Устройство для регулирования реактивной мощности

(51) М. Кл.-Н 021 3/18 б 05 Г 168 Заявлено 03,09.76 (2 присоединением заявки Ъе Государственныи комитет, А. Белаковский и М. Н. Зельдич ушк 1) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИИзобретение относится к области преобразовательной электротехники и предназначено для использования в сетях переменного тока.Известны устройства для регулирования реактивной мощности, содержащие последовательно включенные линейный дроссель и тиристорный ключ, в качестве которого используются либо симметричный тиристор, либо встречно-параллельно включенныс тцристоры 11.Эти устройства отличаются высоким быстродействием, отсутствием подвижных элементов, возможностью плавной регулировки величины реактивной мощности, Поэтому они широко применяются в тех электрических устройствах, где требуется плавное быстродействующее регулирование величины генерируемой или потребляемой реактивной мощности, в частности в статических регулируемых компенсаторах реактивной мощности, устройствах сим метрированця нагрузок многофазных цепей, стабилизаторах переменного и выпрямленного тока и напряжения, автономных инвсрторах и т, и.Величина реактивной мощности устройства регулирования определяется вели юной угла включения тиристорцого ключа, которая устанавливается с помощью цепи управления, в состав которой входят фазосдвигающий блок, генерирующие импульсыьсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров ключа, и блоки, сцнхронизирующие работу фазосдвцгающего блока с ца пряженцсм переменного тока, прцкладываемым к зажимам устройства для регулирования реактивной мощности.Из известных ус гройств наиболсс близким по технической сущности является уст ройство для рсг лцрования реактивноймощности 2, содержащее лннейньш дроссель, подключенный к сети, ц тирцсторный ключ, управляемый фазосдвцгающий блок и формирователь прямоугольного напряжс ния, вход которого через выпрямитель подключен к зажимам устройства, а выход - к синхронизирующсму входу фазосдвцгающего блока. Фазосдвцга 1 ощиц блок генерирует импульсы, подаваемые на вход тцристор ного ключа, задержка которых Относительно передних фронтов сннхронцзирующсго напряжения определяется величцной напряжения, подаваемого ца управляющий вход фазосдвигающего блока. Изменяя задерж ку генерируемых импульсов, регулируютугол включсния тпрцсторцого ключа ц, следовательно, величину реактивной мо 1 цностц.Так ка 1. Напряженно, сцнхронцзцру 1 ощесработу фазосдвцгаюцсго блока, формцру ется из выпрямлсц ого напряжения цсрсменного тока, подаваемого на зажимы устройства для регулирования реактивной мощности, то оно имеет форму прямоугольных импульсов, длительность которых практически равна длительности полупериода напряжения переменного тока с узкими паузами между ними, соответствующими моментами равенства нулю выпрямленного напряжения. Поэтому фазовый сдвиг генерируемых фазосдвигающим блоком импульсов относительно моментов перехода через нуль напряжения переменного тока, подаваемого на зажимы устройств, может изменяться практически от 0 до 180.Однако для управлсния этим устройством для регулирования реактивной мощности фазовый сдвиг генерируемых импульсов должен изменяться от некоторого минимального значения до 180. Величина минимального фазового сдвига импульсов определяется моментом перехода через нуль тока дросселя при полностью открытом тиристорном ключе. В этом случае, когда напряжение переменного тока, подаваемое на зажимы устройства, имеет синусоидальную форму, минимальное значение фазового сдвига импульсов равно 90 и соответствует максимуму напряжения.Если фазовый сдвиг генерируемых фазосдвигающим блоком импульсов по какой- либо причине становится меньше минимального значения, то возникает асимметрия полуволн тока дросселя, приводящая к его постоянному подмагничиванию. В том случае, когда фазовый сдвиг импульсов значительно меньше минимального значения, ток дросселя приобретает форму колоколообразных однополярных импульсов длительностью больше 180 и амплитудой, превосходящей максимальную величину тока дросселя в нормальном режиме работы. При этом резко возрастает постоянное подмагничивание дросселя регулятора и электромагнитных устройств, работающих совместно с устройством для регулирования реактивной мощности, что снижает их надежность и может привести к выходу их из строя или к включению защитных устройств, приводящему к перерывам в снабжении потребителей электроэнергией.Целью изобретения является повышение надежности устройства и устранение постоянного подмагничивания линейного дросселя.Поставленная цель достигается благодаря тому, что устройство для регулирования реактивной мощности снабжено блоком задержки, вторым формирователем прямоугольного напряжения и блоком суммирования напряжений, причем один вход блока задержки соединен с сетью и с одним из входов первого формирователя прямоугольного напряжения, второй вход которого соединен со вторым входом блока задержки и с выводом тиристорного ключа, не под 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ключенным к дросселю, выход блока задержки соединен с входом второго форми. рователя прямоугольного напряжения, причем выходы обоих формирователей прямоугольного напряжения подсоединены к входу блока суммирования напряжений, выход которого подсоединен к фазосдвигающему блоку, причем блок задержки выполнен с передаточной функциейКрт+ 1 где К - коэффициент пропорциональности;р - комплексная переменная;Т - постоянная времени, определяемаяиз условия где Е - индуктивность линейного дросселя;г - активное сопротивление линейногодросселя.Подключение входа формирователя прямоугольного напряжения к зажимам устройства для регулирования реактивной мощности и входа блока суммирования напряжений, второго формирователя прямоугольного напряжения и блока задержки обеспечивает устранение постоянного подмагничивания дросселя и повышает надежность устройства, а использование в блоке задержки с передаточной функцией обеспечивает устойчивую работу устройства при изменениях частоты и формы напряжения переменного тока, подаваемого на его зажим.