SU776582A3

SU776582A3 - Система электропитани нагрузки переменного тока

Info

Publication number: SU776582A3
Application number: SU742065898A
Authority: SU
Inventors: Вильям Келли Фред (Младший); Роберт Юджин Лезан Джордж
Original assignee: Дженерал Электрик Компани (Фирма)
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1980-10-30
Also published as: FR2247764A1; GB1481736A; CA1035010A; DE2439990A1; FR2247764B1; JPS5077854A; US3936727A

Description

1

Изобретение относитс к управлению реактивной мощностью в энергосистемах.

Известно, что системы электроэнергии , которые питают сильно реактивные 5 нагрузки, отличаютс плохой стабильностью напр жени , т.е. значительным .изменением величины напр жени при изменении тока нагрузки. В индуктивной цепи при увеличении тока нагруз- Ю .ки уменьшаютс как величина напр жени , так и. коэффициент мощности. Чтобы улучшить регулировку напр жени , силовые трансформаторы обычно снабжаютс ответвленными преобразовател - j ми дл нейтрализации тенденции изменени величины напр жени при изменении тока нагрузки. Большинство нагрузок систем носит индуктивный характер и дл нейтрализации индуктивной сое- 20 тавл ющей тока нагрузки системы дл особых нагрузок последовательно или параллельно проводам линии энергопе- i редачи подсоедин ютс компенсирующие емкости. Там, где с достаточной сте- 25 пенью точности можно предугадать нагрузку , можно использовать конденсаторы посто нной емкости.

