive from the nominal one causes incomplete compensation of reactive power, which reduces the power factor to _m to 0.82-0.85, which is a problem in the current level of technology.

Известно устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава, основанное на генерации емкостной составляющей тока, компенсирующее реактивную мощность, потребляемую индуктивной нагрузкой при синусоидальном и несинусоидальном питающем напряжении (А.С. №1468791. Устройство для управления компенсированным выпрямительно-инверторным преобразователем электроподвижного состава. Авторы изобретения В.А.Кучумов, В.А.Татарников, Н.Н.Широченко, З.Г.Бибинеишвили. - Опубл. в Б.И. №12 1989 г., МКИ B60L 9/12.).A device for compensating the reactive power of an electric rolling stock based on the generation of a capacitive component of the current, compensating for the reactive power consumed by an inductive load at a sinusoidal and non-sinusoidal supply voltage (AS No. 1468791. A device for controlling a compensated rectifier-inverter converter of an electric rolling stock. Authors of the invention V.A. Kuchumov, V.A. Tatarnikov, N.N. Shirochenko, Z.G. Bibineishvili. - Published in B.I. No. 12 of 1989, MKI B60L 9/12.).

Устройство для компенсации реактивной мощности содержит нагрузку, LC-цепь с фиксированными параметрами индуктивности и емкости и блок управления. Блок управления включает в себя ключевой элемент, устройство для формирования импульсов ключевого элемента, триггер запуска, элемент И, формирователь импульсов включения, датчик напряжения сети, блок защиты и командный блок.A device for reactive power compensation contains a load, an LC circuit with fixed inductance and capacitance parameters, and a control unit. The control unit includes a key element, a device for generating pulses of a key element, a trigger, an element And, a pulse shaper, a voltage sensor, a voltage block, a protection unit and a command unit.

Ключевой элемент выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Параметры LC-цепи выбраны из условия работы электровоза в номинальном режиме. Нагрузка представляет собой выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем. LC-цепь через ключевой элемент подключена параллельно нагрузке и параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения, первичная обмотка которого связана с сетью.The key element is made in the form of two counter-parallel connected thyristors. The parameters of the LC circuit are selected from the operating conditions of the electric locomotive in nominal mode. The load is a rectifier-inverter converter of an electric locomotive with a traction motor connected to it. An LC circuit through a key element is connected parallel to the load and parallel to the secondary winding of the voltage transformer, the primary winding of which is connected to the network.

Первый вход элемента И связан с выходом датчика напряжения сети, вход которого подключен к сети. Блок защиты соединен со вторым входом элемента И, выход которого связан с входом «R» триггера запуска. Входы формирователя импульсов включения связаны с конденсатором LC-цепи и вторичной обмоткой трансформатора напряжения. Выход формирователя импульсов включения подключен к входу «С» триггера запуска, выход которого через устройство формирования импульсов ключевого элемента соединен с управляющими входами ключевого элемента. Командный блок подключен к входу «D» триггера запуска и к третьему входу элемента И.The first input of the And element is connected to the output of the network voltage sensor, the input of which is connected to the network. The protection unit is connected to the second input of the And element, the output of which is connected to the input “R” of the trigger. The inputs of the switching pulse generator are connected to the LC capacitor and the secondary winding of the voltage transformer. The output of the enable pulse shaper is connected to the input “C” of the trigger, the output of which is connected to the control inputs of the key element through the pulse generator of the key element. The command unit is connected to the input "D" of the trigger trigger and to the third input of the element I.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Пониженное переменное напряжение сети поступает на вход выпрямительно-инверторного преобразователя, осуществляющего плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговым двигателе. При этом тяговый двигатель потребляет из сети, кроме активной, также реактивную мощность, которая ухудшает показатели электропотребления.The reduced alternating voltage of the network is supplied to the input of the rectifier-inverter converter, which provides smooth four-zone voltage regulation on the traction motor. In this case, the traction motor consumes from the network, in addition to active, also reactive power, which degrades the power consumption.

При индуктивном характере нагрузки через LC-цепь протекает емкостная составляющая тока, которая компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки. В этом случае фаза угла φ потребляемого электровозом тока приближается к питающему напряжению. Одновременно с этим через LC-цепь осуществляется шунтирование внутри электровоза третьей и ближайших по частоте высших гармонических составляющих тока, которое приводит к уменьшению в составе входного тока электровоза высших гармоник тока и увеличению коэффициентом искажения тока ν.With the inductive nature of the load, a capacitive current component flows through the LC circuit, which compensates for the inductive component of the load current. In this case, the phase of the angle φ of the current consumed by the electric locomotive approaches the supply voltage. At the same time, through the LC circuit, the third and nearest higher harmonic current components are shunted inside the electric locomotive, which leads to a decrease in the current harmonics in the input current of the electric locomotive and an increase in the current distortion coefficient ν.

В моменты равенства напряжений на конденсаторе LC-цепи и вторичной обмотке трансформатора напряжения на выходе формирователя импульсов включения формируется сигнал, который поступает на разрешающий вход «С» триггера запуска. При этом сигнал на выходе триггера запуска формируется только после подачи на его вход «D» сигнала командного блока. В этом случае сигнал с выхода триггера запуска включает тиристоры ключевого элемента.At moments of equal voltage across the LC capacitor and the secondary side of the voltage transformer, a signal is generated at the output of the on-pulse shaper, which is fed to the enable input “C” of the trigger. In this case, the signal at the output of the trigger trigger is formed only after the signal of the command unit is supplied to its input “D”. In this case, the signal from the output of the trigger trigger includes the thyristors of the key element.

