Система электропитания нагрузки переменного тока

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК б 21. 316.1 б 1 316728 (088 8) Опубликовано 301080. Бюллетень Мо 40 Дата опубликования описания 30,10,80(72) Авторы изобретения ИностранцыФред Вильям Келли-младший, Джордж Роберт Юджин Лезан (США) Иностранная фирмаДженерал Электрик Компани (США)(71) Заявитель как дуговые печи, регулируемая шунтирующая емкость обеспечивается с по.- мощью подключения непосредственно к клеммам нагрузки, параллельно последней, синхронно вращающихся или статических конденсаторов, При изменении тока нагрузки должна изменяться величина емкости, при постоянной емкости увеличивающееся напряжение на клеммах нагрузки выше приложенного напряжения системы не должно оказывать влияния на нагрузку. Однако для предотвращения мерцания лампы в линии в результате больших изменений индуцируемогона нагрузке напряжения время успокоения вращающегося приспособления выбирается весьма большим. Аналогично для исключения мерцания средства механической коммутации, используемые для управления шунтирующими статическими конденсаторами, реагируют не очень быстро. Изготавливаются переключатели энергии, способные реагировать в пределах не менее полупериода частоты электроэнергии, однако их использование непосредственно в цепях с компенсирующими шунтирующими конденсаторами неудовлетворительно опережающий емкостный ток переносит Изобретение относится к управлению реактивной мощностью в энергосистемах,Известно, что системы электроэнергии, которые питают сильно реактивные 5 нагрузки, отличаются плохой стабильностью напряжения, т,е. значительным изменением величины напряжения при изменении тока нагрузки . В индуктивной цепи при увеличении тока нагрузки уменьшаются как величина напряжения., так и. коэффициент мощности. Чтобы улучшить регулировку напряжения, силовые трансформаторы обычно снаб.жаются ответвленными преобразователями для нейтрализации тенденции изменения величины напряжения при изменении тока нагрузки, Большинство нагрузок систем носит индуктивный характер и для нейтрализации индуктивной составляющей тока нагрузки системы для особых нагрузок последовательно или параллельно проводам линии энергопередачи подсоединяются компенсирующие емкости. Там, где с достаточной сте пенью точности можно предугадать нагрузку, можно использовать конденсаторы постоянной емкости.При некоторых переменных и неупорядоченных больших нагрузках, таких(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ НАГРУЗКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАне превысит заданную величину .несколько выше, чем обратное смещение .напряжения батареи 55. Когда сигнал рассогласования превысит такое обратноесмещение напряжения, через диод 56 ивыходное полное сопротивление 53 потечек ток. Пока диод 56 проводит, батарея 55 подает постоянное обратноесмещение или задержку к входному сигналу рассогласования и снижает выходной сигнал рассогласования на. клеммах 54 на величину этого смещения. 1 ОБольшая постоянная времени конденсатора 57,включенного параллельновыходным клеммам 54, поддерживаетвыходной сигнал рассогласования наклеммах 54 в течение нескольких циклов изменения максимальной нагрузкипечи, так что мгновенные уменьшениявыходного сигнала рассогласования ни же"нййряжения смещения не будут периодически прерывать обратную связь. КонОденсатор 57 совместно с сопротивлением 53 работают как стабилизатор 49(фиг. 1) и обеспечивают большую постоянную времени сигнала обратной связи, т,е. порядка нескольких.перйодовколебаний частоты изменения максимальной нагрузки печи.Кривой Б (фиг. 6) показан упомянутый выше сигнал смещения или задержки. Эта кривая представляет ограничивающий сигнал обратной связи и, 30следовательно, последующую величйнузадержки реактивного компейсирующеготока относительно максимальной величины реактивного тока нагрузки, поэтому результирующий ограниченный сигнал рассогласования, поданный на блок42 управления углом проводимости, яв ляется сигналом, равным сумме кривыхА и В, изображенных на фиг. б.40Формула изобретения 1, Система электропитания нагрузки переменного тока, содержащая источник питания, питающие провода и узел компенсации реактивного тока,состоящий из цепочек, соединенных взвезду и включающих в себя последовательно соединенные конденсаторы и,катушки индуктивности, выводы которых подключены на зажимы нагрузки,иэ цепочек, образованных иэ последовательно соединенных управляемых вентилей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник, выводы которого подключены также на зажимы нагрузкиблока для управления вентилями,и датчик режимного параметра, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения точности поддержаниянапряжения в питающей сети, в качестве датчика режимного параметра использован датчик угла между током и напряжением со стороны источника питания и система. снабжена датчиком реактивного тока и сумматором, причемодин из входов датчика реактивноготока служит для подключения на токнагрузки, второй - на напряжение фазы со стороны источника питания, еговыход подключен на один из входов сумматора, второй вход которого связанс выходом датчыка угла, а выход - свходом блока для управления вентилями,2, Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она снабжена цепью обратной связи с выхода сумматора на его дополнительный вход, состоящей из последовательно соединенныхр 3 вгулируемого ограничителя и стабилизатора.3. Система по п, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что между источникомпитания и питающими проводами установлен разделительный трансформатор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3551799,кл,323- 8,1970.2. Электротехника СССР. Т 1, 1969,с. 46-62, Пергамон Пресс, 1969.3. Авторское свидетельство СССРР 251662, кл. Н 02 Л 3/18, 1962.776582 Составитель К. Фотинаактор Т. Рыбалова Техред И.