При некоторых переменных и неупор доченных больших нагрузках, таких

как дуговые печи, регулируема шунтируквда емкость обеспечиваетс с по.мощью подключени непосредственно к клеммам нагрузки, параллельно последней , синхронно вращающихс или статических конденсаторов. При изменении тока нагрузки должна измен тьс величина емкости; при посто нной емкости увеличивающеес напр жение на клеммах нагрузки выше приложенного напр жени системы не должно оказывать вли ни на нагрузку. Однако дл предотвращени мерцани лампы в линии в результате больших изменений индуцируемого на нагрузке напр жени врем успокоени вращающегос приспособлени выбираетс весьма большим. Аналогично дл исключени мерцани средства механической коммутации, используемые дл управлени шунтирующими статическими конденсаторами, реагируют не очень быстро. Изготавливаютс переключатели энергии, способные; реагировать в пределах не менее полупериода частоты электроэнергии, однако их использование непосредственно в цеп х с компенсирующими шунтирунвдими конденсаторами неудовлетворительно; опережающий емкостный ток переносит остаточный эар д в конденсаторах и вследствие этого по вл ютс причин ю щие затруднени переходные процессы напр жени или частотные гармоники. Предложены некоторые меры Дл изменени действи суммарного реактивного тока посто нных шунтирующих ком пенсирующих конденсаторов с помощью подключени параллельно конДёнеатора катушек индуктивности и изменени ве личины реактивной составл ющей тока, проход щего через компенсирующие катушки индуктивности. Это можно сделать путем изменени величины шунтирующей индуктивности-в каждой линии , fl или путем изменени величины реактивной составл ющей тока, проход щего: через шунтирующую катушку ин .,укти вности посто нной величины 12 . Швестна также систем а электропитани нагрузки переменного тока, содержаща источник питани ,питающие провода и узел компенсации реактивно тока,состо щий из цепочек,соединенны в звезду и включающих в.себ последо вательно соединенные конденсаторы и катушки индуктивности, выводыкоторы подключены на зажимы нагрузки, из цепочек, образованных из последовательно соединенных управл емых венти лей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник, выводы которо- го подключены также на зажимы нагрузки , блока дл управлени вентил ми , и датчик .режимного параметра З} . Это устройство не обеспечивает дост.а.трчной стабильности напр жени в питающей сети.. . Цель изобретени - повышение точности поддержани напр жени в питающей сети. Цейь достигнута тем , .что в системе электропитани нагрузки переменного тока, содержащей источник Литани питающие провода и узел компенсации реактивного тока, состо щий из цепочек j соединенных в звезду и включающих в себ йЪслЩбва ёлййб с бёдйненные конденсаторы и катушки индуктивности , выводы- которых подключены на зажимы нагрузки, из цепочек образованных из последовательно соединенных управл емых вентилей и катушеК индуктивности , соединенных в треугольник, выводыкоторого подключены также на зажимы.нагрузки, блока дл управлени вентил ми, и датчик режимного параметра ,в качестве датчика режимного па раметра использован датчик угла между током и напр жением со стороны источника питани и система снабжена датчйком рёактивного тока и супматбром, причем один из входов датчика peai :тивмого тока служит дл подключени на ток нагрузки, второй - на напр жение фазы со стороны источника;питани , его выход подключен на один из входов сумматора, второй вход которо еёйгзан с выходе датчика угла, а выход - с входом блока дл управлени вентил ми. Кроме того, система снабжена цепью обратной св зи с выхода сумматора на его дополнительный вход, состо щей из последовательно соединенных регулируемого ограничител и стабилизатора. Между источником питани и питаюйими провЪдами установлен разделительный трансформатор. На фиг. 1 представлена система электроэнергии, включающа узел компенсации реактивной составл ющей тока; на фиг. 2 а,б,в приведены электрические з арактеристики, иллюстрирующие работу узла компенсации реактивной составл ющей тока, показанного на фиг. 1; на фиг. 3 представлена упрощенна трехфазна сеть эквивалентной цепи линии.передачи на фиг.4 а,б,в даны электрические характеристики, иллюстрирующие работу йатчика угла сдвига тока, показанного на фиг. 1; на фиг. 5 показана цепь обратной св зи с регулируемым ограничителем; на фиг. б изображен график максимального значени реактивного тока нагрузки на выбранном временном интервале, по-. казывающий действие ограничивающей схемы обратной св зи. Система электропитани содержит источник питани - генератор 1, подсоединенный к проводам 2,3 и 4 линии передачи. В. типичной высоковольтной энергосистеме линейное напр жение передачи может быть пор дка 115 или 230 кВ, которое после генератора 1 повышаетс линейным трансформатором. Благодари понижающему трансформатору 5 линии передачи 2,3 и 4 подают энергию через провода б, 7, 8 на мощн5 и беспор дочно мен ющуюс нагрузку, показанную в виде электрической дуговой печи 9. Провода б, 7 и 8, в дальнейшем называемые шиной печи, могут обеспечить , например, напр жение шины, равное 34,5 кВ. Энерги к дуговой печи 9 от шины печи подаетс через выключатель 10 и понижающий трансформатор 11. На практике нагрузка в виде дуговой печи 9 может состо ть из одной или более трехфазных дуговых печей . Вследствие беспор дочной природы электрических дуг в такой печи иногда получаетс сильный разбаланс тока нагрузки. На выбранном участке энергосистемы между ге.