На фиг. 1 - изображена блок-схема предлагаемого устройства для регулирования реактивной мощности; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства,Устройство для регулирования реактивной мощности содержит линейный дроссель 1 и тиристорный ключ 2, включенные последовательно, управляемый фазосдвигающий блок 3, формирователь прямоугольного напряжения 4, формирователь прямоугольного напряжения 5, блок задержки 6 и блок суммирования напряжений 7.Напряжение переменного тока У, подаваемое на зажимы устройства, поступает на входы формирователя прямоугольного напряжения 4 и блока задержки 6. Формирователь 4 формирует прямоугольное напряжение, фронты которого соответствуют моментам перехода через нуль напряжения переменного тока У , Задержанное напряжение переменного тока Ю, поступает с выхода блока задержки 6 на вход второго формирователя прямоугольного напряжения 5, формирующего прямоугольное напряжение Ьа фронты которого соответствуют моментам перехода через нуль напряжения У,. Поэтому напряжения Уц, и Уп, имеют одинаковую форму, но сдви 655021куты друг относительно друга на угол, определяемый блоком задержки.С выходов формирователей 4 и 5 прямоугольные напряжения Оа, и Уи, подаются соответственно на первый и второй входы блока суммирования напряжений. Выходное напряжение lблока суммирования напряжений 7 имеет форму чередующихся прямоугольных разнополярных импульсов с паузами между ними, равными сдвигу между напряжениями Уа, и У и подается на синхронизирующий вход управляемого фазосдвигающего блока 3, генерирующего импульсы Ь,р, подаваемые на управляющие электроды тиристоров 2. Величина задержки импульсов Ур относительно передних фронтов синхронизирую- щего напряжения Ьопределяется величиной напряжения, подаваемого на управляющий вход фазосдвигающего блока 3. До подачи импульсов Уупр тиристорный ключ 2 остается в закрытом состоянии и напряжение на дроссель 1 не подается. После подачи импульсов тиристорный ключ открывается и под действием приложенного напряжения начинает протекать ток через дроссель 1. После изменения полярности приложенного напряжения ток дросселя уменьшается до нуля и тиристорный ключ 2 запирается до прихода следующего импульса. Изменяя угол включения тиристорного ключа 2, регулируют величину тока, протекающего через дроссель 1, и следовательно, величину реактивной мощности регулятора. На временной диаграмме 1 д показан ток дросселя 1. Пунктиром на этой диаграмме показан ток дросселя 1 при полностью открытом тиристорном ключе 2,Так как импульсы Уупр генерируются фазосдвигающим блоком 3 задержанными относительно передних фронтов синхронизирующего напряжения (/, то фазовый сдвиг этих импульсов относительно моментов перехода через нуль напряжения l приложенного к зажимам устройства, не может стать меньшим, чем величина пауз напряжения Уых. Поэтому, если выбрать время задержки блока 6 таким, чтобы сдвиг между напряжениями Ю и с 1, был равен или больше сдвига между напряжением с 1 и током дросселя 1 при полностью открытом тиристорном ключе 2, то в устройстве для регулирования реактивной мощности будет отсутствовать постоянное подмагничивание линейного дросселя.Если частота и форма напряжения переменного тока Ь, приложенного к зажимам устройства, в процессе работы изменяются, то изменяется и величина времени задержки, требуемая от блока задержки 6. В этом случае использование блока задержки с фиксированной величиной времени задержки или приводит к сужению диапазона регулирования реактивной мощности или не обеспечивает устранения постоянного подмагничивания дросселя, Поэтому дляобеспечения устойчивости работы устройства для регулирования реактивной мощности при изменениях частоты и формы на 5 пряжения переменного тока, подаваемогона зажимы устройства, блок задержки выполнен с передаточной функцией видаК10рТ+ 1что позволяет получить требуемую величину сдвига между напряжениями У и У,во всем диапазоне изменений формы и частоты.15 Таким образом, введение новых элементов - блока задержки, формирователя прямоугольного напряжения и блока суммирования напряжений - устраняет постоянноеподмагничивание дросселя регулятора и20 электромагнитных устройств, работающихсовместно с ним, и обеспечивает устойчивую работу регулятора при изменениях частоты и формы напряжения, подаваемого наего зажимы,25Формула изобретенияУстройство для регулирования реактивной мощности, содержащее линейный дроссель, подключенный к сети, и тиристорный 30 ключ, подсоединенный последовательно кдросселю, управлгпощис электроды тиристоров которого через управляемый фазосдвигающий блок связаны с формирователем прямоугольного напряжения, отл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью устранения постоянного подмагничивания линейного дросселя и повышсния надежности устройства, оно дополнительно снабжено блоком задержки, вторым формирователем прямо угольного напряжения и блоком суммирования напряжений, причем один вход блока задержки соединен с сетью и с одним из входов первого формирователя прямоугольного напряжения, второй вход которого со единен с вторым входом блока задержкии с выводом тпристорного ключа, не подключенным к дроссслю, выход блока задержки соединен с входом второго формирователя прямоугольного напряжения, при чем выходы обоих формирователей прямоугольного напряжения подсоединены к входам блока суммирования напряжений, выход которого подсоединен к фазосдвигающему блоку, при этом блок задержки вы полнен с передаточной функциейКрТ+1где К - коэффициент пропорциональности;60 р - комплексная переменная;Т - постоянная времени, определяемаяиз условия Т= - ,Г655021 Гупр д. 21 аказ 189 Тираж 865 писное Типография, пр. Сапунова 7где Е - индуктивность линейного дросселя;г - активное сопротивление линейногодросселя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 81, Абакумов П. И, и Чванов В. А. Стабилизатор сети переменного тока на основестатического источника реактивной мощности. Электричество, 1971,12, с. 61 - 65.5 2, Патент Великобритании1179616,кл. 6 ЗЯ, 1970,