В случае превышения допускаемого напряжения в сети, либо при срабатывании защиты тиристоры ключевого элемента закрываются. Сигналы на отключение формируются, соответственно, датчиком напряжения сети или блоком защиты. При наличии хотя бы одного из этих сигналов на входе элемента И на его выходе появляется сигнал, подаваемый на вход «R» сброса триггера запуска. Этот сигнал формирует на выходе триггера запуска сигнал на закрытие тиристоров ключевого элемента.In case of exceeding the permissible voltage in the network, or when the protection is triggered, the thyristors of the key element are closed. Shutdown signals are generated, respectively, by a network voltage sensor or protection unit. If at least one of these signals is present at the input of the AND element, a signal appears at its output, which is fed to the “R” input of the reset trigger trigger. This signal generates at the output of the trigger trigger a signal to close the thyristors of the key element.

Таким образом, при работе устройства для компенсации реактивной мощности его LC-цепь через ключевой элемент соединяется с вторичной обмоткой трансформатора напряжения. При этом LC-цепь генерирует емкостную составляющую тока противофазную индуктивной составляющей тока нагрузки. Фаза φ потребляемого электровозом тока при этом приближается к питающему напряжению, увеличивая Cosφ и коэффициент мощности к_м электровоза.Thus, when the device for reactive power compensation is operating, its LC circuit is connected through the key element to the secondary winding of the voltage transformer. In this case, the LC circuit generates a capacitive component of the current antiphase inductive component of the load current. The phase φ of the current consumed by the electric locomotive approaches the supply voltage, increasing Cosφ and the power factor to _{m of the} electric locomotive.

Кроме того, резонансная LC-цепь, настроенная на частоту, близкую к частоте наибольшей по величине третьей гармонической составляющей тока, оказывает шунтирующее действие для гармоник тока, генерируемых выпрямительно-инверторным преобразователем электровоза. При этом образуется локальный контур тока третьей гармоники «преобразователь - LC-цепь» внутри электровоза, в котором происходит компенсация третьей и близких по частоте высших гармонических составляющих в потребляемом токе электровоза. Снижение уровня высших гармоник во входном токе электровоза способствует увеличению коэффициента искажения тока ν и, соответственно, увеличению коэффициента мощности к_м. Таким образом, коэффициент мощности к_м возрастает также за счет уменьшения в составе входного тока электровоза высших гармоник, определяемых коэффициентом искажения тока ν.In addition, the resonant LC circuit tuned to a frequency close to the frequency of the largest third harmonic component of the current has a shunting effect for the current harmonics generated by the rectifier-inverter converter of the electric locomotive. In this case, a local circuit of the third harmonic current “converter - LC circuit” is formed inside the electric locomotive, in which the third and close in frequency higher harmonic components in the consumed current of the electric locomotive are compensated. A decrease in the level of higher harmonics in the input current of an electric locomotive increases the current distortion coefficient ν and, accordingly, increases the power factor to _m . Thus, the power factor to _m also increases due to a decrease in the higher harmonics in the input current of the electric locomotive, determined by the current distortion coefficient ν.

При появлении сверхтоков, возможных при подключении LC-цепи к вторичной обмотке трансформатора напряжения, блок управления отключает LC-цепь и обеспечивает быстродействующую защиту преобразователя. Защита преобразователя осуществляется путем снятия управляющих импульсов с тиристоров ключевого элементаWhen overcurrents occur that are possible when the LC circuit is connected to the secondary winding of the voltage transformer, the control unit disconnects the LC circuit and provides high-speed protection for the converter. The converter is protected by removing control pulses from the thyristors of the key element

Испытания устройства компенсации на электровозе ВЛ 85 (Широченко Н.Н., Татарников В.А., Бибинеишвили З.Г. Улучшение энергетики электровозов переменного тока. - Железнодорожный транспорт, 1988 г. №7, С.33-36) показали, что при мощности компенсатора 520 кВАр (С=1475 мкФ) среднее значение коэффициента мощности электровоза находится на уровне 0,92. При таком значении коэффициента мощности электровоза обеспечивается почти двукратное (по сравнению со штатным электровозом) сокращение потребления реактивной энергии на тягу поездов.Tests of the compensation device on the VL 85 electric locomotive (Shirochenko NN, Tatarnikov VA, Bibineishvili ZG Improving the energy of AC electric locomotives. - Railway transport, 1988 No. 7, S.33-36) showed that with a compensator power of 520 kVAr (C = 1475 μF), the average value of the power factor of an electric locomotive is at the level of 0.92. With this value of the power factor of the electric locomotive, an almost twofold (compared with a standard electric locomotive) reduction of the consumption of reactive energy for train traction is provided.

Таким образом, устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава обеспечивает высокое значение коэффициента мощности к электровоза и малые потери электроэнергии за счет незначительного потребления реактивной мощности, что является достоинством известного устройства.Thus, the device for compensating the reactive power of the electric rolling stock provides a high power factor to the electric locomotive and low energy losses due to the low consumption of reactive power, which is the advantage of the known device.

Однако достижение высокого показателя коэффициента мощности % электровоза обеспечивается лишь при определенных (номинальных) токах нагрузки и не обеспечивается при других условиях. Это обусловлено тем, что при постоянной величине емкостного тока LC-цепи полная компенсация реактивной мощности обеспечивается только при фиксированных (номинальных) токах нагрузки.However, the achievement of a high power factor% of an electric locomotive is achieved only at certain (rated) load currents and is not ensured under other conditions. This is due to the fact that at a constant value of the capacitive current of the LC circuit, full compensation of reactive power is provided only at fixed (nominal) load currents.

Отклонение нагрузки электровоза от номинальной вызывает неполную компенсацию реактивной мощности, что снижает коэффициент мощности к_м до 0,82-0,85, что является недостатком известного устройства.The deviation of the load of the locomotive from the nominal causes incomplete compensation of reactive power, which reduces the power factor to _m to 0.82-0.85, which is a disadvantage of the known device.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является устройство для компенсации реактивной мощности (А.С. №1674306. Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности. Авторы изобретения А.С.Копанев, Б.М.Наумов, И.К.Юрченко. - Опубл в БИ No32 1991, МКИ 7 H02J 3/18), которое позволяет изменять ток компенсатора за счет регулирования угла открытия тиристоров.The closest to the claimed solution in terms of essential features is a device for reactive power compensation (AS No. 1674306. Device for automatic regulation of reactive power. Authors A.S. Kopanev, B.M. Naumov, I.K. Yurchenko. - Published in BI No32 1991, MKI 7 H02J 3/18), which allows you to change the current of the compensator by adjusting the opening angle of the thyristors.

