Устройство для регулирования напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 119) (1 747 01 .1 3/18 СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВИ СТВУ(71) Ленинградский горный институт им. Г.В.Плеханова, Всесоюзный научноисследовательский, проектный и кон" структорский институт горного дела цветной металлургии и Горно-металлургический комбинат "Печенганикель" , (72) Б,Н.Абрамович, К,А.Ананьев, В.М.Гойхман, Ю.В.Коновалов, Л,В.Макурова и В.В.Гребнев(56) Авторское свидетельство СССР У 1130947, кл. Н 02 Л 3/18, 1984.Авторское свидетельство СССР У 1185490, кл. Н 02 Л 3/18, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯНАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамдля регулирования напряжения с защитой от перенапряжений и субгармонических колебаний в распределительных сетях промышленных предприятий.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Устройствосостоит из секционированной батареи1 конденсаторов, четырех силовых ключей 31-34, датчика параметра сети 4,блока управления 55, тиристорногоключа 13 двух пороговых элементов 21и 28, несимметричного делителя напряжения 24, управляющих ключей 471474 7и 48, Устройство обеспечивает форсированный пуск асинхронного двигателя, который осуществляется за счет того, что в период пуска последовательно с нагрузкой включены продольные секции, сопротивление которых равно удвоенному сопротивлению системы, и одновременно параллельно нагрузке включены поперечные секции. Возможно также повышение напряжения на нагрузке путем применения продольного включения секции батареи кон:,денсаторов с сопротивлением, равным сопротивлению системы при низком 1уровне напряжения в питающей сети, содновременной компенсацией р активной мощности путем включения остальных последовательно соединенных между собой секций параллельно нагрузке. При повышении напряжения питающей сети до номинального и выше устройство снижает напряжение на нагрузке путем шунтирования включенной по" следовательно с нагрузкой секции батареи конденсаторов устройством защиты от перенапряжений и субгармонических колебаний с одновременной поперечной компенсацией, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для регулирования напряжения с защитой от перенапряжений и субгармонических колебанщ 3, используемых в рас пределительных сетях промышленных предприятий.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.На фиг,1 представлена блок-схема 10 предлагаемого устройства; на Фиг.2- схема блока управления.Устройство для регулирования напряжения содержит батарею конденсаторов, 1 с двумя 2 и 3 выводами для подключения к сети, датчик 4 параметров сети .с входом 5 и выходом 6, два 7 и 8 диода управляющих импульсов с вы-. водами 9 и 10, 11 и 12, тиристорный ключ 13 с четырьмя 14-17 выводами, 20 резистор 18 с выводами 19 и 20, пороговый лемент 21 свыводами 22 и 23, несимметричный делитель 24 напряжения с тремя выводами 25-27, второй пороговый элемент 28 с выводами 2925 и 30, четыре 31-34 силовых ключа с тремя 35-46 выводами каждый, двумя 47 и 48 управляющими ключами с тремя 49-54 выводами каждый, блоком 55 управления, двумя 56 и 57 стабилитронами с выводами 58-61 соответственно, а батарея конденсаторов 1 выполнена секционированной: первая секция 62 - с выводами 63 и 64, вторая секция 65 - с выводами 66 и 67, третья сек ция 68 - с выводами 69 и 70, причем блок 55 управления имеет первый 71.и второй 72 входы и первый 73, второй 74, третий 75, четвертый 76, пятый 77 н шестой 78 выходы, при этом первый вывод 63 первой секции 62 батареи конденсаторов 1 подключен к выводу 2 для подключения к сети и одномувыводу 19 резистора 18, второй вывод 64 первой секции 62 батареи конденсаторов 1 соединен с первым выводом 66 второй секции 65 батареи конденсаторов 1 и с первыми 35 и 38 вывода" ми первого 31 и второго 32 силовых ключей, а второй 67 вывод второй секции 65 батареи конденсаторов 1 подключен к первому выводу 41 третьегосилового ключа. 