Асталош Корректор М аказ 7 илиал ППП Патент , г, Ужгород, ул. Проектна 1 71 Тираж 783 ВНИИПИ Государственного к по деламизобретений и 35, Москва, Ж, Раушскаостаточный заряд в конденсаторах и вследствие этого появляются прйчиняющие затруднения переходные процессы напряжения или частотные гармоники .Предложены некоторые меры для изменения действия суммарного реактивного тока постоянных шунтирующих ком-. пенсирующих конденсаторовс помощью подключения параллельно конденсаторам 5 катушек индуктивности и изменения величины реактивной составляющей тока, проходящего через компенсирующие катушки индуктивности. Это можно сде- лать путем изменения величины шунтирующей индуктивности в каждой линии 1 или путем изменения величины реактивной составляющей тока, прохо дящего через шунтирующую катушку индуктивности постоянной величины 21 .Йзвестна также система электропитания нагрузки переменного тока, содержащая источник питания, питающие провода и узел компенсации реактивного тока, состоящий из цепочек, соединенных В звезду и включающих в.себя последовательно соединенные конденсаторы и катушки индуктиВнОсти ВыВОды кОтОрых подключены на зажимы нагрузки, из цепочек, образованных иэ последовательно соединенных управляемых вентилей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник, выводы которо го подключены также на зажимы нагрузки, блока для управления вентилями, и датчик режимного параметра 3,Это устрОйство не обеспечивает достаточной стабильности напряжения в питающей сети. 35 60 тивного тока служит для подключенияна ток нагрузки, второй - на напряжение фазы со стороны источникапита-"ния,его выход подключен на один извходов сумматора, второй входкоторого связан-с выходом датчика угла, а Цель изобретения - повышение точности поддержания напряжения в питающей сети.Цель достигнута тем, что в системе электропитания нагрузки переменного тока, содержащей источник питания,питающие провода и узел компенсацииреактивного тока, состоящий из цепочек, соединенных в звезду и включающих в себя йоследоватеЛьйо"соединенные конденсаторы и катушки индуктивности, выводы которых подключены назажимы нагрузки, из цепочек образованныхиз последовательно соединенныхуправляемых вентилей и катушек индуктивности, соединенных в треугольник,выводыкоторого подключены также назажимы нагрузки, блока для управлениявентилями, и датчик режимного параметра,в качестве датчика режимного па.раметра использован датчик угла между 55током и напряжением со стороны источника питания и система снабжена датчиком реактивного тока и су.щатором,причем один из входов датчика реаквыход - с входом блока для управления вентилями.Кроме того, система снабжена цепьюобратной связи с выхода сумматора наего дополнительный вход, состоящей изпоследовательно соединенных регулируемого ограничителя и стабилизатора.Между источником питания и питающими проводами установлен разделительный трансформатор.На фиг. 1 представлена систеМа электроэнергии, включающая узел компенсации реактивной составляющей тока; на Фиг. 2 а,б,в приведены электрические характеристики, иллюстрирующие работу узла компенсации реактивной составляющей тока, показанного на Фиг. 1; на Фиг. 3 представлена упрощенная трехфазная сеть эквивалентной цепи линии передачи; на Фиг.4 а,б,в даны электрйческие характеристики, иллюстрирующие работу датчика угла сдвига тока, показанного на Фиг. 1; на фиг. 5 показана цепь обратной связи с регулируемым ограничителем; на фиг. 6 изображен график максималЬного значения реактивного тока нагрузки на выбранном временном интервалЕ, по-, казывающий действие ограничивающей схемы обратной связи.Система электропитания содержит источник питания - генератор 1, подсоединенный к проводам 2,3 и 4 линии передачи. В типичной высоковольтной энергосистеме линейное напряжение пер 4 цачи может быть порядка 115 или 230 кВ, которое после генератора 1 повышается линейным трансформатором, Благодаря понижающему трансформатору 5 линии передачи 2,3 и 4 подают энергию через провода б, 7, 8 на мощную и беспорядочно меняющуюся нагрузку, показанную в виде электрической дуговой печи 9, Провода б, 7 и 8, в дальнейшем называемые шиной печи, могут обеспечить, например, напряжение шины, равное 34,5 кВ. Энергия к дуговой печи 9 от шины печи подается через выключатель 10 и понижающий трансформатор 11. На йрактике нагрузка в виде дуговой печи 9 может состоять из одной или более трехфазных дуговых печей. Вследствие беспорядочной природы электрических дуг в такой печи иногда получается сильный разбаланс тока нагрузки.На выбранном участке энергосистемы между генератором 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 применения, которые подсоединены к линиям 2, 3 и 4 посредством проводов 12, 13 и 14, Желательно чтобы напряжения на проводах 12,13 и 14 при изменении фазы или амплитуды тока нагрузки дуговой печи значительно не изменялись по величине, поэтому провода 12, 13 и 14 представляютсобой шину питания критическим напряжением, на которой требуется устранить быстрое циклическое изменениенапряжения, а следовательно и мерцание лампы, происходящее из-за быстрыхциклических изменений тока и коэффициента мощности в дуговой печи 9.