нератором 1 и понижающим трансформатором 5 к проводам 2, 3 и. 4 линии передачи может быть подключено множество других промышленных, коммерческих и бытовых цепей нагрузок, например цепи применени , которые подсоединены к лини м 2, 3 и 4 посредством проводов 12, 13 и 14. )Келательно чтобы напр жени на проводах 12,13 и 14 при изменении фазы или амплитуды тока нагрузки дуговой, печи значительно не измен лись по величине, поэтому провода 12, 13 и 14 представл ют собой шину питани критическим напр жением, на которой требуетс устранить быстрое циклическое изменение напр жени , а следовательно и мерцание лампы, происход щее из-за быстры циклических изменений тока и,коэффициента мощности в дуговой печи 9. Напр жение между линией и нейтральны проводом, или напр жение фазы на критической шине обозначаетс Vo , а напр жение фазы на дуговой печи обозначаетс V. Изобретение применимо к любой сис теме передачи или распределени элек роэнергии или к любой особой нагрузке , где желательно компенсировать или нейтрализовать реактивную составл ющую тока и таким образом улучшить коэффициент мощности, но особое применение оно имеет в нагрузке элек рической дуговой печи. Электрическа дугова печь обеспечивает основную нагрузку такой величины и электричес ких характеристик, что она обычно вызывает ощутимое низкочастотное изменение напр жени системы и вследствие этого непри тное мерцание лампы в других нагрузках энергосистемы . Изобретение также примен етс дл компенсации изменени нагрузки драглайнов, приводов прокатных станков и длинных высоковольтных линий передачи. Полное сопротивление электрическо дуговой печи состоит, главным образо из активного и индуктивного сопротив лений и с изменением состо ни плавлени и обогащени в печи импеданс резко и беспор дочно измен етс . В частности, когда в печь помещаетс новый зар д металлического скрапа ду говые разр ды испытывают резкие и ощутимые физические изменени на про т жении по крайней мере нескольких минут, пока зар д печи не примет более или менее однородный характер. Ток образовани дуги определ етс до некоторой степени противодействующим . напр жением, выработанным самой печь Это противодействующее напр жение имеет пр моугольную форму колебаний и находитс в фазе с отстающим или индуктивным током дуги, эффективное полное сопротивление дуги резко изме н етс в зависимости от формы дуги и при этом оно измен ет фазоёое соот ношение относительно подведенного напр жени нагрузки. Таким образом, дл внешней цепи нагрузка дуговой печи выступает как переменное индуктивное и переменное активное сопротивлени , Именно эти характеристики создают быстро повтор ющиес изменени фазы и величины, напр жени нагрузки относительно напр жени энерго системы и, следовательно, низкочастотное мерцание напр жени . Частоту этих изменений напр жени характеризуют параметры печи. Она может составл ть пор дка 3-6периодов в 1 с. Чтобы нейтрализовать реактивный ток, в частности индуктивную составл квдую тока в нагрузке дуговой печи 9, использовс нисточник компенсирующего реактивного тока, содержа1ций группу из трех посто нных конденсаторов 15, 16, 17, подключенных к проводам 6, 7, 8 и соединенных звездой через соответствующие индуктивности 18, 19, 20 настройки. В каждом плечегруппы конденсаторов, соединенных звездой, между линейным и нейтральным проводами подбираетс соответствую- , ща катушка индуктивности, чтобы настроить емкостный дроссель 21 на выбранную гармонику частоты энергосистемы , шунтировать тем самым ток этой частоты и отфильтровывать такие токи из энергосети. Предпочтительно емкостный дроссель 21 включает три отдельных группы, соединенных звездой посто нных конденсаторов, причем кажда группа настроена на отдельную гармонику, в частности на третью, п тую и седьмую гармоники основной частоты . Существуют преобладающие гармоники , вырабатываемые дуговыми печами и регул торами фаз тиристоров. Настраива , таким обрезом, каждый фильтр гармоники, на последовательный резонанс с выбранной частотой дл этой частоты обеспечиваетс цепь с низким общим сопротивлением, так что гармоники , вырабатываемые дуговой печью 9 или дросселем 22 с тиристорным управлением , в энергетическую сеть че-рёз понйжанлдий трансформатор 5 не проход т. Если требуетс дополнительна шунтирующа емкость, ойа предпочтительно настраиваетс на гармоники частоты выше седьмой. К шине печи паргшлельно нагрузке подключено индуктивное реактивное сопротивление , содержащее три последовательно соединенные пары посто нных катушек индуктивности 23, 23j, 24,, и 25 , 25, соединенных в схему треугольника, причем каждое плечо треугольника содержит одну пару катушек индуктивности с последовательно включенным между ними тиристорным ключом. В частности между катушками 23, 23. включен тиристорный ключ 26, между катушками 24,, 24rj - тиристорный ключ 27, а между катушками 25, 25 - тиристорный ключ 28. Каждый тиристорный ключ содержит пару тиристоров или пару групп тиристоров , соединенных параллельно между собой и навстречу друг другу дл обеспечени проведени противоположных полупериодов переменного тока.В индуктивном реактивном сопротивлении катушки индуктивности соединены треугольником главным образом дл того, чтобы свести к минимуму потреблени тока тиристорами и катушками индуктивности . Когда система сбалансйгэована , треугольное соединение служит также дл того, чтобы закоротить цепь дл токов третьей гармоники и устранить их из линии энергопередачи . Треть гармоника вл етй пЕ еобладающей гармоникой, вырабатываемой благодар действ йю рёгулйрбвани фазы однофазных тиристорных ключей.