Устройство для компенсации реактивной мощности содержит трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, датчик режима сети, блок синхронизирующих импульсов, блок управления и блок импульсно-фазового управления. В качестве нагрузки используется выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем. Источник реактивной мощности состоит из последовательно соединенных индуктивности L, емкости С и двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Датчик режима сети включает в себя датчик напряжения и датчик тока.A device for reactive power compensation comprises a voltage transformer, a load, a reactive power source, a network mode sensor, a synchronizing pulse unit, a control unit and a pulse-phase control unit. A rectifier-inverter converter of an electric locomotive with a traction motor connected to it is used as a load. The reactive power source consists of series-connected inductances L, capacitance C and two counter-parallel connected thyristors. The network mode sensor includes a voltage sensor and a current sensor.

Нагрузка подключена через датчик тока параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения, первичная обмотка которого связана с сетью и параллельно - к источнику реактивной мощности. Датчик напряжения подключен параллельно трансформатору напряжения. Выход датчика напряжения связан с входом блока синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока импульсно-фазового управления. Выход датчика тока связан со вторым входом блока управления. Выход блока управления подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления. Выход блока импульсно-фазового управления связан с тиристорами источника реактивной мощности.The load is connected through a current sensor parallel to the secondary winding of the voltage transformer, the primary winding of which is connected to the network and in parallel to the reactive power source. The voltage sensor is connected in parallel with the voltage transformer. The output of the voltage sensor is connected to the input of the block of synchronizing pulses, the output of which is connected to the first inputs of the control unit and the pulse-phase control unit. The output of the current sensor is connected to the second input of the control unit. The output of the control unit is connected to the second input of the pulse-phase control unit. The output of the pulse-phase control unit is connected to the thyristors of the reactive power source.

Пониженное трансформатором напряжения переменное напряжение сети поступает на вход выпрямительно-инверторного преобразователя, осуществляющего плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговым двигателе. При этом тяговый двигатель потребляет из сети, кроме активной, также реактивную мощность, которая ухудшает показатели электропотребления.The AC voltage reduced by the voltage transformer is supplied to the input of the rectifier-inverter converter, which provides smooth four-zone voltage regulation on the traction motor. In this case, the traction motor consumes from the network, in addition to active, also reactive power, which degrades the power consumption.

Пониженное трансформатором напряжения переменное напряжение поступает также на LC-цепь источника реактивной мощности. При индуктивном характере нагрузки через LC-цепь протекает емкостная составляющая тока, которая компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки. В этом случае фаза угла φ потребляемого электровозом тока приближается к питающему напряжению. Одновременно с этим через LC-цепь осуществляется шунтирование внутри электровоза третьей и ближайших по частоте высших гармонических составляющих тока, которое приводит к уменьшению в составе входного тока электровоза высших гармоник тока и увеличению коэффициентом искажения тока ν.The alternating voltage lowered by the voltage transformer is also supplied to the LC circuit of the reactive power source. With the inductive nature of the load, a capacitive current component flows through the LC circuit, which compensates for the inductive component of the load current. In this case, the phase of the angle φ of the current consumed by the electric locomotive approaches the supply voltage. At the same time, through the LC circuit, the third and nearest higher harmonic current components are shunted inside the electric locomotive, which leads to a decrease in the current harmonics in the input current of the electric locomotive and an increase in the current distortion coefficient ν.

В номинальном и отличных от номинального режима работы компенсация реактивной мощности происходит за счет создания управляемой емкостной составляющей тока нагрузки, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности. Величина этого тока определяется углом α_рег открытия тиристоров, входящих в источник реактивной мощности.In nominal and different from the nominal operating mode, reactive power compensation occurs due to the creation of a controlled capacitive component of the load current, carried out using a reactive power source. The magnitude of this current is determined by the angle α _reg opening of the thyristors included in the source of reactive power.

При уменьшении коэффициента мощности, вызванного появлением фазового угла сдвига φ между сетевым током и напряжением, устройство автоматически изменяет фазу α_рег открытия тиристоров. Изменение угла открытия тиристоров приводит к увеличению емкостной составляющей источника реактивной мощности, протекающего в противофазе с индуктивной составляющей тока, потребляемого нагрузкой. Это вызывает уменьшение фазового угла сдвига φ между питающим напряжением и результирующим током нагрузки, что приводит к повышению коэффициента мощности нагрузки. Так осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки как в номинальном режиме, так и при изменении режима работы электровоза.With a decrease in the power factor caused by the appearance of a phase shift angle φ between the mains current and voltage, the device automatically changes the phase α _reg of thyristor opening. Changing the opening angle of the thyristors leads to an increase in the capacitive component of the source of reactive power flowing in antiphase with the inductive component of the current consumed by the load. This causes a decrease in the phase shift angle φ between the supply voltage and the resulting load current, which leads to an increase in the load power factor. Thus, the reactive power of the load is compensated both in the nominal mode and when the operating mode of the electric locomotive is changed.

Таким образом компенсация реактивной мощности происходит за счет создания управляемой емкостной составляющей тока нагрузки, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности. Величина этого тока определяется углом открытия тиристоров, входящих в источник реактивной мощности.Thus, compensation of reactive power occurs due to the creation of a controlled capacitive component of the load current, carried out using a source of reactive power. The magnitude of this current is determined by the opening angle of the thyristors included in the source of reactive power.

Измерение коэффициента мощности нагрузки осуществляется по величине фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети.Measurement of the load power factor is carried out by the magnitude of the phase shift angle φ between the current and the voltage of the supply network.