Напряжение между линией и нейтральнымпроводом, или напряжение фазы накритической шине обозначается Ч,а напряжение Фазы на дуговой печиобозначается Ч,Изобретение применимо к любой системе передачи или распределенияэлектроэнергии или к любой особой нагрузке, где желательно компенсировать 15или нейтрализовать реактивную составляющую тока и таким образом улучшить коэффициент мощности, но особоеприменение оно имеет в нагрузке электрической дуговой печи. Электрическая 2 Одуговая печь обеспечивает основнуюнагрузку такой величины и электрических характеристик, что она обычновызывает ощутимое низкочастотное изменение напряжения системы и вслед- рствие этого неприятное мерцание лампы в других нагрузках энергосисте-мы, Изобретение также применяетсядля компенсации изменения нагрузкидраглайнов, приводов прокатных станков и длинных высоковольтных линий 30передачи.Полное сопротивление электрическойдуговой печи состоит, главным образом,из активного и индуктивного сопротивлений и с изменением состояния плавления и обогащения в печи импедансрезко и беспорядочно изменяется. Вчастности, когда в печь помещаетсяновый заряд металлического скрапа дуговые разряды испытывают резкие и 40ощутимые физические изменения на протяжении по крайней мере несколькихминут, пока заряд печи не примет более или менее однородный характер.Ток образования дуги определяется донекоторой степени противодействующимнапряжением, выработанным самой печью.Это противодействующее напряжениеимеет прямоугольную Форму колебанийи находится в фазе с отстающим илииндуктивным током дуги. Эффективноеполное сопротивление дуги резко изменяется в зависимости от формы дугии при этом оно изменяет фазовбе соот-ношение относительно подведенногонапряжения нагрузки. Таким образом,для внешней цепи нагрузка дуговойпечи выступает как переменное индуктивное и переменное активное сопротивления, Именно эти характеристикисоздают быстро повторяющиеся измене- Щния Фазы и величины, напряжения нагрузки относительно напряжения энергосистемы и, следовательно, низкочастотное мерцание напряжения. Частотуэтих изменений напряжения характеризувт параметры печи, Она может составлять порядка 3-6 периодов и 1 с,Чтобы нейтрализовать реактивныйток, в частности индуктивную составляющую тока в нагрузке дуговой печи9, использован источник компенсирующего реактивного тока, содержащийгруппу из трех постоянных конденсаторов 15, 16, 17, подключенных к проводам б, 7, 8 и соединенных звездойчерез соответствующйе индуктивности18, 19, 20 настройки, В каждом плечегруппы конденсаторов, соединенныхзвездой, между линейным и нейтральнымпроводами подбирается соответствующая катушка индуктивности, чтобы настроить емкостный дроссель 21 на выбранную гармонику частоты энергосистемы, шунтировать тем самым ток этойчастоты и отфильтровывать такие токииз энергосети. Предпочтительно емкостный дроссель 21 вклвчает три отдельных группы, соединенных звездойпостоянных конденсаторов, причем каждая группа настроена на отдельнуюгармонику, в частности на третью, пятую и седьмую гармоники основной частоты. Существуют преобладавшие гармоники, вырабатываемые дуговыми печамии регуляторами фаз тиристоров. Настраивая, таким образом, каждый Фильтргармоники на последовательный резонанс с выбранной частотой для этойчастоты обеспечивается цепь с низкимобщим сопротивлением, так что гармоники, вырабатываемые дуговой печью9 или дросселем 22 с тиристорным управлением, в энергетическую сеть че-.рез понйжающий трансформатор 5 непроходят. Если требуется дополнительная шунтирующая емкость, она предпочтительно настраивается на гармоникичастоты выше седьмой.К шике печи параллельно нагрузкеподключено индуктивное реактивное сопротивление, содержащее три последовательно соединенные пары постоянныхкатушек индуктивности 23, 232, 241,24 и 25 251, соединенных в схемутреугольника, причем каждое плечотреугольника содержит одну пару катушек индуктивности с последовательновключенным между ними тиристорнымключом, В частности между катушками231, 23 включентиристорный ключ 26,между катушками 24 24 - тиристорный ключ 27, а между катушками 25,25 - тиристорный ключ 28,Каждый тиристорный ключ содержитпару тиристоров или пару групп тиристоров, соединенных параллельно междусобой и навстречу друг другу для обеспечения проведения противоположныхполупериодов переменного тока, В индуктивном реактивном сопротивлениикатушки индуктивности соединены треугольником главным образом для того,чтобы свести к минимуму потреблениятока тиристорами и катушками нндуктивности. Когда система сбалансирована, треугольное соединЕние служиттакже для того, чтобы закоротитьцепь для токов третьей гармоники иустранить их из линии энергопередачи. Третья гармоника является"преобладающей гармоникой, вырабатываемойблагодаря действйю "регулирбвания фа"зы однофазных тиристорных ключей.