В энер -ёТиЧеёкоЙ сёти как ёмкостныйкомпенсирующий дроссель, так и индуктивный компенсирукиций дроссель .22 вкЛ рчаютс параллельно относительно нагрузки дуговой печи 9 и работают совместно в качестве источника емкостной реактивной соста-вл ющёй тока , по существу равной в каждом ли нейном проводе и противйположной индуктивной составл ющей токаНаТрузки дуговой печи, проход щей по этой лиНИИ . Дл обеспечени переменной суммарной величины опережающей реактивной составл ющей тока компенсирующие дроссели управл ютс с помощью управл ющей величины отстающей составл юЙ ей тока, проход щего через посто нные катушки индуктивности дроссел 22, причем посто нные конденсаторы 15, 16 и 17 обеспечивают заданную посто нную величину опережающей составл ющей реактивного тока. Регулировка фазы индуктивной составл ющей компенсирующего тока, таким образом, измен ет кажущуюс реактивность

Цепи ..::- ™ - -: ---- v - -: -- - -

Посто нна величина емкостной комПёнсации .мржёт .бщь обеспечена пОсле доватёльно включенными в линию кондёнсаторами или комбинацией последовате 1ьно и параллельно включенных кондёнсатороё. Действие реактивной составл ющей тЬка посто нного конденсатора , включенного последовательно в линию, можетизменитьс подключением через регулирующую фазу тиристора посто нной катушки индуктй§йО е: й параллельно конденсатору.

Когда тиристорные ключи 26, 27, .28 не п ровод т, в цепи нагрузки работа ..ет только емкостный кОмпенсирую1ЦИЙ дросрель. Когда тиристорные клю11ЙйЭЖЙ .з,й%йютс полностью провод ыи1ий7 .индуктивный дроссель 22 становитс полностью эффективным и снабжает задавшей величиной отстающей составл ющей реактивного тока большей, равной или меньшей, чем величййа опережающей составл ющей реактивного тока, котора обеспечиваетс емкостным дросселем 21. Предпочтительно суммарда величина опережающей составл ю1Цёй реактивного тока, обеспеченна емкостным и индуктивным (22) компен 1;Й 1 имидросс .ёл мй вмёсте, в каж дом линейном проводе поддерживаетс nfJPiftepHo равной отстающей или индуктивной составл ющей тбка наРр 1 Ж пё чи ё этой линии при изме.йенйи состо -- ттй агрУзки. .: - ; :

SSiSSS:

Когда индуктивна составл юща тока в нагрузке оказываетс сбалансированной с помощью равной емкостной составл ющей тока, полученной от сочетани компенсирующих дросселей 21 и 22, на проводах 6, 7, 8 по витс только мощность или активна составл юща тока нагрузки. Если, кроме этого, дроссел ми 21 и 22 компенсируетс индуктивна составл юща линейного тока, требуема понижающим тран-сформатором 5, полна нагрузка за пределами шины критического напр жени становитс активной,