Такой способ измерения реализуется с помощью датчика реактивной мощности, блока управления и блока импульсно-фазового управления. На выходе блока управления формируется напряжение управления U_упр, пропорциональное коэффициенту мощности нагрузки. С помощью этого напряжения и импульсов напряжения синхронизации, поступающих на входы блока импульсно-фазового управления, происходит преобразование напряжения в фазу управления α_рег тиристорами источника реактивной мощности.This measurement method is implemented using a reactive power sensor, a control unit and a pulse-phase control unit. At the output of the control unit, a control voltage U _control is formed proportional to the load power factor. Using this voltage and the pulses of the synchronization voltage supplied to the inputs of the pulse-phase control unit, the voltage is converted to the control phase of the α _{registers of the} reactive power source.

Одновременно с этим через цепь LC-компенсатора осуществляется шунтирование высших гармонических составляющих тока, генерируемых преобразователем. При этом к_м увеличивается за счет более полной компенсации реактивной мощности, связанной с регулированием угла φ, а также уменьшения высших гармоник тока во входном токе электровоза.At the same time, the higher harmonic components of the current generated by the converter are bypassed through the LC compensator circuit. In this case, _m increases due to more complete compensation of the reactive power associated with the regulation of the angle φ, as well as a decrease in the higher harmonics of the current in the input current of the electric locomotive.

Таким образом, в известном устройстве для компенсации реактивной мощности коэффициент мощности к_м электровоза повышается за счет плавного изменения реактивной мощности в источнике реактивной мощности, приводящего к повышению коэффициента мощности к_м в отличных от номинальных токах нагрузки, а также уменьшаются потери электроэнергии за счет незначительного потребления реактивной мощности, что является достоинством известного устройства.Thus, in the known device for reactive power compensation, the power factor to _{m of the} electric locomotive increases due to a smooth change in reactive power in the reactive power source, which leads to an increase in power factor to _m in different from the rated load currents, as well as reduced energy losses due to low consumption reactive power, which is the advantage of the known device.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокое значение коэффициент мощности к_м электровоза. Это обусловлено тем, что при определении коэффициента мощности к_м учитывается только фазовый угол сдвига φ между током и напряжением питающей сети без учета коэффициента ν искажения формы потребляемого тока.A disadvantage of the known device is the insufficiently high value of the power factor to _{m of an} electric locomotive. This is due to the fact that when determining the power factor to _m , only the phase shift angle φ between the current and the supply voltage is taken into account without taking into account the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключатся в разработке устройства для компенсации реактивной мощности, обеспечивающего высокое значение коэффициента мощности к_м электровоза за счет учета как фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, так и коэффициента ν искажения формы потребляемого тока при определении коэффициента мощности к_м электровоза.The problem to which the invention is directed is to develop a device for reactive power compensation, providing a high value of power factor to _{m of an} electric locomotive by taking into account both the phase shift angle φ between the current and the voltage of the supply network, and the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current when determining power factor to _{m of an} electric locomotive.

Для решения поставленной задачи в устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L, емкость С и два встречно-параллельно включенных тиристоров, датчик напряжения и датчик тока, блок синхронизирующих импульсов, блок управления и блок импульсно-фазового управления, при этом в качестве нагрузки использован выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем, нагрузка подключена к трансформатору напряжения через датчик тока и параллельно - к источнику реактивной мощности, датчик напряжения подключен параллельно трансформатору напряжения, выход датчика напряжения связан с входом блока синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока импульсно-фазового управления, выход блока управления подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления, выход которого связан с тиристорами источника реактивной мощности, в него введены блок вычисления заданного тока, блок вычисления фактического тока и элемент сравнения, при этом блок вычисления заданного тока представляет собой параллельно соединенные каналы вычисления активной мощности и вычисления действующего значения напряжения, подключенные соответственно к первому и второму входу делителю, выход которого является выходом блока вычисления заданного тока, канал вычисления активной мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, первый и второй вход которого являются входами блока вычисления заданного тока, первого интегратора и устройства выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу делителя, канал вычисления действующего значения напряжения выполнен в виде последовательно соединенных второго умножителя, входы которого соединены между собой и подсоединены ко второму входу блока вычисления заданного тока, второго интегратора и первого устройства вычисления квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу делителя, блок вычисления фактического тока выполнен в виде последовательно соединенных третьего умножителя, входы которого соединены между собой и являются входами блока вычисления фактического тока, третьего интегратора и второго устройства вычисления квадратного корня, выход которого являются выходом блока вычисления фактического тока, второй вход устройства выборки-хранения, второй вход второго интегратора блока вычисления заданного тока и второй вход третьего интегратора блока вычисления фактического тока соединены между собой и подключены к выходу блока синхронизирующих импульсов, первый вход блока вычисления заданного тока соединен с выходом датчика напряжения, второй входа блока вычисления заданного тока и вход блока вычисления фактического тока подключены к выходу датчика тока, выход блока вычисления заданного тока и выход блок вычисления фактического тока соединены с соответствующими входами элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу блока управления.To solve this problem, a device for reactive power compensation, containing a voltage transformer, load, reactive power source, which is a series-connected inductance L, capacitance C and two counter-parallel connected thyristors, a voltage sensor and a current sensor, a synchronizing pulse unit, a control unit and a pulse-phase control unit, while a rectifier-inverter converter of an electric locomotive with a traction motor connected to it is used as a load the load is connected to the voltage transformer through the current sensor and in parallel to the source of reactive power, the voltage sensor is connected in parallel to the voltage transformer, the voltage sensor output is connected to the input of the synchronizing pulse unit, the output of which is connected to the first inputs of the control unit and the pulse-phase control unit, the output of the control unit is connected to the second input of the pulse-phase control unit, the output of which is connected to the thyristors of the reactive power source; calculating the set current, the actual current calculating unit and the comparison element, the set current calculating unit being parallel connected channels for calculating the active power and calculating the effective voltage value, connected respectively to the first and second input of the divider, the output of which is the output of the set current calculator, the active power calculation channel is made in the form of series-connected first multiplier, the first and second input of which are the inputs of the block calculated For a given current, a first integrator and a sample-storage device, the output of which is connected to the first input of the divider, the channel for calculating the effective voltage value is made in the form of a second multiplier connected in series, the inputs of which are interconnected and connected to the second input of the set current calculation unit, the second integrator and the first square root calculation device, the output of which is connected to the second input of the divider, the actual current calculation unit is made in the form of series-connected x the third multiplier, the inputs of which are interconnected and are the inputs of the actual current calculation unit, the third integrator and the second square root calculation device, the output of which is the output of the actual current calculation unit, the second input of the sampling-storage device, the second input of the second integrator of the set current calculation unit and the second input of the third integrator of the actual current calculation unit is interconnected and connected to the output of the synchronizing pulse unit, the first input of the calculation unit the set current is connected to the output of the voltage sensor, the second input of the set current calculation unit and the input of the actual current calculation unit are connected to the output of the current sensor, the output of the set current calculation unit and the output of the actual current calculation unit are connected to the corresponding inputs of the comparison element, the output of which is connected to the second input control unit.

