Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности

, 50167 5)5 Н 02 3 3/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Г .1 ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) А.С, Копанев, Б.М. Наумов и И.К. Юренко(56) Авторское свидетельство СССР В 754567, кл. Н 02 3 3/18, 1979.Авторское свидетельство СССР М 1267532, кл. Н 02 3 3/18, 1985.(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ(57) Изобретение относится к злекротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, имеющих в Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, имеющих всвоем составе многоэонные тиристорныевыпрямительно-инверторные преобразователи,Целью изобретения является повышение точности регулирования реактивной .мощности и надежности,На фиг. 1 изображена функциональнаясхема устройства для автоматического регулирования реактивной мощности; на фиг. 2,3, 4 - временные диаграммы работы блокасинхронизации; на фиг. 5, 6 - временныедиаграммы работы блока управления.Устройства содержит датчик 1 режимасети, включающий в себя трансформатор 2напряжения, подключенный к питающей сесвоем составе многоэонные тиристорные выпрямительно-инверторные преобразователи. Цель изобретения - повышение точности регулирования реактивной мощности и надежности, Это достигается тем, что блок 14 синхронизации, обеспечивающий получение сигнала в момент перехода через ноль питающего напряжения независимо ат степени искажения последнего, своим входом подключен на выход трансформатора 2 напряжения, а выход - к синхраниэирующему входу блока 10 импульснофазового управления и к счетному входу триггера 20 блока 13 управления, вход которого подключен к выходу трансформатора 3 тока, а выход - к управляющему входу блока 10 импульсно-фазового управления, Это позволяет получить автоматическую подстройку фазы синхроимпульса. 6 ил. ти, и трансформатор 2 тока нагрузки, включенный в цепь нагрузки 4, в качестве которой используется мнагоэвенные тиристорные выпрямительно-инвертарные преобразователи, источник реактивной мощности 5, подключенный параллельно питающей сети и состоящий иэ последовательно соединенных индуктивнасти 6, емкости 7 и двух встречно-параллельных включенныхтиристоров 8 и 9, управляющие электроды которых соединены с выходом блока 10 импульсно-фазового управления, включающего соединенные последователь. но фазасдвигающий узел 11 и формирователь-распределитель 12 импульсов, входы блока 10 импульсно-фазового управления подсоединены к выходу блока 13 управления и к выходу 14 синхронизации. Блок 1310 15 20 25 30 35 40 45 55 управления, вход которого подключен к выходу трансформатора тока 3, содержит регулятор 15 сдвига фаз, один из входов котооого подключен к выходу задатчика 16 сдвига фаз, а другой - к выходу первого логического элемента ИЛИ 17, входы которого подключены к выходам первого и второго логических элементов И- НЕ 18 и 19, подключенных первыми входами к входам триггера 20, при этом второй вход элемента И - НЕ 18 подключен к выходу нуль-органа 21 и входу первого элемента НЕ 22, подключснного выходом к второму входу второго элемента И - НЕ 19, Вход нуль-органа 21 подключен через фильтр 23 первой гармоники тока к выходу трансформатора 3 тока, Блок 14 синхронизации содержит фильтр 24 первой гармоники питающего напряжения, соединенный последовательно с первым нуль-органом 25, управляемым элементом 26 задержки и формирователем 27 синхронизирующих сигналов, выход которого подключен к входам фазосдвигающего устройства 11 блока импульсно-фазового управления 10 и к счетному входу триггера 20, второй нуль-орган 28, присоединенный входом к выходу трансформатора напряжения 2 и соединенный последовательно с первым логическим элементом И 29,вторым логическим элементом ИЛИ 30, дифференциальным усилителем 31, второй вход которого подключен к выходу управляемого элемента задержки 26, и интегратором 32, выход которого подключен к второму входу управляемого элемента 26 задержки, причем выходы нуль-органов 25 и 28 включены также через элементы НЕ 33 и 34 к входам логического элемента И 35, а вход третьего элементе НЕ 33 соединен с вторым входом эл ем е н та И 29.Устройство рабаеследующим образом.При регулировании тока нагрузки 4 появляется сдвиг по фазе между выходными напряжениями трансформаторов 3 тока и напряжения 2, который характеризует меру потребления реактивной мощности нагрузкой 4,Для автоматической компенсации реакгивной мощности, потребляемой нагрузкой 5 4, устройство обеспечивает регулирование гла открытия тиристоров 8, 9, источника 5 оеактивной мощности в зависимости от величины указанного сдвига фаз,Блок 14 синхронизации, на вход котороо поступают сигналы с трансформатора 2, обеспечивает получение сигналов точно в момент перехода через нуль питающего напрякения независимо от степени фазовых и эмпли 1 удных искажений послРлнего, которые используются для синхронизации блока 10 импульсно-фазового управления и для фиксаЦии момента начала измеренияфазового сдвига тока нагрузки относительно питающего напряжения в канале 13 управления.