В энергетической сети как емкостнйй компенсирующий дроссель, так ииндуктивный компенсирующий дроссель22 включаются параллельно относительнб нагрузки дуговой печи 9 и работают совместно в качестве источникаемкостной реактивной составляющей тока, по существу равной в каждом линейном проводе и противоположной ин-дуктивной составляющей тока"нарузкидуговой печи, проходящей по этой ли-нии. Для обеспечения переменной суммарной величины опережающей реактивной составляющей тока компенсирующиедроссели управляются с помощью управляющей величины отстающей составляющей тока, проходящего через постоянные катушки индуктивности дросселя22, причем постоянные конденсаторы15, 16. и 17 обеспечивают заданнуюпостоянную величину опережающей составляющей реактивного тока. Регулировка фазы индуктивной составляющейкомпенсирующего тока, таким образом,изменяет кажущуюся реактивностьцепи. -" - " -Постоянная величина емкостной комПенсации может быть обеспеченапосле" довательно включенными в линию конденсаторами или комбинацией последовательно и параллельно включенных"конденсаторов. действие реактивнойсоставляющей тока постоянного конденсатора, включенного последовательнов линию, можетизмениться подключением через регулирующую фазу тиристора постоянной катушки индуктйвйостипараллельно конденсатору.Когда тиристорные ключи 26, 27,28 не проводят, в цепи нагрузки работает только емкостный компенсирующий дроссель. Когда тиристорные клю" "чйоказываются полностью проводящимй, индуктивный дроссель 22 становится полностью эффективным и снабжаетзаданной величиной отстающей составляющей реактивного тока большей, равной или меньшей, чем величийа опережающей составляющей реактивного тока,которая обеспечивается емкостнымдросселем 21. Предпочтительно суммарная величина опережающей составляющей реактивного тока, обеспеченнаяа.емкостным и индуктивным (22) компенсйр 7 ЙИйми дросСелямй вместе, в каждом линейном проводе поддерживаетсяйрймерйо равной отстающей или индуктивной составляющей тбка нагрузкй"пе чив этой линии при изменении состояНййфТ"агрузки,9 сДвЫ " Когда индуктивная составляющая тока в нагрузке оказывается сбалансированной с помощью равной емкостнойсоставляющей тока, полученной от сочетания компенсирующих дросселей 21и 22, на проводах 6, 7, 8 появитсятолько мощность или активная составляющая тока нагрузки. Если, кромеэтого, дросселями 21 и 22 компенсируется индуктивная составляющая линейного тока, требуемая понижающимтрансформатором 5, полная нагрузказа пределами шины критического напряжения становится активной.Если необходимо обеспечить полную 15 компенсацию отрицательной последовательности составляющих тока, возможно,что отстающая составляющая к мйенсирующего тока может заметно превыситьопережающую составляющую Компенсирующего тока. Чтобы регулировать величи ну индуктивной составляющей тока,"проходящего через компенсирующий дроссель 22, использована схема управления вентилями тиристорными ключамидросселя 22. Эта схема содержит дат чик 29 реактивной составляющей тока,реагирующий на реактивную составляющую тока в самой цепи нагрузки, который предназначен для определения инепрерывного подрегулирования угла З 0 проводимости тиристорных ключей 26,27, 28 так, чтобы суммарная реактив ная составляющая тока, вырабатываемая компенсирующими дросселями 21 и22, оказалась равной по величине ипротивоположной по фазе реактивнойсоставляющей тока нагрузки. Перваякоррекция действует без заметной временной задержки и без обратной связи,так что нежелательное смещение илисдвиг могли бы ввести рассогласова ние в настройку устройства компенсации. Поэтому схема управления вентилями дросселя 22 дополнительно включает блок, чувствительный к коэффициенту мощности или углу сдвига тока 45 на шине критического напРяжения, которое служит для обеспечения сигналауправления углом проводимости вентилей, чтобы коэффициент мощности накритической шине поддерживался пос тоянным, пеЯпочтительно бизм кединице. Эта регулировка через линейный ток и чувствительные элементынапряжения обеспечивает отрицательнуюобратную связь и является, таким образом, регулирующим устройством управления, в отличие от компенсирующегоустройства управления, разомкнутогона конце.Чтобы обратная связь не достигаласоотношения и результата критической Я фазы для образования сигнала и колебаний, в контур управления должнавводиться определенная величина временной задержки или затухания частоты. Из-эа такой временной задержкиили затухания регулятор угла сдви:атока работает медленно по сравнениюс компенсирующей системой управлениятоком нагрузки, Компенсирующее устройство управления током нагрузки ирегулирующее устройство управленияуглом сдвига тока могут использоваться или отдельно, или совместно, какпоказано на фиг. 1. Когда онн используются вместе, компенсирующее управление действует быстро, как первичное управление, а запаздывающее управление углом сдвига тока работаетв качестве корректировки для предот-вращения сдвига или другого рассогласования. 10 тавляющей тока, подлежащего коррекции,направление или полярность сигнала, показывающие опережает ли реактивная составляющая тока или отстает относительно напряжения. Таким образом, хотя при изменении общего сопротивления энергетической сети полярность сигнала время от времени может менятьдля любого д о состоявн бще го сопротивления энергосети ов является однонаправленным или однополярным.