Регулятор реактивной мощности

(51) 4 6 05 Г 1 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕПЬСТВ СКОМУ КА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева(54) РЕГУЛЯТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации реактивной энергии тиристорных преобразователей, содержащих фильтрокомпенсирующее устройство. Цель изобретения - упрощение и повышение быстродействия регулятора реактивной мощности. Это достигается за счет того, что синусоидальные сигналы, пропорциональные первым гармоникам напряжения, преобразуются компараторами 12 и 16 в прямоугольные импульсы, соответствующие первым гармоникам входных сигналов по частоте и фазе, которые через инверторы 15 и 17 поступают на вход формирователя фазового рассогласования 6, где происходит выделение сигнала фазового рассогласования между током и напряжением дважды за период напряжения питающей сети. Этот сигнал управляет работой генератора 22 и разрешает ему выдачу счетных импульсов на счетчик 24 в течение времен) действия импульса фазового рассогласования. Т. обр. кол-во импульсов, прошедших на счетчик 24, пропорционально указанному сдвигу фаз. С помощью цифроаналогового преобразователи (ЦАП) 25 происходит преобразование числа, переписанного из счетчика 24 в регистр 23, из цифровой величины в аналоговую. Напряжение 8 с выхода ЦАП поступает на вход усилите. у ля 8, который вырабатывает напряжение (/, воздействующее на силовой регулирующий блок с целью уменьшения величины угла фазового рассогласования до заданного значения. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано лля компенсации реактивной энергии тирнсторных преобразователей (выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты и др.), содержащих филгтрокомпенсируюгцее устройство.Пель изобретения -- упрощение и повыгнение быстродействия реактивной мощности.На фиг. 1 прелставлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства, вариант; на фиг. 3 и 4 - диаграммы работы устройства.Устройство содержит трансформаторытока и напряжения, соединенные с питающей сетью 2, к которым подсоединены активные фильтры 3. Выходь фильтров полключены к двум входам датчика 4 фазы непосредственно, а к третьему - - посредством переключателя 5, имеющего два положения, соответствующие индуктивному и емкостно:,у режимам компенсации, Выход датчика фазы подключен к входу формирователя 6 фазового рассогласования, а синхронизируюгций выход датчика фазы - к второму Входу измерителя 7 фазового рассогласовагпз 5 г, первый ВхОд которого подкл)осн к Выходу формирователя фазового рассогласогзания, а выход -- к первому входу усилителя 8. Второй вход усилителя 8 соединен с задатчиком 9 фазового рассогласования, а выхол подключен к регулируюпгему блоку 10. Силовая часть блока 10 подключена к сети 2, от которой питается нагрузка 11.Датчик 4 фазы содержит первый комнаратор 12, гзход которого подключен к выходу первого активного фильтра (напряжения), Выход полключен к первому входу первого элемента И3 формирователя 6 фазового рассогласования непосрелстзснно, а к перВому входу второго элемента И 14 - через инвертор 15 и второй компаратор6, вход которого подключен к гзыходу второго активюго фильт)а (тока), выход подключен к Второму вхоЛу второго логического элемента И 14 непосредственно, а к Второму входу первого элемента И 13 - через инвертор 17. Вхол синхронизатора 8 подключен к переключателю 5, который имеет два положения: В положении 19 обеспечивается индуктивный характер компенсации, в положении 20 смкостный, Выходы элементов И 13 и 14 подключены к входам элемента ИЛИ 21. Измеритель 7 фазового рассогласования содержит генератор 22, вход запрета которого подключен к выходу датчика фазы и к стробирующему входу регистра 23. Вход сброса счетчика 24 соединен с выходом синхронизатора, выход счетчика соединен с входом регистра, выход которого подключен к входу цифроаналогового нреобразователя (1(АП) 25. Усилитель 8 имеет лгза Входа, гюлключенные к выходу ЦАГ и к источнику смещения соответственно. Выход усилителя предназначен