33 и к первому выводу69 третьей секции 68 батареи конденсаторов 1, другой вывод 70 которойсоединен с первым выводом 44 четвертого силового ключа 34 и вторым выводом 39 второго силового ключа 32второй вывод 42 третьего силовогоключа 33 соединен с выводом 3 дляподключения к нагрузке, с выводом 25несимметричного делителя 24 напряженияи выводом 14 тиристорного ключа 13,второй вывод 15 которого соединен свторым выводом 26 несимметричного де"лителя 24 напряжения и вторым выводом 20 резистора 18, третий вывод 27 несимметричного делителя 24 напряжения соединен с первыми выводами 22 и 29 пороговых элементов 21 и 28, второй вывод 23 первого 21 порогового элемента 21 соединен с первым вы474758водом 49 первого управляющего ключа47, второй вывод 30 второго порогового элемента 28 соединен с первымвыводом 52 второго управляюшего ключа 48, а вторые выводы 50 и 53 управляющих ключей 47 и 48 соединены между собой и с анодами 9 и 11 первого7 и второго 8 диодов управлялцихимпульсов, катоды 10 и 12 которыхсоединены с управляющими 16 и 17электродами первого и второго тиристоров ключа 13 соответственно, второй вывод 36 первого силового ключа31 соединен с нагрузкой, второй вывод 45 четвертого силового ключа 34соединен с нейтралью, датчик 4 пара- .метров сети своим выходом 6 через последовательно соединенные стабилитроны 56 и 57 соединен с первым 20входом 71 блока 55 управления, второй вход 72 которого. соединен с общей точкой 59 и 60 соединения стабилитронов 56 и 57, выводы 73-77 блока 55 управлениясоединены. с управляющими входами 51 и 54 первого 47и второго 48 управляющих ключей, стретьими выводами 37, 40 и 46 первого 31, второго 32 и четвертого 34 силовых ключей соответственно, шестой 30выход 78 блока 55 управления соединен с третьим выводом 43 третьего силового ключа 33, а вход датчика 5 параметров сети 4 подсоединен к сети ивторому выходу 19 резистора 18. Блок55 управления содержит логическийэлемент ИЛИ 79 с входами 80 и 81 ивыходом 82, логический элемент И-НЕ83 с входами 84 и 85 и выходом 86,устройство 87 временной задержки с 40входом 88 и выходом 89, причемвхо-,ды 80 и 81 логического элемента ИЛИ79 соединены с входами 71 и 72 блока 55 управления, вход 71 которогосоединен также с входом 85 логического элемента И-НЕ, второй вход которого 84 соединен с выходом 82 логического элемента ИЛИ 79, одновременноего выход 82 соединен с выходами 7377 блока управления, выход 78 которо"го соединен с выходом 89 устройства5087 временной задержки, вход которого 88 соединен с выходом 86 логического элемента И-НЕ,Схема устройства для регулирова 55ния напряжения с универсальной защитой от перенапряжений и субгармонических колебаний показана в однофазном исполнении. В общем случае количество устройств равно числу фаз сети переменного тока, в которую включается устройство. Все элементы предложенного устройства для регулирования напряжения стандартны, причем ключи могут выполняться в виде контакторов или на тиристорах. Система управления может быть выполнена в виде блока, управляющего силовыми ключами 31-34 и управляющими ключами 47 и 48. Блок 55 управления обеспечивает три режима работы секционированной батареи конденсаторов: в периодпуска нагрузки последовательное вклю". чение всей батареи конденсаторов 1 с заданным соединением секций; при.пониженном напряжении последовательно- параллельное с нагрузкой включениесекций батареи конденсаторов 1; ипри напряжении сети, равном и вышеноминального, параллельное включениес нагрузкой необходимого количества секций батареи конденсаторов.1 с шунтированием,через резистор 18 секций батареи конденсаторов 1, включенныхпоследовательно с нагрузкой, причем, если при первых двух режимах тиристорный ключ 13 с элементами 7, 8,21, 28, 47 и 48 его управления выполняет роль универсального защитного устройства от перенапряжений и суб" гармонических колебаний секций батареи конденсаторов 1, включенных последовательно .с нагрузкой, то при третьем (номинальном) уровне напря-.жения тиристорный ключ 13 через резистор 18 шунтирует последовательно включенные секции, ограничивая тем самым напряжение на нагрузке и, следовательно, уменьшая потери мощности в нагрузке.Устройство работает следующим образом.А. В исходном состоянии при отсутствии напряжения в сети силовые 31 и 34 и управляющий 48 ключи разомкнуты, а ключи 32 и 33 и 47 замкнуты.