Заявляемое решение отличается от прототипа введением новых блоков: блока вычисления заданного тока, блока вычисления фактического тока и элемента сравнения и новыми взаимосвязями блоков в устройстве. Наличие в заявляемом решении существенных отличительных от прототипа признаков свидетельствует о соответствии его критерию патентоспособности «новизна».The claimed solution differs from the prototype in the introduction of new blocks: a unit for calculating a given current, a unit for calculating the actual current and a comparison element, and new block relationships in the device. The presence in the claimed solution of significant distinguishing features from the prototype of the signs indicates compliance with its patentability criterion of "novelty."

Введение в устройство для компенсации реактивной мощности новых блока вычисления заданного тока, блока вычисления фактического тока и элемента сравнения, и образование новых взаимосвязей в устройстве приводит к повышению коэффициента мощности к_м электровоза. Это обусловлено тем, при определении коэффициента мощности к_м учитываются оба фактора, определяющих его значение: как фазовый угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, так и коэффициент ν искажения формы потребляемого тока.Introduction to the device for reactive power compensation of a new unit for calculating a given current, a unit for calculating the actual current and a comparison element, and the formation of new relationships in the device leads to an increase in the power factor to _{m of an} electric locomotive. This is due to the fact that when determining the power factor to _m, both factors that determine its value are taken into account: both the phase shift angle φ between the current and the voltage of the supply network, and the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current.

Таким образом, заявляемое устройство для компенсации реактивной мощности при использовании позволяет максимально повысить значение коэффициента мощности к_м электровоза до 0,95 за счет учета обеих составляющих коэффициента мощности к_м при его определении. За счет учета фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети значение коэффициента мощности к_м электровоза повышается на 0,03, а за счет учета коэффициента ν искажения формы потребляемого тока - на 0,08.Thus, the inventive device for compensating reactive power when used allows you to maximize the value of the power factor to _{m of an} electric locomotive to 0.95 by taking into account both components of the power factor to _m when determining it. By taking into account the phase shift angle φ between the current and the voltage of the supply network, the value of the power factor to _{m of the} electric locomotive increases by 0.03, and by taking into account the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current, by 0.08.

Резкое изменение значения коэффициента мощности к_м электровоза с 0,84 (штатная схема) до 0,95 свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».A sharp change in the value of the power factor to _{m of the} electric locomotive from 0.84 (standard scheme) to 0.95 indicates the compliance of the proposed solution with the patentability criterion of the invention “inventive step”.

Изобретение иллюстрируется на фигурах, раскрывающих его сущность и подтверждающих работоспособность и промышленную применимость заявляемого устройства.The invention is illustrated in the figures, revealing its essence and confirming the operability and industrial applicability of the claimed device.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для компенсации реактивной мощности.Figure 1 presents a block diagram of a device for compensating reactive power.

На фиг.2 показана блок-схема блока вычисления заданного тока.Figure 2 shows a block diagram of a unit for calculating a given current.

На фиг.3 показана блок-схема блока вычисления фактического тока.Figure 3 shows a block diagram of a unit for calculating the actual current.

Устройств для компенсации реактивной мощности содержит трансформатор напряжения 1, нагрузку 2, источник реактивной мощности 3, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L4, емкость С5 и два встречно-параллельно включенных тиристоров 6 и 7, датчик напряжения 8, датчик тока 9, блок синхронизирующих импульсов 10, блок управления 11, блок импульсно-фазового управления 12, блок вычисления заданного тока 13, блок вычисления фактического тока 14 и элемент сравнения 15. В качестве нагрузки использован выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза 16 с подключенным к нему тяговым двигателем 17.A device for reactive power compensation contains a voltage transformer 1, load 2, a reactive power source 3, which is a series-connected inductance L4, a capacitance C5 and two counter-parallel connected thyristors 6 and 7, a voltage sensor 8, a current sensor 9, a block of synchronizing pulses 10 , a control unit 11, a pulse-phase control unit 12, a set current calculation unit 13, an actual current calculation unit 14 and a comparison element 15. A rectifier-inverter converter is used as a load The locomotive of an electric locomotive 16 with a traction motor 17 connected to it.

Блок вычисления заданного тока 13 представляет собой параллельно соединенные каналы вычисления активной мощности 18 и вычисления действующего значения напряжения 19, подключенные соответственно к первому и второму входу делителя 20, выход которого является выходом блока вычисления заданного тока 13.The unit for calculating the set current 13 is a parallel-connected channel for calculating the active power 18 and calculating the actual value of the voltage 19, respectively connected to the first and second input of the divider 20, the output of which is the output of the unit for calculating the set current 13.