Получение сигнала точно в момент перехода через ноль питающего напряженияпроисходит следующим образом, Питающее напряжение О 1 (фиг, 2-4) через измерительный трансформатор напряжения 2, подается на вход выделяющегопервую гармонику фильтра 24, который управляет работой нуль-органа 25. На выходе нуль-органа 25 формируются импульсы прямоугольной формы О 4 (на фиг. 4 показан процесс для одного полупериода, поэтому импульсы О 4 однополярные), длительность которых равна длительности полупериода напряжения О 2 за фильтром 24, а фазапереднего и заднего фронтов определяется моментом перехода этого напряжения через ноль. Импульсы О 4 используются затем для запуска (синхронизации) генератора опорного напряжения, который включен на синхронизирующем входе элемента 26 задержки. На выходе элемента 26 задержки формируются импульсы прямоугольной формы О 5, передний фронт которых совпадает с фронтом импульсов О 4, т,е. с моментом изменения знака напряжения О 2 за фильтром 24, а длительность Л а устанавливается такой, чтобы задний фронт совпадал с моментом изменения знака, питающего напряжение О 1, По заднему фронту импульсов 05 блоком 27 формируются сигналы, которые используготся затем для синхронизации блока 10 импульсно-фазового управления и канала 13 управления фазой открытия тиристоров 8 и 9 источника 5 реактивной мощности За счет установки определенной длительности Ла импульсов О 5 т.е. задержки начала фор пирования синхронизирующих сигналов, да выходе элемента задержки 26 компенсируется влияние на точность синхронизации постоянного фазового сдвига т - рмежду питающим напряженйем О 1 и напряжением за фильтром О 2, величина которого обусловлена только параметрами используемого трансформатора 2 и элементов фильтра 24. Однако, как отмечалось выше, в условиях эксплуатации фазовый сдвиг определяется не только выбранными характеристикамифильтра 24, но в сильной степени зависит от изменения частоты и степени искаженияформы питающего напряжения О, от температуры и технологических изменений параметров элементов схемы устройства.прямо пропорционально изменению величины фазового сдвига будет менятся фаза синхронизирующих сигналов, что снижает показатели источника 5 реактивной мощности.Для компенсации влияния нестабильности Фазового сдвига на точность синхронизации в предлагаемом устройстве выходное напряжение измерительного трансформатора 2 напряжения подается также на вход нуль-органа 28 (фиг, 1). На выходе нуль-органа 28 формируются импульсц прямоугольной формц, длительность которых равна длительности полупериода питающего напряжения 01, а передний и задний фронт совпадают с точками перехода этого напряжения через нулевое значение (фиг. 2,фиг. 4).Нуль-орган реагирует только на изменение знака входных сигналов и поэтому длительность и форма импульсов Оз не зависит от уменьшения питающего напряжения в зоне углов коммутации. Импульсы Оз сравниваются по длительности и по фазе с выходными импульсами 04 нуль-органа 25. В один полупериод питающего напряжения сравнение осуществляется элементом совпадения, выполненном на логическом элементе И 29, а в другом полупериоде - элементом И 35, предварительно произведяинверсию в логических элементах НЕ 33, 34Фаза переднего фронта сигналов сравнения на выходе элементов совпадения 29 и 35 определяется фазой переднего фронта сигналов 04, а задний фронт совпадает с задним Фронтом сигналов на выходе нуль-органа 28, В соответствии с этим длительность этих сигналов сравнения соответствует истинному (текущему) значению фазового сдвига л - р (фиг, 24) между напряжением питания 01 и напряжением 02 за фильтром. Сигналы сравнения с выходов элементов И 29 и 35, проходя через логический элемент ИЛИ 30, подаются на прямой вход дифференциального усилителя 31, на второй (инверсный) вход которого подаются импульсы 05 с выхода элемента 26 управляемой задержки, При равенстве амплитуд сигналов Ов и 05 на выходе дифференциального усилителя 31 формируются импульсы прямоугольной формы 07, длительность которых равна разнице между фактической (истинной) величиной фазового сдвига л-у напряжения 02 за фильтром и установленной величиной задержки Ла начала формирования синхронизующих сигналов, причем, если Ьал - у, импульсы 07 отрицательны и формируются в начале второй полуволнц питающего напряжения 01, если5 10 15 20 25 30 3540 45 50 55 Ьа ,7 т - 7- они положительны и формируются э конце первой полуволны О (фиг. Зфиг, 4), При соблюдении равенства Ьа:= к - р выходное напряжение 07 дифференциального усилителя 31 равно нулю (фиг, 2). Здесь определяется не только величина разницы между фазовым сдвигом й - р напряжения за фильтром 24 и величиной задержки Ла начала