Таким образом, перед пуском нагрузки батарея конденсаторов 1 полностью включена последовательно с нагрузкой, причем секции батареи кон" денсаторов 1 представлены в виде двух последовательно соединенных блоков, эквивалентное сопротивление одного из них, например 62, равно реактивному индуктивному сопротивлению системы (без двигателя), второй блок батареи конденсаторов (65-68) предстаатя 5 1474 ет собой ряд параллельно соединенных секций батареи конденсаторов 1, которые при переключении их на последовательное соединение с последую 5 щим параллельным включением с нагрузкой обеспечат номинальный режим работы каждой секции батареи конденсаторов 1 при номинальном и повьппенном напряжении сети. ОЭквивалентное сопротивление последовательно соединенных блоков секций батареи конденсаторов 1 будет больше, (но менее чем в 2 раза), чем реактивное сопротивление системы. 15 Теоретически и экспериментально ус. тановлено, что при пуске нагрузки (асинхронного двигателя, трансформатора) последовательно соединенные с нагрузкой конденсаторы, реактивное 20 сопротивление которых находится в указанных пределах, сокращают время пуска, что положительно сказывается на режиме работы сети в целом.Б. Пуск нагрузки (асинхронного 25 двигателя) обусловлен глубокими снижениями напряжения. В этом случае последовательно соединенные блоки сек,ций батареи конденсаторов, подсоединенные последовательно с асинхронным ЗО двигателем, обеспечат форсированный . пуск, а тиристорный ключ 13 с элементами 7, 21, 24 и 47 управления обеспечат защиту последовательно соединенных секций батареи конденсато" ров от субгармонических колебаний и перенапряжений, так как при глубо-. ких снижениях напряжения силовые 31. и 34 и управляющий 48 ключи разомкнуты, а силовые 32 и 33 и управляющий 47 ключи замкнуты, пороговый элемент 21 сработает и зашунтирует через резистор 1 8 последовательно соединенные блоки секций конденсаторной батареи 1 только в том случае, если на пряжение на них превысит удвоенное допустимое одной секции батареи кон" денсаторов.В.,Пуск закончился. Датчик .4 параметров сети со своего выхода 6 передает информацию через стабилитроны 56 и 57 на входы 71 и 72 блока 55 управления. Если напряжение сети номинальное или несколько ниже, то с выходов 76, 78 и 73 блока 55 управления подаются сигналы на размыкание силовых 32 и 33 и управляющего 47 ключей, а с выходов 75, 77 и 74 пода-, ются сигналы на замыкание силовых 31.,758 6и 34 и управляющего 48 ключей. Таким образом блок секций 62 батареи кон" денсаторов 1, реактивное сопротивление которого равно реактивному сопротивлению системы, оказывается включенным последовательно с нагрузкой, а секции 65 и 68 батареи конден" саторов 1, включены последовательно между собой и параллельно нагрузке, обеспечивая компенсацию реактивной мощности нагрузки.Устройство защиты в этом случае с помощью силового ключа 31 включенопараллельно секции 63 батареи конденсаторов 1. Замкнутый управляюший ключ 48 вводит в работу второй пороговый элемент 28, который сработаети зашунтирует секцию 62 батареи конденсаторов 1 в том случае, когда в сети будут иметь место перенапряжения и субгармонические колебания. Шунтирование секции 62 батареи конденсаторов 1 тиристорным ключом 13 через резистор 8 при перенапряжениях в сети снизит напряжение на нагрузке на величину добавочного напряжения, получаемого нагрузкой с последовательно соединенной с ней: секции 62 батареи конденсаторов 1.Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает форсированный пуск нагрузки, повышение напряжения на нагрузке при низком уровне напряжения сети с одновременной компенса" цией реактивной мощности нагрузки и снижение напряжения на нагрузке при повьппении его в сети вьппе номинального с одновременной поперечной компенсацией.Предложенная схема защиты от перенапряжений и субгармонических колебаний является универсальной, так как при пусках и пониженных напряжениях в сети она выполняет свои прямые функции, т.