Под углом стробированяя имеем ввиду угол сдвига фаз относительно внеш него переменного сигнала напряжения, при котором каждый тирястор становится проводящим. Этот угол сдвига Фаз, измеренный от начала прямого напряжения, приложенного извне к тиристо ру, в последующем называется углом стробирования. Интервал, в течение которого тнристор потом после каждоговключения проводит,. ниже называетсяуглом проводимости, Когда угол проводимости для каждого тиристора равен1800, ключ рассматривается полностьювключенным или замкнутым когда уголпроводимости равен Оф, ключ рассматривается полностью выключенным илиразомкнутым. При промежуточных поло"жениях углов н соответственно промежуточных углах стробирования ключ втечение полупернода частично включен и частично выключен и управляетвеличиной тока, проходящего через 55 60 Схема управления компенсацией тока нагрузки, показанная на фиг. 1, включает датчик 29 реактивной составляющей тока, получающий входные сигналы, зависящие от фазы напряжения на критической шине и от тока нагрузки, н работающий показанным на фиг.2 способом, чтобы создать переменный однонаправляющий, или однополярный выходной сигнал, управляющий угломстробировання запускающих сигналов, которые периодически зажигают или 25 включают тиристорные ключи 26, 27, 28 прн каждом мгновенном требовании компенсации. Под однонаправленном нли однополярном выходном сигнале подразумевается сигнал, имеющий нап- З 0 равление или полярность для любого заданного состояния реактивной сос-. него, благодаря отношению временивключенного состояния к времени выключенного состояния.Сигнал напряжения фазы, поданнойна датчик 29 реактивной составляющейтока, ответвляется от проводов 6, 7,8 через трансформаторы 30 напряжения,подключенные к проводам 6, 7, 8 вточках 31, 32 и 33 соответственно.Путем преобразования сигнала напряже"ния "Чд нагрузки на выходе трансформа=торов 30 с помощью сигнала линейноготока, ответвленного через трансформаторы тока 34, 35 и 36, в проекторе 37напряжения критической шины появляется сигнал напряжения Фазы Ч, по фазеи величине соответствукиций значениюнапряжения между линией и нейтральнымпроводом или напряжению Фазы на критической шин(,. Это отраженное напряжение Фазы Ч 6, таким образом, принимают во внимание для необходимой поправки реактивного действия трансформатора 5. Отраженное напряжение ФазыУ , подается на датчик 29 реактивнойсоставляющей тока и взаимодействуетс сигналом тока нагрузки показаннымна Фиг. 2 способом, с целью образования выходного сигнала в течение каждого полупериода отраженного напряжения Фазы, представляющего величинуреактивной составляющей тока в целянагрузки печи 9, Таких отраженныхсигналов вапряженияЧ ответвляетсятри, по одному для каждой ликии трекФаэной энергосети,На Фиг. 2 а сплошной линией показан отраженный сигнал напряжения Мдля однойФазы, подведенной к датчику 29 реактивной составляющей тока,Пунктирной линией изображен такжесигнал тока нагрузки 3 в соответствующем проводе нагрузки, подведенный кдатчику 29 от одного из группы трансФорматоров тока нагрузки 3, 39, 40через источник 41 сигнала тока нагрузки.Для иллюстрация работы датчикареактивной составляющей тока сигналТока,3, представленный на фиг. 2 а,изображается изменяющимся по фазе относительно сигйала напряжения ФазыЧот опережающего соотношения в начале, до отстак(щвго соотношения в конце. Датчик 29 реактивной составляющейтока включает схему для мгновеннойвыборки величины и направления сигнала тока 3 в каждой точке пересечения(нуля сигналои напряжения фазы Чь ,Эти выборки сигнала тока показаны нафнг. 2 б. Датчик 29 реактивной составляк(щей тока включает также средствозапоминания сигнала для создания непрерывного однонаправленного выходногосигнала (фиг. 2, в) имеющего величинуи направление, пропорциональные величине и направлению последней предыдущей мгновенной выборки, пбказаннойна Фиг. 2 б. Таким образом, выходнойсигнал чувствительного элемента реактивной составляющей тока является мгновенным однонаправленным сигналом для каждой фазй, величина которого представляет величину реактивной составляющей тока нагрузки в этой фазе в любой момент, а полярность показы"вает знак опережения или отставания этого тока нагрузки. Мгновенная выборка величины тока нагрузки в момент нулевого положения напряжения Фазы является непосредственной мерой 0 величины реактивной составляющей этого тока по отношению к напряжению выборки.Каждый из выходных сигналов с датчика 29 реактивной составляющей тока 35 периодически возвращает в нуль каждые полпериода проходящее в критической шине напряжение фазы; по полярности и величине эти сигналы представляют соответственно фазовые сост О ношения и величину реактивной составляющей тока, который в любой момент должен быть подан компенсирующими дросселями 21 и 22 для приведения суммарного линейного тока З,к одной фазе с напряжением критической шины Ч, которую оно имело раньше. Регулирование опережающихсоставляющих реактивного тока 3 с, проходящего через компенсирующий.дроссель 21, до требуемого значения выполняется управ- ЗО лением средней величины отстающих составляющих реактивного тока 1 проходящего через компенсирующий дроссель 22. Токиопределяются стробирующими углами тиристорных 35 ключей 26, 27,. 28. Углы стробирования тиристоров, заданные чувствительным элементом 29, так регулируются и устанавливаются на мгновенных основаниях, что обший реактивный ток (3+3),о обеспеченный компенсирующими дросселями 21 и 22, оказывается равным по величине и противоположным по направлению реактивной составляющей тока нагрузки Л в дуговой печи 9,Чтобы управлять углами стробирования тиристорных ключей, с датчика тока на блок 42 для управления углами проводимости вентилей, включающее отдельные схемы управления углами проводимости для каждого тиристорного 50 ключа, подаются три сигнала реактивных составляющих токов.