Канал вычисления активной мощности 18 выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя 21, первого интегратора 22 и устройства выборки-хранения 23. Первый и второй вход первого умножителя 21 являются входами блока вычисления заданного тока 13. Выход устройства выборки-хранения 23 подключен к первому входу делителя 20.The active power calculation channel 18 is made in the form of a series-connected first multiplier 21, a first integrator 22 and a sample-storage device 23. The first and second input of the first multiplier 21 are the inputs of the set current calculation unit 13. The output of the sample-storage device 23 is connected to the first input of the divider twenty.

Канал вычисления действующего значения напряжения 19 выполнен в виде последовательно соединенных второго умножителя 24, второго интегратора 25 и первого устройства вычисления квадратного корня 26. Входы второго умножителя 24 соединены между собой и подсоединены ко второму входу блока вычисления заданного тока 13. Выход первого устройства вычисления квадратного корня подключен ко второму входу делителя 20.The channel for calculating the actual voltage value 19 is made in the form of series-connected second multiplier 24, second integrator 25 and the first square root calculation device 26. The inputs of the second multiplier 24 are interconnected and connected to the second input of the set current calculation unit 13. The output of the first square root calculation device connected to the second input of the divider 20.

Блок вычисления фактического тока 14 выполнен в виде последовательно соединенных третьего умножителя 27, третьего интегратора 28 и второго устройства вычисления квадратного корня 29. Входы третьего умножителя 27 соединены между собой и являются входами блока вычисления фактического тока 14. Выход второго устройства вычисления квадратного корня 29 являются выходом блока вычисления фактического тока 14.The actual current calculating unit 14 is made in the form of series-connected third multiplier 27, the third integrator 28 and the second square root calculator 29. The inputs of the third multiplier 27 are interconnected and are inputs of the actual current calculating unit 14. The output of the second square root calculator 29 is the output unit for calculating the actual current 14.

Второй вход устройства выборки-хранения 23, второй вход второго интегратора 25 блока вычисления заданного тока 13 и второй вход третьего интегратора 28 блока вычисления фактического тока 14 соединены между собой и подключены к выходу блока синхронизирующих импульсов 10.The second input of the sampling-storage device 23, the second input of the second integrator 25 of the set current calculation unit 13 and the second input of the third integrator 28 of the actual current calculation unit 14 are interconnected and connected to the output of the synchronizing pulse unit 10.

Нагрузка 2 подключена к трансформатору напряжения 1 через датчик тока 9 и параллельно - к источнику реактивной мощности 3. Датчик напряжения 8 подключен параллельно трансформатору напряжения 1. Выход датчика напряжения 8 связан с входом блока синхронизирующих импульсов 10. Выход блока синхронизирующих импульсов 10 соединен с первыми входами блока управления 11 и блока импульсно-фазового управления 12. Выход блока управления 11 подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления 12, выход которого связан с тиристорами 6 и 7 источника реактивной мощности 3.Load 2 is connected to voltage transformer 1 through a current sensor 9 and in parallel to a source of reactive power 3. Voltage sensor 8 is connected in parallel to voltage transformer 1. The output of voltage sensor 8 is connected to the input of the synchronizing pulse unit 10. The output of the synchronizing pulse unit 10 is connected to the first inputs the control unit 11 and the pulse-phase control unit 12. The output of the control unit 11 is connected to the second input of the pulse-phase control unit 12, the output of which is connected to the thyristors 6 and 7 of the source 3 su- power.

Первый вход блока вычисления заданного тока 13 соединен с выходом датчика напряжения 8, Второй вход блока вычисления заданного тока 13 и вход блока вычисления фактического тока 14 подключены к выходу датчика тока 9.The first input of the set current calculation unit 13 is connected to the output of the voltage sensor 8, The second input of the set current calculation unit 13 and the input of the actual current calculation unit 14 are connected to the output of the current sensor 9.

Выход блока вычисления заданного тока 13 и выход блок вычисления фактического тока 14 соединены с соответствующими входами элемента сравнения 15, выход которого подключен к второму входу блока управления 11.The output of the unit for calculating the set current 13 and the output of the unit for calculating the actual current 14 are connected to the corresponding inputs of the comparison element 15, the output of which is connected to the second input of the control unit 11.

Трансформатор напряжения 1, выпрямительно-инверторный преобразователь 16 и двигатель 17 являются типовыми устройствами электровоза с плавным регулированием напряжения. В качестве емкости источника реактивной мощности 5 использованы конденсаторы типа КСК-1,05-125-1У1, а в качестве индуктивности 4 - стандартные индуктивные шунты электровоза ИШ-95. В качестве датчиков тока 9 и напряжения 8 использованы соответствующие датчики Холла, выпускаемые швейцарской фирмой LEM. Блок синхронизирующих импульсов выполнен по патенту №2118038 «Формирователь синхронизирующих импульсов» Авторы Ю.М.Кулинич, В.В.Кравчук. Все блоки управления устройства изготовлены на базе микропроцессора PIC 18F 452.A voltage transformer 1, a rectifier-inverter converter 16, and a motor 17 are typical devices of an electric locomotive with stepless voltage regulation. Capacitors of the type KSK-1.05-125-1U1 were used as the capacity of the source of reactive power 5, and standard inductive shunts of the electric locomotive IS-95 were used as inductance 4. As current sensors 9 and voltage 8, the corresponding Hall sensors manufactured by the Swiss company LEM were used. The block of synchronizing pulses is made according to patent No. 2118038 "Shaper of synchronizing pulses" Authors Yu.M. Kulinich, VV Kravchuk. All control units of the device are made on the basis of the microprocessor PIC 18F 452.

Устройство для компенсации реактивной мощности работает следующим образом.A device for reactive power compensation works as follows.

