SU516148A1 - Способ регулировани реактивной мощности - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к способам регулировани  реактивной мощности и симметрировани  режима многофазной сети.

Известен способ регулировани  реактивной мощности, основанный на несимметричном регулировании многофазного преобразовател , выполненного из соединенных последовательно на стороне посто нного тока однофазных двухполупериодных управл емых преобразователей , выходы которых шунтированы управл емыми вентил ми.

Недостатком известного способа  вл етс  сложность устройств, его реализующих, а именно дл  реализации известного способа необходимо каскадное соединение однофазных двухполупериодных выпр мителей, количество которых равно удвоенному числу фаз многофазной сети.

Целью изобретени   вл етс  симметрирование режима сети при любых видах нагрузки.

Указанна  цель достигаетс  благодар  тому , что осуществл ют широтно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преобразователей путем шунтировани  выхода однофазного управл емого преобразовател  при помощи дополнительного управл емого вентил  в момент его запирани , затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль и новторно включают управл емые вентили однофазного двухполупериодного преобразовател , при этом мен ют длительность пауз между импульсами.

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема устройства, реализующего предлагаемый

способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений и тока в режиме максимальной генерации реактивной энергии; на фиг. 3, фиг. 4 - временные диаграммы напр жений и тока в режиме уменьшенной генерации реактивной энергии при широтном и широтно-импульсном регулировании соответственно; на фиг. 5 - временные диаграммы напр жений и тока в режиме максимального потреблени  реактивной энергии; на фиг. 6, 7 - временные

диаграммы напр жений и тока в режиме уменьшенного потреблени  реактивной энергии при широтном и широтно-импульсном регулировании соответственно; на фиг. 8 - векторна  диаграмма напр жений и тока при

симметрировании режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети; на фиг. 9 - эквивалентна  схема нагрузки; на фиг. 10, 11 - временные диаграммы напр жений и тока при стабилизации коэффициента

мощности и симметрировании режима трехфазной сети при широтном и широтно-имиульсном регулировании соответственно.

На временных диаграммах напр л ений моменты прохождени  тока по обмоткам выделены жирными лини ми.

Временные днаграммы нанр жени и тока приведены дл  случа  идеального трансформатора , вентиле ; н ндеально сглаженного тока.

Временные диаграммы нанр жений и тока нр  шнротно-имнульсном регулировании ириведены дл  закона регулировани , ири которо .л количество имнульсов носто нно, имнуль (ы тока имеют равную длительность н равное рассто ние между ними.

На фиг. 1 изображен унравл емый выпр митель 1 с искусственной и независимой коммутацией каждой фазы, датчик вынр млеиного тока 2, сглаживающий дроссель 3, устройство управлени  4, датчик тока трехфазной сети 5, нагрузка С, трансформатор 7.

1рехфаз1.ый унравл емый выпр митель 1 состоит нз каскадно соединенных однофазных Д зухг;олупериодных управл емых вынр мителей о-10 фаз со средней точкой, устройства 11-, искусственной коммутации, нолуобмоток; 12, 12, 13, 13, 14 и 14 вторичной обмотки трансформатора, основных вентилей 15-20 выпр мителей, шунтируюш,их вентилей 21 - 23, унравл елмых вентилей 24-29, вентилей 30-33 устройства искусственно коммутации, конденсатора 34, обкладок 35, 36 конденсатора .

В режиме максимальной генерации реактивной энергии ири заданном значении выпр мленного тока /о опережающий угол регулировани  трехфазного управл емого выпр мител  с искусственной коммутацией сс -90 эл. град. Ширина импульса тока при широтно1М регулировании максимальна и равна, например , 180 эл. град. При широтно-импульсном регулировании длительность импульса тока ири этом также максимальна и, нанример, равна 60 эл. град.; обща  длительность трех импульсов тока равна 180 эл. град (фиг. 2, а, б).

Амплитуда первой гармоники тока однофазных двухполупериодных управл емых выпр мителей 8-10 максимальна, перва  гармоника тока оперел ает напр жение соответствующей фазы на 90 эл. град и количество генерируемой реактивной энергии максимально.

На фиг. 2, б показаны ток однофазного двухполунериодного управл емого выпр мител  8 н перва  гармоника указанного тока.

Дл  уменьшени  количества генерируемой реактивной энергии ири выпр мленном токе /о, равном току уставки, уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании. Нри симметричном регулировании переднего и заднего фронтов импульсов смещени  гармоник не происходит, перва  гармоника тока ири этом опережает напр жение соответствующей фазы на 90 эл. град.

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

На фиг. 4, а-е приведеиы временные диаграммы напр жени  и тока однофазных двухполупериодных управл емых вынр мителей 8-10 соответственно при широтио-импульсном регулировании.