для подключения к силогзому реулиругощему блоку 10,5 10 15 2 О 25 30 35 40 45 50 55 На фиг. 3 представлены временные диаграммы работы устройства при индуктивном режиме компенсации и индуктивном характере сети. Позициями обозначены: 26 - выходной сигнал активного фильтра напряже. ния; 27 - выходной сигнал активного фильт. ра тока; 28 . - логический сигнал на выходе компаратора 12; 29 - логический сигнал на выходе компаратора 16; 30сигнал на выходе инвертора 1531 - сигнал на выходе инвертора 17; 32сигнал фазового рассогласования на выходе элемента ИЛИ 21; 33 - пачки импульсов на счетном входе счетчика 24; 34 -- синхроимпульсы на входе сброса счетчика 24.На фиг. 4 представлены временные диаграммы работы устройства при индуктивном режиме компенсации и емкостном характере сети. Позициями обозначены: 35 - выходной сигнал активного фильтра напряжения;36 - выходной сигнал активного фильтра тока; 37 - сигнал на выходе компаратора 12 38 - сигнал на выходе компаратора 16;39 - сигнал на выходе инвертора 15; 40 сигнал на выходе инвертора 17; 41сигнал фазового рассогласования на выходе элемента ИЛИ 21; 42 - пачки импульсов на счетном входе счетчика 24; 43 - синхроимпульсы на входе сброса счетчика 24.Устройство работает следующим образом (рассматривается индуктивный режим компенсации при индуктивном характере сети).С помощью активных фильтров 3, подклн)ченных через трансформаторы 1 тока и напряжения к питающей сети 2, выделяются синусоидальные сигналы, пропорциональные первым гармоникам напряжения 26 и тока 27. Преобразуемые компараторами 12 и 16 в прямоугольные импульсы 28 и 30, соответствующие первым гармоникам входных сигналов по частоте и фазе, через инверторы 5 и 17, сигналы 28 - 31 поступают на вход формирователя 6 фазового рассогласования, где происходит выделение сигнала 32 фазового рассогласования между током и напряжением дважды за период напряжения питающей сети. Таким образом, на выходе формирователя 6 фазового рассогласования имеем прямоугольные импульсы 32, ширина которых пропорциональна сдвигу фаз между первой гармоникой тока и напряжения сети. Данный сигнал управляет работой генератора 22 и разрешает ему выдачу счетных импульсов на счетчик 24 В гечение времени действия импульса 32 фазового рассогласования. Таким образом, количество импульсов, прошедших на счетчик 24, пропорционально указанному сдвигу фаз. Поскольку синхронизирующими импульсами 34 счетчик каждый раз перед подачей счетных импульсов сбрасывается в нулевое состояние, то число, накопившееся в счетчике за время действия импульса 32, пропорционально совгр. Задним фронтом импульса 32 происходит запись числа, на 13190105 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ходящегося в этот момент в счетчике, в регистр 23. С помощью ЦАП происходит преобразование числа, переписанного из счет- чика 24 в регистр 23, из цифровой величины в аналоговую.Следовательно, на выходе ЦАП формируется аналоговый сигнал, пропорциональный величине угла фазового рассогласования между первой гармоникой напряжения питающей сети и первой гармоникой потребляемого из сети тока. Далее напряжение с выхода ЦАП 25 поступает на вход усилителя 8, на второй вход которого подается опорное напряжение задатчика 9 фазового рассогласования. Усилитель 8 вырабатывает напряжение С пропорциональное разности напряжений ЦАП и задатчика фазового рассогласования. Поскольку - напряжение ЦАП превышает величину напряжения задатчика, напряжение У, воздействует на силовой регулирующий блок0 с целью уменьшения величины угла фазового рассогласования (повышения сов) до заданного значения.Если питающая сеть имеет емкостный характер (диаграммы на фиг. 4), то первая гармоника 36 тока будет опережать первую гармонику 35 напряжения на угол гр. Так же, как и в предыдущем случае, формирователь фазового рассогласования формирует импульс 41, ширина которого пропорциональна величине созгр угла фазового рассогласования. В течение действия импульса 41 на счетный вход счетчика 24 разрешается прохождение импульсов 42 и к моменту окончания импульса 41 в счетчике находится число, пропорциональное величине созр, но в момент перехода через нулевое значение первой гармоники напряжения 35 формируется импульс 43 сброса, которым счетчик сбрасывается в нулевое состояние и поэтому задним фронтом импульса 41 в регистр 23 записывается нулевое состояние. Напряжение на выходе ЦАП 25 равно нулю, т. е.