Если необходимо обеспечить полную компенсацию отрицательной последователь ности составл ющих тока, возможно, что .отстающа составл юща компенсирующего тока может, заметно превысить опережающую составл ющую компенсирующего тока. Чтобы регулировать величину индуктивной составл ющей тока, проход щего через компенсирующий дроссель 22, использована схема управлени вентил ми тиристорными ключами дроссел 22. Эта схема содержит датчик 29 реактивной составл ющей тока, реагирующий на зеактивную составл ющую тока в самой цепи нагрузки, который предназначен дл определени и. непрерывного подрегулировани угла проводимости тиристорных ключей 26, 27, 28 так, чтобы суммарна реактивна . составл юща тока, вырабатываема компенсирующими дроссел ми 21 и 22, оказалась раГвной по величине 1И противоположной по фазе реактивной составл ющей тока нагрузки. Перва коррекци действует без заметной временной задержки и без обратной св зи, так что нежелательное смещение или сдвиг могли бы ввести рассогласование в настройку устройства компенсации . Поэтому схема управлени вентил ми дроссел 22 дополнительно включает блок, чувствительный к коэффициенту мощности или углу сдвига тока «а шине критического напр жени , которое служит дл обеспечени сигнала управлени углом проводимости вентилей , чтобы коэффициент мощности на критической шине поддерживалс посто нным , п ед:5почтительнр близким к единице. Эта регулировка через линейный ток и чувствительные элементы напр жени обеспечивает отрицательную обратную св зь и вл етс , таким образом , регулирующим устройством управлени , в отличив от компенсирующего устройства управлени , разомкнутого на конце. х

Чтобы обратна св зь не достигала соотношени и результата критической фазц дл образовани сигнала и колебаний , в контур управлени должна вводитьс определенна величина временной задерж1 и или затухани частоты . Из-за такой временной задержки или затухани регул тор угла сдвига

тока работает медленно по сравнению с компенсирующей системой управлени током нагрузки. Компенсирующее устройство управлени током нагрузки и регулирующее устройство управлени углом сдвига тока могут использоватьс или отдельно, или совместно, как показано на фиг, 1. Когда они используютс вместе, компенсируюгдее управление действует быстро, как первичное управление, а запаздывающее управление УГЛОМ сдвига тока работает в качестве корректировки дл предотвращени сдвига или другого рассогласовани .

Схема управлени компенсацией тока нагрузки, показанна на фиг. 1, включает датчик 29 реактивной составл ющей тока, получающий входные сигналы , завис щие от фазы напр жени на критической щине и от тока нагрузки , и работающий показанным на фиг.2 способом, чтобы создать переменный однонаправл ющий, или однопол рный выходной сигнал, управл ющий углом стробированй запускающих сигналов, которые периодически зажигают или включают тиристорные ключи 26, 27, 28 при каждом мгновенном требовании компенсации. Под однонаправленном или однопол рном выходном сигнале подразумеваетс сигнал, имек аий направление или пол рность дл любого заданного состо ни реактивной состав л к цей тока, подлежащего коррекци направление или пол рность сигнала, показывакиоие опережает ли реактивна составл юща тока или отстает относительно напр жени . Таким образом, хот при изменении общего сопротивлени энергетической сети пол рность сигнала врем от времени может ме11Ятс , дл любого одного состо ни общего сопротивлени энергосети он вл етс однонаправленным или однопол рным .

Под углом стробированй имеем ввиду угол сдвига фаз относительно внешнего переменного сигнала напр жени , при котором каждый тиристор становитс провод щим. Этот угол сдвига фаз, измеренный от начала пр мого напр жени , приложенного извне к тиристору , в последукщем называетс углом стробированй . Интервал, в течение которого тиристор потом после каждог включени проводит, ниже называетс углом проводимости. Когда угол проводимости дл каждого тиристора равен 1800, ключ рассматриваетс полностью включенным или замкнутым когда угол проводимости равен О, ключ рассматриваетс полностью выключенным или разомкнутым. При промежуточных положени х углов и соответственно промежуточных углах стробированй ключ в течение полупериода частично включен и частично выключен и управл ет велич:иной тока, проходшцего через

него, благодар отношению времени включенного состо ни к времени выключенного состо ни .

Сигнал напр жени фазы. Поданной на датчик 29 реактивной составл ющей тока, ответвл етс от проводов 6, 7,; 8 через трансформаторы 30 напр жени j подключенные к проводам 6, 7, 8 в точках 31, 32 и 33 соответственно. Путем преобразовани сигнала напр жени V нагрузки на выходе трансфбрмаО торов 30 с помощью сигнала линейного тока, ответвленного через трансформаторы тока 34, 35 и 36, в проекторе 37 напр жени критической шины по вл етс сигнал напр жени фазы V, по фазе

5 и величине соответствующий значению напр жени между линией и цейтргшьным проводсм или напр жеиню фазы на критической шине. Это отраженное апр жение фазы Vg,, таким образом, прини0 мают во внимание дл необходимой поправки реактивного действи трансформатора 5. Отраженное напр жение фазы Y , подаетс на датчик 9 реактивной составл ющей тока и взаикюдействует с сигналом тока нагрузки показанным

5 на фиг. 2 способом, с целью образовани выходного сигнала в течение каждого полупериода отраженного напр жени фазы, представл ющего величину реактивной составл ющей тока в цепи

D нагрузки печи 9. Таких отраженных сигналов напр жени vV ответвл етс три, по одному дл каждой линии трехфазной энергосети.