Если, как показано на Фиг. 1, уп- " равление реактивной составляющейтока"используется совместно с управле 55нием углом сдвига тока или коэффициента мощности, выходной сигнал датчика 29 реактивной составляющей токайодается на блок 42 управления угла"мипроводимости через сумматор 43. бОЕслииспользуется только один иливторой сигнал управления, то сумматора не требуется.Когда углы стробирования тиристор-ных ключей 26, 27, 28 устанавливаются 65 в соответствие с выходными сигналами датчика 29 реактивной составляющей тока, сумма компенсирующих реактивных составляющих тока Л и Лс, поданная с компенсирующих дросселей 21 и 22, будет равной по величине и противоположной по направлению реактивным составляющим тОка, требуемым для питания нагрузки дуговой печи 9 и понижаютего трансформатора 5, так что общий линейный ток 3, остается в Фазе с линейным напряжением Чб на критической шине.Хотя на фиг. 2 ток нагрузки для иллюстрации показан как опережающий сигнал напряжения Ч в той же точке это необычное состояние, Реактивные составляющие тока, требуемые как нагрузкой, так и трансформатором 5, Фактически являются индуктивными, так как общая реактивная составляющая компенсирующего тока, подаваемого с компенсирующих дросселей 21 и 22, обычно является емкостной. Именно по этой причине постоянное реактивное емкостное сопротивление конденсаторов 15, 16, 17 обычно больше, чем индуктивное реактивное сопротивление катушек 23, 23 п, 24, 24, 25, 25 п, Таким образом, когда тиристорные ключи 26, 27, 28 оказываются полностью проводящими (кажущееся реактивное индуктивное сопротивление минимальное ), так что компенсирующая индук 1 тивная составляющая тока в дросселе 2 Ь максимальна, то такой ток обычно по крайней мере незначительно меньше емкостной составляющей компенсирующего тока в дросселе 21.Возможен случай, когда реактивная составляющая тока нагрузки по крайней мере в одной линии может оказаться опережающей, как например, в условиях отсутствия дуги в одной фазе дуговой печи. Для полной компенсации в этом случае дроссель 22 должен оказаться в состоянии снабдить отстающими составляющими тока большей величины, чем заданные опережающие составляющие тока в дросселе 21.Хотя на Фиг. 2 показаны сигнал напряжения Фазы и токнагрузки только в одной линии, трехфазная сеть, изображенная на Фиг. 1 и 3, включает три таких. взаимосвязи и предполагается, ,что вырабатывается три таких, как показано на фиг. 2 в сигнала реактивных составляющих тока нагрузки. Эти три сигнала в сбалансированной сети будут равными, но в случае разбалансированной нагрузки в любоймомент будут различными, поэтому в случае разбаланса в любом полупериоде результирующие углы стробирования в различных ключах 26, 27, 28 не одинаковы, Благодаря описанному управлению эти углЫ стробирования каждые полпериода устанавливаются в соответствие с имеющимися условиями тока нагрузки.Общее компенсирующее реактивное сопротивление между каждой парой линейных проводов (благодаря комбинированному действию дросселей 21 и 22), необходимое для осуществления требуемой компенсации реактивной составляющей тока нагрузки в каждой линии трех фазной энергосети можно выразить слагаемыми реактивных составляющих тбка нагрузки следующим образом;ЪЕХс- + Л " ЭЪ 1 Х 1 Х 21 ХЬЕс.Х Й Х Ъ.ХэЕХг х Ь Хд хгде Хс - общее компенсирующее емкостное реактивное сопротивление между указанными парами линейных проводов;32 Хи 3 Х - отстающие реактивные составляющие тока нагрузки в соот ветствующих проводах цепи нагрузки. Если решение этих уравнений в .любом случае дает отрицательное Хс , это говорит о том, что общее компенсирующее реактивное сопротивление должно быть скорее индуктивным чем емкостнымИз приведенных выше зависимостей ясно, что управление Фазой тока с помощью каждого ключа 26, 27, 28 для определения кажущегося индуктивного -реактивного сопротивления в соответствующей ветви дросселя 22 должно зависеть от суммирования всех реактивных составляющих тока нагрузки, производимого тем способом, который определен уравнениями.Общее компенсирующее реактивное сопротивление между каждой парой линейныхпроводов можно выразить через активные и реактивные составляющие тока нагрузки следующим образом.ЕЯ -Рд+З 3ЕС 12 М др. р фч ФДЪЪ ЪЮ 2 О 9 ПЛ ЖХ Ъ-Хсь- -З-З д МЪМ ЬИ 9 1.Х 2.Х Ъ Х где 3, 32 и 3 у, - активные или совпадающие по Фазе составляющие тока нагрузки в соответствующих проводах цепи нагрузки, а другие символы имеют те же самые значения, которые были установлены для уравнений раньДатчик 29 хотя и конструируетсятак чтобы привести результирующуюсоставляющую общего линейного токак нулю, не оказывает заметноГовлияния на реактивную составляющуютока нагрузки, на которую реагируетдатчик 29 реактивной составляющейтока, поэтомув-эйергосистеме"нетобратной связи, с помощью которойможно было бы показать, производитсяли соответствующая регулировка вдатчике 29. Таким образом, если навыходной сигнал чувствительного элемента реактивной составляющей токаналагается любой отдаленный член сдвига или смещения или если вцепь уп равления между выходом чувствительного элемента тока и тиристорнымивентилями вводится рассогласованиелюбого предела или усиления, диапазоНкомпенсации реактивной составляющей Щ,тока может быть смещен, а рассогласование введено в порядке компенсации.При управлении без цепи обратной связи такие рассогласования контур компенсации не обнаружит, поэтому совместно с датчиком реактивной составляющей тока использован датчик угласдвига тока или регулятор угла сдвига фаз.