Пониженное трансформатором напряжения 1 переменное напряжение сети поступает на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 16, осуществляющего плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговым двигателе 17. При этом тяговый двигатель 17 потребляет из сети, кроме активной, также реактивную мощность, которая ухудшает показатели электропотребления.The AC voltage lowered by the voltage transformer 1 is supplied to the input of the rectifier-inverter converter 16, which provides smooth four-zone voltage regulation on the traction motor 17. In this case, the traction motor 17 consumes, in addition to active, also reactive power from the network, which degrades the power consumption.

Ток нагрузки 2 и напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения 1 контролируются соответственно датчиком тока 9 и напряжения 8.The load current 2 and the voltage of the secondary winding of the voltage transformer 1 are controlled respectively by the current sensor 9 and voltage 8.

Сигналы тока нагрузки 2 и напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения 1 поступают соответственно с датчиков тока 9 и напряжения 8 в устройство вычисления заданного тока 13. В устройстве вычисления заданного тока 13 блоки 20-26 формируют сигнал тока нагрузки I_зад, пропорциональный току нагрузи в случае полной компенсации реактивной мощности.The signals of the load current 2 and the voltage of the secondary winding of the voltage transformer 1 are supplied respectively from the current sensors 9 and voltage 8 to the set current calculator 13. In the set current calculator 13, blocks 20-26 generate a load current signal I _ass , proportional to the load current in case of a full load reactive power compensation.

В блоке умножителя 21 осуществляется перемножение текущих значений тока нагрузки i_н и напряжения u_н нагрузки. С помощью блоков интегратора 22 и выборки-хранения 23 формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности за период Т сетевого напряжения. Сигнал на выходе блока 23, сформированный в соответствии с формулой (3),In the block of the multiplier 21 is the multiplication of the current values of the load current i _n and voltage u _n load. Using the blocks of the integrator 22 and sample-storage 23, a signal is generated proportional to the instantaneous power for the period T of the mains voltage. The signal at the output of block 23, formed in accordance with the formula (3),

соответствует величине активной мощности Р_нi, потребляемой нагрузкой в i-ый период T питающего напряжения. С помощью блоков умножителя 24, интегратора 25 и вычисления квадратного корня 26 осуществляется вычисление действующего значения напряжения U в соответствии с формулойcorresponds to the value of the active power P _ni consumed by the load in the i-th period T of the supply voltage. Using the blocks of the multiplier 24, the integrator 25 and calculating the square root 26, the effective voltage U is calculated in accordance with the formula

Для этого на оба входа умножителя 24 подается текущее значение напряжения нагрузки u_н. После умножения напряжения сигнал

поступает на вход интегратора 25, который суммирует значения

за период T сетевого напряжения, а блок вычисления квадратного корня 26 вычисляет квадратный корень из его входного сигнала. В результате такого преобразования на выходе блока 26 формируется сигнал действующего значения напряжения U на i-ом периоде T сетевого напряжения. После операции деления величины активной мощности P_нi на действующее значения напряжения U, осуществляемой делителем 20, рассчитывается сигнал тока нагрузки I_зад, пропорциональный току нагрузи в случае полной компенсации реактивной мощности.To do this, at both inputs of the multiplier 24 is fed the current value of the load voltage u _n . After voltage multiplication, the signal

goes to the input of the integrator 25, which sums up the values

over the period T of the mains voltage, and the square root calculation unit 26 calculates the square root of its input signal. As a result of such a conversion, an output signal of the voltage value U is formed at the i-th period T of the mains voltage at the output of block 26. After the operation of dividing the value of the active power P _ni by the effective voltage U carried out by the divider 20, the load current signal I _{ass is} calculated, which is proportional to the load current in the case of complete compensation of the reactive power.

Одновременно сигнал тока нагрузки 2 с датчиков тока 9 поступает в блок вычисления фактического тока 14, где блоками 27-29 вычисляется действующее значение I_ф фактического тока нагрузки 2.At the same time, the signal of the load current 2 from the current sensors 9 enters the actual current calculation unit 14, where the effective value I _{f of the} actual load current 2 is calculated by blocks 27-29.

На вход блока умножителя 27 поступает текущее значение тока нагрузки i_н. С помощью блоков умножителя 27, интегратора 28 и вычисления квадратного корня 29 осуществляется вычисление действующего значения фактического значения тока I_ф нагрузки в соответствии с формулойAt the input of the block of the multiplier 27 receives the current value of the load current i _n . Using the blocks of the multiplier 27, the integrator 28 and calculating the square root 29, the actual value of the actual value of the load current I _f is calculated in accordance with the formula

Сигналы I_зад и I_ф подаются в элемент сравнения 15, где из заданного тока нагрузки I_зад вычитается его фактическое значение I_ф. Сигнал ΔI на выходе элемента сравнения 15 пропорционален нескомпенсированному значению тока нагрузки 2 или ее реактивной мощности, определенной с учетом как фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, так и величины коэффициента ν искажения формы потребляемого тока.The signals I _ass and I _f served in the comparison element 15, where from the given load current I _ass is subtracted its actual value I _f . The signal ΔI at the output of the comparison element 15 is proportional to the uncompensated value of the load current 2 or its reactive power, determined taking into account both the phase angle of shift φ between the current and the voltage of the supply network, and the value of the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current.

Сигнал ΔI через блок управления 11 поступает в блок импульсно-фазового управления 12. В блоке управления 11 производится вычисление фазы управляющих импульсов α_рег, необходимых для получения минимального значения сигнала ΔI. В блоке импульсно-фазового управления 12 происходит усиление импульсов управления α_рег до уровня, необходимого для открытия тиристоров источника реактивной мощности 3. Сформированные в блоке импульсно-фазового управления 12 импульсы управления α_рег подаются на тиристоры 6 и 7 источника реактивной мощности 3.The signal ΔI through the control unit 11 enters the pulse-phase control unit 12. In the control unit 11, the phase of the control pulses α _{reg is} calculated to obtain the minimum value of the signal ΔI. In the pulse-phase control unit 12, the control pulses α _reg are amplified to the level necessary to open the thyristors of the reactive power source 3. The control pulses α _reg formed in the pulse-phase control unit 12 are fed to the thyristors 6 and 7 of the reactive power source 3.