На фиг. 2а сагюшной линией пока5 зан отраженный сигиал иапр жени V дл одной фазы, подведенной.к датчику 29 реактивной составл$ ющей тока. Пунктирной линией изображен также сигнал тока нагрузки 3i. в соответствую0 щем проводе нагрузки, подведенный к датчику 29 от одного иэ группы трансформаторов тока нагрузки 38, 39, 40 через источник 41 сигнаша тока нагрузки .

Дл иллюстрации работы датчика

5 реактивной сбставл ищей тока сигнгш тока Ли представленный на фиг. 2а, изображаетс иэмен й цимс по фазе относительно сигйгша напр жени от опережак цего соотнс нени в нача0 ле, до отстающего соотношени в конце . Датчик 29 реактивной составл ющей тока включает схему дл мгновенной выборки величикы и направлени сигнала тока 3i. в ка щой точке пересечени

5 нул сигналом напр жени фазы V,, . Эти выборки сигиала тока показаны на фиг. 26. Датчик 29. реактивной составл ющей тока включает также средство запоминани сигнала дл создани непpeiMJBHoro однонаправленного выходного

0 сигнала (фиг. 2, в) имеющего величину и направление, пропорциональные величине и направлению последней предыдущей мгновениой выборки, показанной на фиг. 26. Таким образом, выходной сигнал чувствительного элемента реа тивной составл ющей тока вл емс мгновенным однонаправленны;м сигналом дл каждой фазы, ветачина которого представл ет величину реактивной сос тавл кщей тока нагрузки в этой фазе в любой момент, а пол рность показы вает знак опережени или отставани этого тока нагрузки. Мгновенна выборка величины тока нагрузки в момент нулевого положени напр жени фазы вл етс непосредственной мерой величины реактивной составл ющей это го тока по отношению к напр жению выборки. Каждый из выходных сигналов с дат чика 29 реактивной составл ющей тока периодически возвращает в нуль каждые полпериода проход щее в критической шине напр жение фазы; по пол ности и величине эти сигналы представл ют соответственно фазовые соот ношени и величину реактивной состав л ющей тока, который в любой момент должен быть подан компенсирующими дроссел ми 21 и 22 дл приведени cSMMapHoro линейного тока 3.щК одной фазе с напр жением критической шины Vj,, которую оно имело раньше. Регулирование опережающих составл ющих реактивного тока проход щего че рез компенсирующий, дроссель 21, до требуемого .значени выполн етс упра лением средней величины отстающих составл ющих реактивного тока IXL. / проход щего через крмпенсирук ций дроссель 22. Токи о предел ютс стробирующими углами тиристорных ключей 26, 27, 28. Углы стробировани тиристоров, заданные чувствитель ным элементом 29, так регулируютс и усуанавливаютс на мгновенных основа ни х, что обший реактивный ток (Зуц+З Обеспеченный компенсирующими дроссел ми 21 и 22, оказываетс равным по величине и противоположным по направ лению -реактивной составл ющей тока нагрузки 3ц в дугЪвой печи 9. Чтобы управл ть углами стробирова ни тиристорных ключей, с датчика тока на блок 42 дл управлени углами проводимости вентилей, включающее от дельные схемы управлени углами проводимости дл каждого тиристорного ключа, подаютс три сигнала реактивных составл ющих токов. Если, как показано на фиг. 1, уп Сг&Влёнйё рёйктивной составл ющейтоК сполъзуетс совместно с управлением углом сдвига тока или коэффициента мощности, выходной сигнал датчика 29 реактивной составл ющей тока подаетс на блок 42 управлени углаMlf проводимости через сумматор 43. ЕсЛй используетс только один или второй сигнал управлени , то суммаУ тора не требуетс . Когда углы стробировани тиристор ных ключей 26, 27, 28 устанавливаютс в соответствие с выходными сигналами датчика 29 реактивной составл ющей тока, сумма компенсирующих реактивных составл ющих тока и , поданна с компенсирующих дросселей 21 и 22, будет равной по величине и противоположной по направлению реактивным составл ющим тока, требуемым дл питани нагрузки дуговой печи 9 и понижаюи го трансформатора 5, так что общий линейный ток Л, остаетс в фазе с линейным напр жением на критической шине. Хот на фиг. 2 ток дл иллюстрации показан как опережающий сигнал напр жени vi в той же точке это необычное состо ние. Реактивные составл ющие тока, требуемые как нагрузкой , так и трансформатором 5, фактически вл ютс индуктивными, так как обща реактивна составл юща компенсирующего тока, подаваемого с компенсирующих дросселей 21 и 22, обычно вл етс емкостной. Именно по этой причине посто нное реактивное емкостное сопротивление конденсаторов 15, 16, 17 обычно больше, чем индуктивное реактивное сопротивление катушек 23i , 232, 24,, 24,j, 25, 253. Таким образом, когда тиристорные ключи 26, 27, 28 оказываютс полностью провод щими (кажущеес реактивное индуктивное сопротивление минимальное ), так что компенсирующа индукУ тивна составл юща тока в дросселе максимальна, то такой ток обычно по крайней мере незначительно меньше емкостной составл ющей компенсирующего тока в дросселе 21. Возможен случай, когда реактивна составл юща тока нагрузки по крайней мере в одной линии может оказатьс опережающей, как например, в услови х отсутстви дуги в одной фазе дуговой печи. Дл полной компенсации в этом случае дроссель 22 должен оказатьс в состо нии снабдить отстающими составл ющими тока большей величины, чем заданные опережающие составл ющие тока в дросселе.21. . , Хот на фиг. 2 показаны сигнал напр жени фазы и ток нагрузки только в одной линии, трехфазна сеть, изображенна на фиг. 1 и 3, включает три таких, взаимосв зи и предполагаетс , .;что вырабатываетс три таких, каК показано на фиг.2в сигнеша реактивных составл ющих тока нагрузки. Эти три сигнала в сбалансированной сети будут равными, но в случае разбалансированной нагрузки в любой момент будут различными, поэтому в случае разбаланса в любом полупериоде результирующие углы стробировани в различных ключах 26, 27, 28 не одинаковы. Благодар описанному управлению эти стробировани каждые полпериода устанавливаютс в соответствие с имеющимис услови ми тока нагрузки. Общее компенсиругацее реактивное сопротивление между кавдоП парой ли нейных проводов {благодар комбинированному действию дросселей 21 и 2 необходимое дл осуществлени требу мой компенсации реактивной составл щей тока нагрузки в каждой линии тре фазной энергосети можно выразить сл гаемыми реактивных составл ющих тёк нахрузки следующим образом: 011-21 ,Ъ 41-2,1 -.LX- JILX- UX ЪЕ . где Хс - общее компенсирующее емкост ное реактивное сопротивление между указанными парами линейных проводов aLX ъик отстающие реактив ные составл ющие тока нагрузки в соо ветствующих проводах цепи нагрузки. Если решение этих уравнений в .любом случае дает отрицательное У , это говорит о том, что общее компенсирую щее реактивное сопротивление должно быть скорее индуктивным, чем емкостным . Из приведенных выше зависимостей сно, что управление фазой тока с помои}ью каждого ключа 26, 27, 28 дл определени кажущегос индуктивного -реактивного сопротивлени в соответствующей ветви дроссел 22 должно зависеть от суммировани всех реактивных составл ющих тока нагрузки, производимого тем способом, который определен уравнени ми. Общее компенсирующее реактивное сопротивление между каждой парой линейных п 6водов можно выразить чере активные и реактивные составл ющие тока нагрузки следующим образом. Щ . 1lX |SVx lV/ Ъ.-, , L. Vl2-,l A-i-. т ..in .-, .- , bVb bL«. W 9riux OiLX J c|2,-C-2b.i -. u±i-5 bJl ii.e. 2L.4 tV где -3, , JjLii. и 3j,, - активные или совпадающие по фазе составл ющие тока нагрузки в соответствующих прово дах цепи нагрузки, а другие символы имеют те же самые значени , которые f4j,nH установлены дл уравнений рань Датчик 29 хот и конструируетс так, чтобы привести результирующую составл ющую общего линейного тока 3т к нулю, не оказывает 3aMeTHoto вли ни на реактивную составл ющую тока нагрузки, на которую реагирует датчик 29 реактивной составл ющей , . . тока, поэтому- Г -эНёргосйстёйе нёт обратной св зи, с помощью которой можно было бы показать, производитс ли соответствующа регулировка в .датчике 29. Таким образом, если на выходной сигнал чувствительного элемента реактивной составл ющей тока налагаетс любой отдаленный член сдвига или смещени или если в цепь управлени между выходом чувствительного элемента тока и тирис.торными вентил ми вводитс рассогласование любого предела или усилени , диапазон компенсации реактивной составл ющей тока может быть смещен, а рассогласование введено в пор дке компенсации . При управлении без цепи обратной св зи такие рассогласовани контур компенсации не обнаружит, поэтому совместно с датчиком реактивной составл ющей тока использован датчик угла сдвига тока или регул тор угла сдвига фаз. Датчик 44 угла сдвига тока обеспечиваетс сигналом линейного тока с трансформаторов тока 34, 35, 36 и отраженными сигналами напр жени , ответвленными от общего линейного тока Лгп и напр жени ми фазы нагрузки V , которые по фазе и величине представл ют напр жени фазы системы Vg на критической шине. Отраженные сигналы напр жени фазы системы , ответвленные от напр жений шинах 6, 7 8 вл ютс главными в о 1ными компонентами дл ранее Спиранных датчиков угла сдвига тока и датчика реактивной составл ющей тока. На фиг. 3 представлена упрощенна схема части сети аппаратуры, показанной на фиг. 1. В энергосети на фиг. 3 полное сопротивление линии передачи представл етс в виде последовательно включенного в каждую фазу полного сопротивлени ц , а полное сопротивление понижак цего трансформатора 5 в виде последовательно включенного в каждую фазу полного сопротивлени 2тНапр жени системы Vg, на проводах 2, 3 и 4 между полными сопротивлени ми и Т-т вл ютс напр жени ми критической шины, которые необходимо поддерживать посто нными с помощью поддержани синфазного состо ни линейных токов 3|т1. На полном сопротивлении 2т со стороны нагрузки на проводг1Х 6, 7, 8 по вл етс напр жение нагрузки VL . Чтобы из напр жений фаз нагрузки VL ответвить отраженные сигналц нэп- ; р жений системы / .которые по величине и по фазе представл ют напр жени