меньше величины напряжения задатчика 9 фазового рассогласования, поэтому напряжение (l,усилителя 8 воздействует на силовой результирующий блок 1 О с целью получения индуктивного характера реактивной мощности сети с заданным сонг(. Таким образом, устройство управления регулятором реактивной мощности обеспечивает стабилизацию на уровне, определяемом задатчиком 9 фазового рассогласования.Режим работы регулятора реактивной мощности задается переключателем 5. В положении 19 синхронизатор 18 подключается на выход активного фильтра напряжения и формирует импульсы сброса счетчика 24, синхронные с моментами перехода через 0 выходного напряжения (индуктивный режим компенсации) .В положении 20 переключателя работа счетчика 24 синхронизируется с моментами перехода через 0 первой гармоники тока. Поэтому осуществляется стабилизация созч: с отставанием первой гармоники напряжения от первой гармоники тока (емкостный режим компенсации).Таким образом, предлагаемый регулято 1) реактивной мощности отличается от известного существенно упрощенной структурой, что позволяет реализовать его с использованием типовых элементов интегральной электроники, Этим обеспечивается его высокая надежность. Регулятор реактивной мощности, построенный по предлагаемой структуре, обеспечивает высокое качество регулирования за счет применения активных фильтров тока и напряжения, в результате чего исключается вероятность возникновения сбоев в работе регулятора, вызванных наличием в кривых напряжения и тока сети высокочастотных составляющих.Кроме того, предлагаемый регулятор обладает повышенным быстродействием по сравнению с известным, поскольку применен цифровой способ измерения фазового рассогласования и преобразование величины фазового рассогласования в аналоговую величину осуществляется с помощью ЦАП. Это позволяет отказаться от использования интегратора, применить в качестве задатчика фазового рассогласования источник напряжения смещения (в простейшем случае - потенциометр). Устройство не требует настройки и просто в эксплуатации.Регулятор реактивной мощности предлагается использовать в составе фильтрокомпенсирующих устройств для обеспечения необходимой стабилизации коэффициента мощности (сов) от 0,5 до 1 с высокой точностью.Форлу,га изобретенияРегулятор реактивной мощности, содержащий трансформаторы тока и напряжения, подключенные к питающей сети, датчик фазы, к выходу которого подключен формирователь фазового рассогласования, задатчик фазового рассогласования, синхронизатор, переключатель, входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами датчика фазы, и регулирующий блок, отгичающийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, он снабжен усилителем, измерителем фазового рассогласования и фильтром, соединенным с трансформаторами тока и напряжения и подключенным к входу датчика фазы, измеритель фазового рассогласования содержит генератор, последовательно соединенные счетчик, регистр и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом усилителя, к второму входу которого подключен задатчик фазового рассогласования, выполненный в виде потенциометра, выход формирователя фазового рассогласования подключен к входу запрета генератора319010 н к трооирующсму вхо,ту регистра, выход гсцсрдтора подключен к с етцому входу счетчика, вход сброса ко 1 орого со,1 цен с синхронизатором, вход которого подключенк выходу переключдтеля, а выход усилителясоединен с регулирующим блоком.(,о ех ир Во42 1 остда 1 свенн 303 о, Мо с 1 в нно-:олиср, комите на. Меско оретении и открыта 45 но делана из нская нав. тие, г. Ужоул. роектная, 4 ивн Редактор Заказ 2 о В 1 111 О. 11 ака з на я с Корректор . 1 атай Годяисное