При индуктивном характере нагрузки 2 через LC-цепь 4-5 источника реактивной мощности 3 протекает емкостная составляющая тока, которая компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки 2. В этом случае фаза угла φ потребляемого электровозом тока приближается к питающему напряжению. Одновременно с этим через LC-цепь 4-5 осуществляется шунтирование внутри электровоза третьей и ближайших по частоте высших гармонических составляющих тока, которое приводит к уменьшению в составе входного тока электровоза высших гармоник тока и увеличению коэффициентом искажения тока ν.With the inductive nature of the load 2, the capacitive current component flows through the LC circuit 4-5 of the reactive power source 3, which compensates for the inductive component of the load current 2. In this case, the phase angle φ of the current consumed by the electric locomotive approaches the supply voltage. At the same time, through the LC circuit 4-5, the third and nearest higher harmonic current components are shunted inside the electric locomotive, which leads to a decrease in the higher current harmonics in the input current of the electric locomotive and an increase in the current distortion coefficient ν.

В номинальном и отличном от номинального режима работы нагрузки компенсация реактивной мощности происходит за счет создания управляемой емкостной составляющей тока нагрузки 2, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности 3. Величина этого тока определяется углом открытия тиристоров 6 и 7.In nominal and different from the nominal operating mode of the load, reactive power compensation occurs due to the creation of a controlled capacitive component of the load current 2, carried out using a reactive power source 3. The magnitude of this current is determined by the opening angle of the thyristors 6 and 7.

Измерение коэффициента мощности нагрузки 2, в соответствии с формулой (1), осуществляется по величине фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, а также по величине коэффициента ν искажения формы потребляемого тока.The measurement of load power factor 2, in accordance with formula (1), is carried out by the magnitude of the phase angle of shift φ between the current and the voltage of the supply network, as well as by the magnitude of the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current.

При уменьшении коэффициента мощности нагрузки 2 блок управления 11 автоматически изменяет фазу α_рег открытия тиристоров. Изменение угла открытия тиристоров 6 и 7 приводит к увеличению емкостной составляющей источника реактивной мощности 3, протекающего в противофазе с индуктивной составляющей тока, потребляемого нагрузкой 2. Это вызывает приближение величины фактического тока нагрузки I_ф к его заданному значению I_зад. Уменьшение до минимального значения сигнала ΔI приводит к максимально возможному повышению коэффициента мощности нагрузки. Так осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки как в номинальном режиме, так и при изменении режима работы электровоза.When reducing the power factor of the load 2, the control unit 11 automatically changes the phase α _reg opening of the thyristors. Changing the opening angle of thyristors 6 and 7 leads to an increase in the capacitive component of the source of reactive power 3 flowing in antiphase with the inductive component of the current consumed by load 2. This causes the actual load current I _f to approach its set value I _ass . Reducing the signal ΔI to the minimum value leads to the maximum possible increase in the load power factor. Thus, the reactive power of the load is compensated both in the nominal mode and when the operating mode of the electric locomotive is changed.

Таким образом, при использовании заявляемого устройства для компенсации реактивной мощности максимально повышается значение коэффициента мощности к_м электровоза до 0,95. За счет учета фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети значение коэффициента мощности к_м электровоза повышается на 0,03, за счет учет коэффициента ν искажения формы потребляемого тока - на 0.08.Thus, when using the inventive device for compensating reactive power, the maximum value of the power factor to _{m of the} electric locomotive is increased to 0.95. By taking into account the phase shift angle φ between the current and the voltage of the supply network, the value of the power factor to _{m of the} electric locomotive increases by 0.03, and by taking into account the distortion coefficient ν of the shape of the consumed current, by 0.08.

Claims

A device for reactive power compensation, comprising a voltage transformer, a load, a reactive power source, which is a series-connected inductance L, a capacitance C and two counter-parallel connected thyristors, a voltage sensor and a current sensor, a synchronizing pulse unit, a control unit and a pulse-phase unit control, in this case, a rectifier-inverter converter of an electric locomotive with a traction motor connected to it is used as the load, the load is connected to trans voltage regulator through a current sensor and in parallel to a reactive power source, the voltage sensor is connected in parallel with the voltage transformer, the voltage sensor output is connected to the input of the synchronizing pulse unit, the output of which is connected to the first inputs of the control unit and the pulse-phase control unit, the output of the control unit is connected to the second input of the pulse-phase control unit, the output of which is connected to the thyristors of the reactive power source, characterized in that the the current, the actual current calculation unit and the comparison element, while the set current calculation unit is a parallel-connected channel for calculating the active power and calculating the effective voltage value, connected respectively to the first and second input of the divider, the output of which is the output of the set current calculation unit, channel calculation of active power is made in the form of series-connected first multiplier, the first and second input of which are inputs of the calculation unit specified current, the first integrator and the sample-storage device, the output of which is connected to the first input of the divider, the channel for calculating the effective voltage value is made in the form of series-connected second multipliers, the inputs of which are interconnected and connected to the second input of the unit for calculating the specified current, the second integrator and the first the square root calculation device, the output of which is connected to the second input of the divider, the actual current calculation unit is made in the form of a third a knife, the inputs of which are interconnected and are the inputs of the actual current calculation unit, the third integrator and the second square root calculation device, the output of which is the output of the actual current calculation unit, the second input of the sampling-storage device, the second input of the second integrator of the set current calculation unit and the second the input of the third integrator of the actual current calculation unit is interconnected and connected to the output of the block of synchronizing pulses, the first input of the calculation unit of the given t connected to the output of the voltage sensor, the second input of the set current calculation unit and the input of the actual current calculation unit are connected to the output of the current sensor, the output of the set current calculation unit and the output of the actual current calculation unit are connected to the corresponding inputs of the comparison element, the output of which is connected to the second input of the unit management.