фаз системы Vj,имеетс комплект трансФорматоров 30 напр жени (фиг. 1 и 3),состо щий из двух трансформаторов 45 и 46 напр жени . Первична обмотка трансформатора 45 соединена треугольником и питаетс натгр жением нагрузки между линидми, а вторична обмотка 5 соединена звездой. На каждой вторичной обмотке фазы трансформатора 45 по вл етс синфазна пропорциональна копи напр жени нагрузки между лини ми,10

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

46также соединены треугольником. Напр жение tta каждой фазовой обмотке траьнсформатора 46 напр жени в етс синфазной копией напр жени между линией и нейтральным проводом или . 20 напр жени фазы V, на шинах 6, 7, 8

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

На выходе полного сопротивлени

47по вл етс напр жение одной вторичной Обмотки трансформатора 46 и соответствующее полное сопротивле- ., ние фазы z, на клемме которого прикладываетс также сигнал -отраженного напрйжени фазы V . Сигнал V дл каждой фазы точно сфазирован с соотfётствук аим йапр жением фазГы критической шины. Именно эти отраженные „,.,, (и пропорциональные им) напр жени 50 критической шины прикладываютс к датчику 44 угла сдвига тока и датчику реактивной составл ющей тока.

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

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

Переменный одионаправленный выходной 6игн;а тока подаетс на сумматор 43 через стабилизатор 49, устанавливакиций посто нную времени в контуре управлени .

В сумматоре 43 этот одно.направленный сигнал угла сдвига, тока складываетс с однонаправлё.нным сигналом реактивной составл ющей тока нагрузки , постуЬаю1йИм с датчика 29 с целью установки такого выходного сигнала, сумматора, который обеспечивает регулировку блока управлени углоМ проводимости тиристора 42, позвол ющего удержать коэффициент мощности на критической шине посто нным, предпочтитёлЕй оравЙым единице. Если требуетс коэффициент мощности, отличак цийс от единицы, на сумматор 43 можно подать положительный или отрицательный сигнал смещени соответствующей амплитуды .

Управление углом сдвига тока обеспечивает отрицательна обратна св зь через провода энергосистемы. В частности , любые выработанные сигналы углов сдвига тока так управл ют углами стробировани - тиристоров и суммарной реактивной сост-ав-ч ющей компенсирующего тока, То фазовое положение линейного тока устанавливаетс равным или близким к требуемому, значению посредством чего уничтожаетс сигнал угла сдвига тока. Именно из-за данной обратной св зи необходима схема 50 стабилизации. В основном из-за того , что цепи управлени обладают характеристикой посто нной времени, сообщение любого изменени сигнала управлени передаетс через цепи управлени на тиристоры, а с них обратно по энергосети с учетом временной характеристики. Скорость изменени , установленна такой временной характеристикой , соответствует частоте. Если бы собственна посто нна времени контура управлени и контура обратной св зи былатакой, чтобы собственна задержка в слагаемых этой частоты была равна 180° относительно частоты временной характеристики, обратна св зь, отрицательна по,замыслу , стала бы положительной и вызвала бы усиление и колебание.

Чтобы предотвратить этот эффект, схема 50 стабилизации дополнительно вносит в контур управлени постб ннуй времени, достаточную дл подавлени колебани . С другой стороны из-за этой .задержки в передаче сигналачерез контур управлени углом сдвига тока это управление осуществл етс не так быстро, как хотелось бы. Если .бы использовалось единое срабатывание компенсируквдего дроссел 22, задержка была бы значительной. Однако когда регулирование угла сдвига тока используетс совместно с компенсатором тока нагрузки, сигнал угла сдвига тока обычно очень маленький и деиствует только как поправка при какойлибо неточности устройства, управлени током нагрузки без обратной св зи.

В некоторых случа х мгновенный . выброс максимального значени реактивного компенсирующего тока может превышать максимально возможный или номинально допустимый верхний предел компенсирующих дросселей, хот амплитуда изменений максимального значени находитс в пределах возможности дроссел . Поэтому при желании система может быть снабжена средством дл ограничени максимума до некоторого заданного среднего значени величины реактивной составл ющей тока или реактивных вольт-амперных составл едйх, подаваемых с компенсирующих дросселей 21 и 22. Поскольку емкостный компенсирующий дроссель 21 обеспечивает посто нную величину опережающей реактивной составл ющей тока, этот управл ющий сигнал прикладываетс к индуктивному компенсирующему дросселю 22. Ддл

этой цели обеспечивают схему 51 обраТ1Нбй св зй регулируемым ограничением , котора получает выходной сигнал сумматора 43 и подает через стабилизатор 49 ограничивающий отрицательный сигнал обратной св зи на вход cyMMaiTopa 43. Посто нна времени стабилизатора брльще длительности цикла xapaктepиcтиkи шестипериодной дуговой печи.