е. защиту батареи конденсаторов, а при перенапряжениях в сети, кроме прямых функций, еще и до- бавочную - снижение напряжения на на" грузке. Использование одной и той же батареи конденсаторов как для продольного, так и для поперечного включения с нагрузкой, расширяет. функциональные возможности устройства, делает его универсальным и соответственно делает его экономичным, так как вместо двух конденсаторных батарей с разделенными функциями продольного:и поперечного включений приме"1474 758 саторовсоединены по схеме продольной компенсации, что позволяет осуществить форсированный пуск асинхронного двигателя.Работа в установившемся режиме принапряжении сети ниже номинального.Если напряжение в сети ниже номинального, но достаточное для срабатывания первого стабилитрона 56, тона входах 71 и 72 блока 55 управления и входах 80 и 81 логического элемента ИЛИ 79 сигналы будут соответст-.венно "1" и "0", что сформирует наего выходе 82 сигнал "1", который подается на выходы 73-77 блока 55 управления, кроме того, сигнал "1" подается на вход 84 логического элемента И-НЕ 83, на второй вход которого 85 подан сигнал "0", что оставляет на его выходе сигнал "1", которыйподается через устройство .87 временной задержки на выход 78 блока 55 управления. Таким образом сигнал "1"подается на управляющие зажимы всехключей, что приводит к тому, что клю"чи 31, 34 и 48 оказываются замкнутцми, а ключи 32, 33 и 47 - разомкнутыми, а это приводит к тому, что первая секция 62 батареи конденсаторов1 оказывается включенной последовательно с нагрузкой, а последовательно соединенные между собой секции 65и 68 включены параллельно нагрузке,защита от перенапряжений и субгармонических колебаний осуществляется спомощью второго порогового элемента28, уровень срабатывания которогов два раза меньше, чем у первого, исоответствует номинальному напряжению первой секции 62 батареи конденсаторов 1.В работе при напряжении сети вышеноминального допустимьг два варианта.Первый вариант приведен в описаниизаявки в пункте В.Второй вариант реализуется с помощью блока 55 управления, на входы 71 и 72 которого подан сигнал "1", что приводит к изменению комбинации сигналов на входах 80.и 81 логического элемента ИЛИ 79 и входах 84 и 85 логического элемента И-НЕ 83, причем если изменение комбинации сигналов на элементе ИЛИ 79 ". на "1", "1" не приводит к изменению сигнала на его выходе 82, а следовательно, и на состоянии ключей 31, 32, 34, 47 и 48, то изменение комбинации сигналов на иена одна секционированная батареяконденсаторов. Кроме того, предложенная схема расположения силовых ключей и секционирование батареи конденсаторов позволяют использовать какпродольную, так и поперечную компенсацию на одной стороне трансформатора.Поскольку управление ключами осуществляется в функции только напряжения питающей сети для трех егоуровней, то выполнение блока управления может быть любым, стандартным,обеспечивающим состояние описанныхсиловых и управляющих ключей.Работа блока управления (фиг.2)осуществляется следующим образом.В исходном положении ключи 31, 34и 48 нормалцно разомкнуты, а ключи32, 33 и 47 нормально замкнуты,т.е.в данной конкретной схеме последовательно с нагрузкой включены запараллеленные между собой вторая 65 и третъя 68 секции и последовательно с ни ми включена первая 62 секция батареиконденсаторов. Эквивалентное сопротивление батареи конденсаторов 1больше сопротивления системы, чтообеспечивает форсированный пуск и эа 30щиту от перенапряжений последовательно соединенных секций.Пуск асинхронного двигателя со" провождается уменьшением напряжения сети в узле нагрузки, поэтому сигнал с выхода 6 датчика 4 параметров сети через стабилитроны 56 и 57, поданный на входы 71 и 72 блока 55 управления, недостаточен для срабатывания стаби" .литронов 56 и 57, что формирует сигналы "0" на входах 71 и 72 блока 55 управления и входах 80 и 81 логического элемента ИЛИ 79, на выходе которого 82 при этом формируется сиг" нал О ; который подается на выходы 45 73-77 блока 55 управления, сигналы "0" лодаются на управляющие. входы 51, 54, 37, 40 и 46.ключей 47, 48, 31, 32 и 34, т.е. состояние этих ключей в период. пуска не изменилось по .сравнению с исходным, не изменилось50 и состояние третьего ключа 33, так как. устройство 87 временной задержки (в простейшем случае цепь К-С) на период пуска задерживает изменение сигнала "0" на выходе 78 блока 55 уп"55 равления, что оставляет третий силовой ключ 33 в исходном .