датчик 44 угла сдвига тока обеспечивается сигналом линейного тока с трансформаторов тока 34, 35, 36 и отраженными сигналами напряжения, ответвленными от общего линейного тока 3 и напряжениями фазы нагрузки Чкоторые по фазе и величине представляют напряжения фазы системы Чб на критической шине. Отраженные сигналы напряжения фазы системы Чь, ответвленные от напряжений на шинах 6, 7 8 являются главными входными компонентами для ранее описанных датчиковугла сдвига тока и датчика реактивнойсоставляющей тока,На фиг. 3 представлена упрощеннаясхема части сети аппаратуры, показанной на фиг. 1. В энергосети на фиг. 3полное сопротивление линии передачипредставляется в виде последовательновключенного в каждую фазу полного сопротивления;7 , а полное сопротивление понижающего трансформатора 5 ввиде последовательно включенного вкаждую фазу полного сопротивления 2 щ.Напряжения системы Ч на проводах 2,3 и 4 между полными сопротивлениямиХ, и 2., являются напряжениями критической шины, которые необходимо поддерживать постоянными с помощью поддержания синфазного состояния линейных токов 3,. На полном сопротивлении2 тп со стороны нагрузки на проводах6, 7, 8 появляется напряжение нагруз-"ки ЧЧтобы из напряжений фаз нагрузкиЧ ответвить отраженные сигналы нап--ряжений системы l которые по величине и по Фазе представляют напряжения15, 776582фаэ системы Чц,имеется комплект трансформаторов 30 напряжения (Фиг, 1 и 3), з"состоящий из двух трансформаторов 45 жеи 46 напряжения. Первичиая обмотка, штрансформатора 45 соединена треуголь- щником и питается напряжением нагрузки пмежду линиями, а вторичная обмотка 5 лсоединена звездой. На каждой вторич- поной обмотке Фазы трансформатора 45 тепоявляется синфазная пропорциональжаная копия напряжения нагрузки междулиниями, 1 О ваСоединенные звездой вторичные об-румотки трансформатора 45 питают соеди- чаненные треугольником первичные обмот- да , ки второго трансформатора 46 напряже- кония. Вторичные обмотки трансформатора 15 см46 также соединены треугольником.ноНапряжение на каждой Фаэовой обмотке ситрансформатора 46 напряжения являет- свся синфаэной копией напряжения между оплинией и нейтральным проводом или у 0 инапряжения Фазы Ч на шинах 6, 7, 8 . вапечи." ".ВыЧтобы преобразовать . выходной сиг- рнал трансформатора 46" до соответствия аепо" Фазе и амплитуде напряжениям фаз скритической шины на проводах 2, 3 и 5 со4, необходимо для каждой фазы полнос- имтью соединить этот выходной сигнал с нпадением напряжения, т.е. сделать его шесинфазным с падением напряжения на пьсоответствующем полном сопротивпении ЗО странсформатора 5 и пропорциональным гФкоэффициенту понижения трансформато- сира ЗО напряжейия. Для этой цели вкаждую линию трансформатора 34, 35, иЗб тока (на Фиг. 3 показана только 35 водна его Фаза) включен эквивалент сополного сопротивления Епропорциосинальный полному сопротивлению транс- вформатора 2; и коэффициенту .переда- шечИ трансформаторов 30 напряжения. 40 ниНа выходе полноГо сопротивления н47 появляется напряжение одной вторичной обмотки трансформатора 46 исоответству 1 ющее полное сопротивле -; -ноние фазы 2 на клемме которого прик-П 71 45 владывается также сигнал отраженногонапряжения Фазы Ч . Сигнал 4 длякаждой фазы точно сфазирован с соот" ветствующим йапряжением фазы критической шины. Именно эти отраженныева(и пропорциональные им) напряжения 50 рекритической шины прикладываются ккидатчику 44 угла сдвига тока и датчиуску реактивной составляющей тока.су Чтобы выработать выходной сигнал, соответствующий углу сдвига фаз меж- .Щ лййейнйм током и напряжейием ФазыЧ на критической шйне, бтраженный"=" СИГнал напряжения Чб , в каждой фазе : в :в датчике 44 угла сдвйгатока скла дШаЕтся с общим сигналом линейного ф 95 Фа соответствувщей линии,"ответ- вленным от трансформаторов 34, 35, 36 линейного тока через источник 48 сйгнала линейного тока. 65 На фнг. 4 а сплошной линией покаан графйк отраженного сигнала напряния системы, помещенный на однойкале времени с соответствующим об"им линейный током Лн, показаннымунктирной линией, Для иллюстрацииинейный ток 3 показан изменяющимсяфазе относительно напряжения сисмы от отстающего вначале до опереющего в конце соотношения. Опережающее соотношение не может существоть, исключая чрезвычайномалые нагзки. Датчйк угла сдвига тока вклюет средство интегрирования для созния сигнала, окончательная величинаторого соответствует временномуещению или Фазе между нулем линейго тока и нулем напряжения фазыстемы (фиг. 4 а) и имеет полярность,идетельствующую об отстающем илиережающем соотношении Фаз тока 2напряжения Ч ,Такой проинтегрнроННЫЙ сигнал изображЕн на фиг. 4 б.работаннЫй такиМ образом проинтегидованнцй сигнал для каждого полуриода подается на соответствующеередство запоминания сигнала, котороеэдает непрерывный выходной сигнал,еющий в любой момент однонаправлен".ую величину, равную последнему предствующему времени интегрирования,казаиному на фиг. 4 б, и полярность оответствующую полярности последнегоедшествующего проинтегрированногогнала, На фиг, 4 в. показан непре 9 ЦВйый однонаправленный выходной сигал, полярность и величина которогокаждом полупериоде установлена вответствии с проинтегрированнымгналом, показанным на Фиг. 4 б, исоответствии с мгновенным соотнонием фазы между .током и напряжеем или углом сдвига тока, покаэаным на фиг, 4 а,Переменный однонаправленный выходй сигнал тока подается на сумматорчерез стабилизатор 49, устанавлиающий постоянную времени в контуре равления.В сумматоре 43 этот однонаправленй сигнал угла сдвига тока складыется с однонаправленным сигналомактивной составляющей тока нагрузпостуйающим с датчика 29 с цельютановки такогО выходного сигнала.