В режиме максимального иотреблени  реактивной энергии, как и в режиме максимального генерировани , ширина имнульса тока при

широтном и длительность импульса тока при широтно-импульсном регулировании максимальна , но угол регулировани  а отстает и равен 90 эл. град. При этом амплитуда первой гармоники тока однофазиых двухполупериодных управл емых выпр мителей 8-10 максимальна и перва  гармоника тока отстает от напр жени  соответствующей фазы на 90 эл. град (фиг. 5). Дл  уменьшени  потреблени  реактивной

энергии уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании, осуществл   симметричное регзлирование переднего и заднего фронтов имнульсов тока.

При этом перва  гармоника тока отстает от напр жени  соответствующей фазы на 90 эл. град и уменьшаетс  только амплитуда первой гар.моники (фиг. 6).

На фиг. 7, а-е приведены временные диаграммы напр жений и тока однофазных двухполупериодных выпр мителей 8-10 соответственно при широтно-импульсном регулировании .

При несимметрии токов и отклонении коэффициента мощности многофазной сети от заданного значени  при выпр мленном токе /о, равном току уставки, осуществл ют широтное или широтно-имнульсное регулирование однофазного двухнолупериодного унравл емого выпр мител  каждой фазы. Положение и ширину импульса тока при широтном или положение последовательности импульсов тока и их длительность при широтно-имнульсном регулироваиии каждого однофазного двухполупериодного управл емого выпр мител  устанавливают в зависимости от несимметрии режима , коэффициента мощности многофазной сети и величины выпр мленного тока. При

это происходит нофазное регулирование реактивной мощности однофазными унравл емыми выпр мител ми фаз при одновременном отборе активной мощности от менее нагруженных фаз и инвертировании ее в более нагруженные фазы.

Пусть в трехфазной сети векторна  диаграммалинейных токов М, IB и 1C имеет вид, приведенный на фиг. 8. При этом нагрузка сети может быть представлена эквивалентной

нагрузкой, приведенной на фиг. 9.

Линейные токи трехфазной сети /Л, В и 1C (фиг. 8) равны разности соответствующих

векторов ICA, IAB, IBC фазных токов эквивалентиой нагрузки:

IА lAB - IС A; JB - IBC - /AS; TC ICA- IBC.

При равенстве векторов первых гармоник тока первичных обмоток АВ, ВС и СА трансформатора 7 (фиг. 1) соответствепно Д/лв, Д/вс, Д/СА (фиг. 8), токи обратной последовательности , созданные указанными токами, равны по модулю и противоположны по фазе токам обратной последовательности нагрузки 6. Реактивна  составл юща  тока пр мой последовательности первичпых обмоток АВ, ВС, СА трансформатора 7 противоположна по фазе реактивной составл ющей тока пр мой последовательности нагрузки и при заданном коэффициенте мощности трехфазной сети, равном 1, равна по модулю. При этом линейные токи отсимметрированной трехфазной сети с коэффициентом мощности, равным заданному (например, ) определ ютс  параметрами нагрузки, режимом устройства, реализуюп;его способ, и равны (фиг. 8):

ТА 1АВ + МАВ - (1C А + Д/СЛ); 7В IBC + Д/5С - (IAB + Д/AS); 7С /СЛ + Д/СЛ - (IBC + Д/5С).

где /Л; IB; 1C--векторы линейных токов отсимметрироваиной трехфазной сети при

IAB; IBC; ICA - векторы фазных токов эквивалентной нагрузки (фиг. 9);

Д/ЛБ; Д/5С; Д/СЛ-векторы первых гармоник , приведенных к первичной обмотке трансформатора 7 токов однофазных, двухполупериодных управл емых выпр мителей 8-10.

При широтно-импульсном регулировании управление может осуществл тьс  по любому известному закону, например синусоидальному , трапецеидальному и т. п., что позвол ет существенно уменьшить количество высших гармонических составл ющих тока, генерируемых в сеть устройством, реализующим способ.

Рассмотрим процесс симметрировани  режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети при несимметричных линейных токах /Л, ГВ, 1C (фиг. 8), вызванных несимметричной нагрузкой, эквивалентна  схема, которой приведена на фиг. 9, и приведенном к первичной обмотке трансформатора 7 выпр мленном токе /о, в 3,96 раза меньшем амплитудного значени  линейного тока 1C максимально нагруженной фазы.

При этом дл  симметрировани  режима сети и поддержани  коэффициента мощности равным 1, ток Д/Лй первичной обмотки АВ трансфор-матора 7 отстает по фазе от напр жени  UAB на угол 51 эл. град и происходит

потреб;1ение aKHiBHofi н реактивно энергии из сети; ток Д/SC первичной обмотки ВС трансформатора 7 отстает по фазе от напр жени  иве на 180 эл. град, и происходит imвертирование активной энергии в сеть; ток Д/СЛ первичной обмотки СЛ трансформатора 7 опережает по фазе напр жение UCA на угол-70 эл.град, и происходит потребление активной энергии из сети, генерируетс  реактивна  энерги  (фиг. 8).