состоянии. Та- ким образом, секции батареи конден40 9 1474 входах 84 и 85 элемента И-НЕ 83 приведет к Формированию на его выходе сигнала "О", который через устройство 87 временной задержки подается на выход 78 блока 55 управления, а затем на управляющий вход 43 силового ключа 33, что и приводит ключ в замкнутое состояние. Таким образом, первая секция 62 батареи конденсато ров 1 зашунтирована через резистор 18 тиристорным ключом 3, вторая секции 65 зашунтирована замкнутым сило" .вым ключом 31 и параллельно нагрузке подсоединена только третья секция 6815 Так как сопротивление параллельной секции. уменьшилось, увеличилась степень компенсации реактивной мощности в узле нагрузки. Номинальное напряжение третьей секции не должно быть 20 ниже напряжения сети.В общем случае работа блока управления может быть выражена функциями, составленными на основании законов алгебры логики, Если входными величи нами на входах 80, 81, 84 и 85 логических элементов 79 и 83 являются сигналы Х 71 = Х и Х 72 = Х,сформированные на выходах 59 и 61 стабилитронов 56 и 57, то функциональные 30 зависимости выходных сигналов 773, 774, 775, 776, 777 и 778 на выходах 73-78 блока 55 управления следующие:, = 73 Х 74 = 75 = 76 - 77- " 771 + Х 72 = Х + Х,35У= 778 = У 73. Х 71(Х 71 + + Х 72) Х 71 = (Х+ Х )Х,Формула изобретения Устройство для регулирования напряжения, содержащее батарею конденсаторов, датчик параметров сети, два диода управлякщих импульсов, тиристорный ключ, резистор, пороговый эле мент, несимметричный делитель напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно . снабжено вторым пороговым элементом, четырьмя силовыми ключами и двумя управляющими ключами, блоком управления и двумя стабилитронами, а батарея конденсаторов выполнена секционированной, причем блок управления имеет входы первый Хи второй Хи выходы с первого по пятый У, = У 1 = У = У= У, = Уи шестой У и реализует 758 10функции 71= Х+ Х, У У (Х,+ + Х)Х, при этом первый выход первой секции батареи конденСаторов подключен к выводу для подключения к се-; ти и одному выводу резистора, второй вывод первой секции батареи конденса" торов соединен с первым выводом второй секции батареи конденсаторов и с первыми выводами первого и второго силовых ключей, а второй вывод второй секции батареи конденсаторов подключен к первому выводу третьего си". лового ключа и к первому выводу третьей секции батареи конденсаторов, другой вывод которой соединен с первым выводом четвертого силового ключа и вторым выводом второго силового ключа, второй вывод третьего силово го ключа соединен с выводами для подключения к нагрузке, с выводом несимметричного делителя напряжения и выводом тиристорного ключа, второй вывод которого соединен с вторым выводом несимметричного делителя напряжения и вторым выводом резистора, третий вывод несимметричного делителя напряжения соединен с первыми вы" водами пороговых элементов, второй вывод первого порогового элемента соединен с первым выводом первого управлякщего ключа, второй вывод второго порогового элемента соединен с первым выводом второго управляющего ключа, а вторые выводы управляющих ключей соединены между собой и с анодами первого и второго диодов управляющих импульсов, катоды диодов соединены с управляющими электродами первого и второго тиристоров ключа соответственно, второй вывод первого силового ключа соединен с выводами для подключения .к нагрузке, второй вывод четвертого силового ключа соединен с нейтралью, датчик параметров сети через последовательно соединенные стабилитроны соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с общей точкой соединения стабилитронов, с первого по пятый выходы блока управпения соединены с управляющими входами первого и второго управляющих ключей, с третьими выводами первого, второго и четвертого силовых ключей соответственно, шестой выход блока управления соединен с третьим выводом третьего силового ключа.1474758г.гСоставитель О,Наказная Редактор Л,Гратилло Техред,А.Кравчук Корректор Н,Корольаз 1903/52 Тираж 694 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород 11Гагарина