Действие ограничивающей цепи об0 ратной св зи иллюстрируетс на фиг.б. На горизонтальной шкале времени фиг.6 показана типичн а колебательна характеристика ма ксимального значени реатстивногОTOiffaЙУгЬЪ 6й печи на про5 т жении иллюстрируемого промежутка времени, которь1й после нового зар да печи сглаживаетс и. уменьшаетс До со.сто ни относительно стационарного режима. Благодар физическим харак0 теристикам печи и дуги эта крива колебани максимального значени имеет частоту пор дка 6 периодов в 1 с.

Ордината графика представл ет мак-, симальное значение реактивного тока пёчи в процентах, где 100% соответ5 ствует максимуму максимального значени . Если желательно ограничить максимум компенсирующего реактив.ного тока до уровн , меньшего максимума значени ,. достигаётс несколько меньша

0 35 40 требуемой полна компенсаци при услови х ограничени , так что коэффициент мощности на критической шине будет поддерживатьс постО}Тнным в течение работы ограничител , wo на некоторую заданную величину меньше единицы . Это может быть желательно дл ограничени размеров и мощности компенсирующих дросселей 21 и 22 и не вызывает возражени в разумных пределах . Относительно небольша потер коэффициента мощности на критической шине дает возможность незначительно, но довольно хорошо регулировать напр жение . Кроме того, если уменьшенный коэффициент мощности поддерживаетс

5 посто нным в течение большого периода времени по сравме нию с временем периода кривой А максимального значени , изображенного на фиг. 6, мерцание напр жени еще больше уменьшитс .

0 55

На фиг. 5 показана ограничиваюсча цепь обратной св зи, приспособленна дл выполнени опйсанной выше цели. Суммарный сигнал рассогласовани с выходасумматора 43 подаетс на пару выходных клемм 52 с отмеченной пол рностью , а выходное полное сопротивление 53 между выходными клеммами 54

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

0 65

Claims

Батаре 55 включаетс навстречу сигналу рассогласовани на клеммах 52, так что через блокировочный диод или схему ограничени ток не потечет до тех пор, пока сигнгш рассогласовани не превысит эащанную величину .нескол ко выше, чем обратное смещение :напр жени батареи 55. Когда сигнал рассогласовани превысит такое обратное смещение напр жени , через диод 56 и выходное полное сопротивление 53 потечек ток.- Пока диод 56 проводит, ба таре 55 подает посто нное обратное смё1аёние или задержку к входному сиг налу рассогласовани и снижает выход ной сигнал рассогласовани на-клеммах 54 на величину этого смещени . Больша посто нна времени конден сатора 57, включенного параллельно выходным клеммам 54, поддерживает выходной сигнал рассогласовани на клеммах 54 в течение нескольких циклов изменени максимальной нагрузки печи, так что мгновенные уменьшени выходного сигнала рассогласовани ниже напр женй смещени не будут перио дически прерывать обратную св зь. Кон денсатор 57 совместнос сопротивлением 53 работают как стабилизатор 49 (фиг. 1) и обеспечивают большую посто нную времени сигнала обратной св зи , т.е. пор дка нескольких периодов колебаний частоты изменени максималь ной нагрузки печи. . Кривой Б (фиг. 6) показан упом нутый выше сигнал смещени или задержки . Эта крива представл ет ограничивающий сигнал обратной св зи и, следовательно, последующую величину задержки рёактивйого компейсирующего тока относительно максимальной величины реактивного тока нагрузки, поэтому результирующий ограниченный сигнал рассогласовани , поданный на бло 42 управлени углом проводимости, в л етс сигналом, равным сумме кривых А и В, изображенных на фиг. 6. Формула изобретени 1. Система электропитани нагрузки переменного тока, содержаща источник питани , питающие провода и узел компенсации реактивного тока, состо)пций из цепочек, соединенных в звезду и включающих в себ последовательно соединенные конденсаторы и катушки индуктивности, выводы которых подключены на зажимы нагрузки, из цепочек, образованных из последовательно соединенных управл емых вентилей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник, выводы которого подключены также на зажимы нагрузки ,, блока дл управлени вентил ми, и датчик режимного параметра, отличающа с тем, что, с целью повышени точности поддержани напр жени в питающей сети, в качестве датчи а режимного параметра использован датчик угла между током и напр жением со стороны источника питани и система, снабжена датчиком реактивного тока и сумматором, причем один из входов датчика реактивного тока служит дл подключени на то-к нагрузки, второй - на напр жение фазы со сторЪны источника питани , его выход подключен на один из входов сумматора , второй вход которого св зан с выходом датчика угла, а выход - с входом блока дл управлени вентил ми . . 2.Система по п. 1, отличающа с тем, что она снабжена цепью обратной св зи с выхода сумматора на его дополнительный вход, состо щей из последовательно соединенных рвЕгулируемого ограничител и стабилизатора . 3.Система по п. 1, отличающа с тем, что между источником питани и питающими проводами установлен разделительный трансформатор. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3551799,кл.323-8, 1970.
2.Электротехника СССР. Т 1, 1969, с. 46-62, Пергамон Пресс, 1969.
3.Авторское свидетельство СССР 251662, кл. Н 02 J 3/18, 1962.

г I 5

Ч /

I г. . 1

zz X

Zr

M

СЯУ

x

V