Временные диаграммы напр жений и тока при этом прп широтном и широтно-импульсном регулировании прпведены на фиг. 10 и 11

(на фиг. 10, II приведены временные диаграммы напр жений и тока однофазных двухполупериодных выпр мителей 8-10 соответственно фаз АВ. ВС и СЛ).

Симметрирование режима и стабилизаци 

коэффициента мощности сети при неизменной нагрузке может осуществл тьс  при различных значени х выпр мленного тока. При этом измен етс  только ширина импульса тока при широтном или длительность импульсов тока

при щиротно-импульсном регулировании дл  поддержани  необходимого значени  амплитуды первой гармоники тока.

При широтно-импульсном или шпротном регулировании выход каждого однофазного

двухполунериодного управл емого выпр мител  со средней точкой закорачивают на врем  паузы управл емым вентилем, который открывают сигналом устройства управлени  4 после запирани  провод щего управл емого вентил  однофазного выпр мител , а закрывают при помощи устройства искусственной коммутации 11, после чего открыв ют очередно: вступающий в работу управл емый веитиль однофазного двухполуиериодиого выпр мител .

Устройство, реализующее предл гасмьи способ, работает следующим образом.

Пусть открыты управл емые вентили 15. 17 и 19 однофазных двухполупериодных выпр мителей 8-10 соответственно конденсатор 34 мостового устройства искусственной коммутации И зар жен и его обкладка 35 имеет положительный потенциал. Выпр мленный ток проходит по цепи: управл емый вентиль 15,

полуобмотка 12, управл емый вентиль 17, полуобмотка 13, управл емый вентиль 19, полуобмотка 14, сглаживающий дроссель 3 и датчик выпр мленного тока 2 (фиг. 1).

Дл  запирани  управл емого вентил  15

сигналом устройства управлени  4 открывают управл емые вентили 24, 31, 32, 25 и напр жение конденсатора 34 прикладываетс  к последовательно соединенным управл емому вентилю 15 и полуобмотке 12. Управл емый

вентиль 15 закрываетс .

По п,епи: вентили 24, 31, конденсатор 34, вентили 32, 25, 17, полуобмотка 13, вентиль 19, полуобмотка 14, сглажпвающий дроссель 3, датчик выпр мленного тока 2 - проходит

ток. Конденсатор 34 перезар жаетс , и его

обкладка 36 приобретает положительный потенциал . После достижени  заданного напр жени  на конденсаторе 34 сигналом устройства управленн  4 открывают, например, вентиль 21. Вентили 24, 31, 32 и 25 закрываютс . При этом выпр мленный ток проходит по цепи: веитиль 21, каскадно соединенные однофазные двухполупернодные выпр мители 9 и 10, сглаживающий дроссель 3 и датчик выпр мленного тока 2.

Дл  запирани  управл емого вентил  21 открывают вентили 24, 30, 33 и 25.

После перезар да конденсатора 34 н достижени  иа нем заданного значени  напр жени  сигналов устройства управлени  4 открывают очередной вступающий в работу управл емый вентиль. Вентили 24, 30, 33 и 25 закрываютс .

Аналогично описанному осуществл етс  искусственна  коммутаци  управл емых вентилей однофазных выпр мителей 9 и 10.

Claims (1)

1. Формула изобретен и  

   Способ регулировани  реактивной мощности , основанный на несимметричном регулировании фаз многофазного преобразовател , выполненного из соединенных последовательно на стороне посто нного тока однофазных двухполупернодных управл емых преобразователей , выходы которых щунтированы управл емыми вентил ми, отличающийс  тем, что, с целью симметрировани  режима многофазной сети при любых видах нагрузки, осуществл ют щиротно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преобразователей путем щунтировани  выхода однофазного управл емого преобразовател  при помощи дополнительного управл емого вентил  в момент его запирани , затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль

   и повторно включают упр-авл емые вентили однофазного двухполупериодного преобразовател , при этом мен ют длительность пауз между импульсами.

   у про 5. ентил н с

   31 -.

   . .

   iU15

   итз т 2 uiif U15 тг т uiz uj4

   UIZ U1.

   т

   1 i

   J0°3l

   S

   a dvlxM ±

   и

   ТЛЗ U1Z VI U13 U12 UUf и 13 ИП U13 U12 Ш

   и

   .U13 U12 ипшЗ Uf2m U13U12-mm5 UfZlff /

   ът

   U12 ищ V/j un ui тз un ui ШЗ U12 ищ

   и

   ms U12. U1ifU13 U12 I7f U13Ui2 U14l713 U12 Ul

   аи

   a)t

   Q:R

   Ж

   no

   fpuz--1Ua

   ix

   to

   t

   Ш

   - Кгз

   о

   j

   :з

   I т5 и 12. т V13 vn т шз ип ui3 ип ищ

   т -IH vi3ui ттз Ш2т тзип-ипт ипт

   180°эл

   iRmi Я .

   WJ vn ип тз ип vjf шз ип uw vn ur

   °