мматора, который обеспечивает .регулировку блока управления углоМ проводимости тиристора 42, позволяющего удержать коэффициент мощности на критической шине постоянным, предпочтительйо"равйым единице. Если требуется коэффициент мощности, отличающийся от единицы, на сумматор 43 можно подать положительный или отрицательный сигнал смещения соответствующей амплитуды.управление углом сдвига тока обеспечивает отрицательная обратная связь через провода энергосйстемы. В частэтой цели обеспечивают схему 51 обратйой Связи регулируемым ограничением, которая получает выходной сигнал сумматора 43 и подает через ста"билизатор 49 ограничивающий отрицательный сигнал обратной связи на входсумматора 43. Постоянная времени стабилизатора больше длительности циклахарактеристики шестипериодной дуговой печи.Действие ограничивающей цепи обратной связи иллюстрируется на Фиг.б.На горизонтальной шкале времени Фиг.бпоказана типичнаяколебательная характеристикамаксимального значенияреактивногбтока дуговой печи на протяжении иллюстрируемого промежуткавремени, который после новего зарядапечи сглаживается и. уменьшается досостояния относительно стационарногорежима. Благодаря Физическим характеристикам печи и дуги эта криваяколебания максимального значения имеет частоту порядка б периодов в 1 с,Ордината графика представляет максимальное значение реактивного токапечи в процейтах, где 100 Ъ соответствует максимумумаксимального значения. Если желательно ограничить максимум компенсирующего реактивного тока до уровня, меньшего максимума значения,.достигается несколько меньшаятребуемой полная компенсация при условиях ограничения, так что коэффициент мощности на критической шинебУдет поддерживаться постоянным в течение работы ограничителя," нб на неко-торую заданную величину меньше единицы, Это может быть желательно дляограничения размеров и мощности компенсирующих дросселей 21 и 22 и невызывает возражения в разумных пределах. Относительно небольшая потерякоэффициента мощности на критическойшине дает возможность незначительно,но довольно хорошо регулировать напряжение. Кроме того, если уменьшенныйкоэффициент мощности поддерживаетсяпостоянным в течение большого периодавремени по сравнению с временем периода кривой А максимального значения,изображенного на фиг. б, мерцание напряжения еще больше уменьшится,На фиг. 5 показана ограничивающаяцепь обратной связи, приспособленнаядля выполненияописанной выше цели.Суммарный сигнал рассогласования свыхода сумматора 43 подается на парувыходных клеммам 52 с отмеченной полярностью, а выходное полное сопротивление 53 между выходными клеммами 54подключается к выходным клеммам 52через последовательную цепь из батареи 55 и блокировочного диода 56,Батарея 55 включается навстречу сигналу рассогласования на клеммах 52,так что через блокировочный диод илисхему ограничения ток не потечет дотех пор, пока сигнал рассогласования ности, любые выработанные сигналы углов сдвига тока так управляют угламистробирования тиристоров" и суммарнойреактивной составляющей компенсирующего тока; что фазовое положение линейного тока 3, устанавливается равным или близким к требуемому, значению,5посредством чего уничтожается сигналугла сдвига тока. Именно из-за данной обратной связи необходима схема50 стабилизации, В основном из-за того, что цепи управления обладают характеристикой постоянной времени,сообщение любого изменения сигналауправления передается через цепи управления на тиристоры, а с них обратно по энергосети с учетом временной 15характеристики. Скорость изменения,установленная такой временной характеристикой, соответствует частоте.Если бы собственная постоянная времени контура управления и контура обратной связи былатакой, чтобы собственная задержка в слагаемых этойчастоты была равна 1800 относительночастоты временной характеристики, обратная связь, отрицательная по, замыслу, стала бы положительной и вызвала25бы усиление и колебание,Чтобы предотвратить этот эффект,схема 50 стабилизации дополнительновносит в контур управления постбяннуЮвремени, достаточную для подавленияколебания. С другой стороны из-заэтой задержки в передаче сигнала через контур управления углом сдвигатока это управление осуществляетсяне так быстро, как хотелось бы. Если.бы использовалось единое срабатывание компенсирующего дросселя 22, задержка была бы значительной. Однакокогда регулирование угла сдвига токаиспользуется совместно с компенсатором тока нагрузки, сигнал угла сдвигатока обычно очень маленький и дейст-вует только как поправка при какойлибо неточности устройства управлениятоком нагрузки без обратной связи.В некоторых случаях мгновенный.выброс максимального значения реактивного компенсирующего тока может пре-вышать максимально возможный или номинально допустимый верхний предел 50компенсирующих дросселей, хотя амплитуда изменений максимального значе-ния находится в пределах возможностидросселя. Поэтому при желании системаможет быть снабжена средством дляограничения максимума до некоторогозаданного среднего значения величиныреактивной составляющей тока или реактивных вольт-амперных составляйиаих;-"подаваемых с компенсирующих дросселей21 и 22. Поскольку емкостный компенсирующий дроссель 21 обеспечивает постоянную величину опережающей реактивной составляющей тока, этот управляющий сигнал прикладывается к индуктивному компенсирующему дросселю 22. Лли б 5