формирования синхронизирующих сигналов, но и знак этой разницы, Импульсы с выхода дифференциального усилителя 31 подаются на вход интегрирующего элемента 32, для которого справедливо следующее соотношение:о = - 3 07 а,огде Овых - напряжение на выходе интегрирующего элемента;т - постоянная времени интегрироаания,07 - амплитуда входных сигналов, Из приведенного соотношения следует, что при неизменной амплитуде импульсов 07 выходное напряжение интегратора 32 пропорционально усредненной за время т их длительности. Усреднение длительности сигналов 07, которые формируются с использованием сигналов на выходе нуль- органа 28, эквивалентно также усреднению момента перехода через ноль питающего напряжения 01. Выходные напряжения интегратора 32 подаются на управляющий вход элемента 26 задержки, В зависимости от его значения меняется величина задержки Ланачала формирования синхронизирующих сигналов. Устойчивое состояние схемы наступает в том случае, если за период квантования 7, равный длительности полупериода питающего напряжение, сумма всех сигналов на входе интегратора 32 равна нулю. Указанные условия равновесия имеют место только при наличии временного совпадения сигналов 05 и Об на входе дифференциального усилителя 31, когда на его выходе импульсы 07 отсутствуют. При этом Ла = л - р и момент формирования заднего фронта импульсов 05 на выходе элемента задержки 5, а, следовательно, и момент формирования синхронизирующих сигналов на выходе формирователя 6 совпадают с моментом перехода питающего напряжения через нулевое значение (фиг. 2). Любые изменения длительности Ьа импульсов 05 на выходе элемента 26 задержки или фазы я - р напряжения 02 за фильтром 24 приводит к нарушению указанного устойчивого состояния, т.е, к появлению условий работы схемы, показанных на фиг. 3 или фиг, 4, 1674306На выходе интегрирующего элемента 31 появляются изменяющиеся по величине напряжения, под действием которых начинает изменяться длительность Ла выходных импульсов 05 элемента 26 задержки. Это изменение продолжается да тех пор, пока длительность Ла сигналов вновь стаНЕт РаВНОй ВЕЛИЧИНЕ фаЗОЯОГО СДВИГа л - р. Независимо от искажений формы кривой питающей напряжения 01 синхронизации блока 10 импульсно-фазового управления и блока 13 управления будет осуществляться по усредненному моменту перехода этого напряжения через нулевое значение, Следует иметь в виду, что при отсутствии фазовых искажений формы кривой питающего напряжения момент формирования синхронизирующих сигналов будет совпадать с текущим значением момента перехода через ноль этого напряжения,В блоке 13 управления производится замер фазы первой гармоники тока относительно синхронизирующих сигналов и сигнал, пропорциональный фазе, поступает на вход регулятора 15 фазового сдвига в качестве обратной связи. В качестве уставки регулятора 15 используется сигнал с задатчика 16, обеспечивающий при нулевом сигнале обратной связи сдвиг фазы открытия тиристоров 8 и 9 в л;(фиг. 5), Соответственно сигналу обратной связи на выходе регулятора 15 появляется напряжение, уровень которого обеспечивает сдвиг фазы импульсов управления тиристорами 8 и 9 от конца полупериода к началу на такую величину, которая обеспечивает компенсацию реактивной мощности в каждый конкретнцй момент времени оаботы нагрузки, Это обеспечивается следующим образом.На выходе фильтра 24 выделяется синусоидальное напряжение (фиг, 6 б) первой гармоники тока, сдвинутое по фазе на угол р относительно синхранизирующих сигналов (фиг, 6 а), соответствующего моментам перехода через ноль питающего напряжения. Напряжение первой гармоники тока поступает на вход нуль-органа 21, на выходе которого формируются двухполярные сигналы прямоугольной формы, длительность которых равна длительности полупериода напряжения первой гармоники, Эти сигналы поступают на входы логических элементов И-НЕ 18 и 19, причем на элемент 18 - непосредственно, а на элемент 19 - через инвертор 22 для измерения величины сдвига фаз в оба полупериода, На другие входц элементов И - НЕ 18 и 19 подаются сигналы (фиг, 5, 6 г) прямоугольной формы с выходов триггера 20, длительность которых равна10 55 15 20 25 30 35 40 45 50 О - ю, а начальная фаза Определяется синхронизирующим сигналов, подаваемым на счетный вход триггера 20, На выходах элементов И-НЕ 18 и 19 формируются сигналы (фиг, 6 д) прямоугольной формы, длительность которых равна сдвигу па фазе между напряжением и токам нагрузки в разные, полупериадц питающего напряжения, Эти сигналы паступа,ат на входы логического элемента ИЛИ 17, на которых формируются прямоугольные импульсь., равные по длительности входным, НО сдвинутые друг относительно друга на половину перисда питающего напряжения (фиг, 6 д), Эти сигналы используатся в качестве сигналаа абратнОй связи регулятора 15 сдвиГа фаз.Выходное напряжение регулятора 15 подается на вход блока 10 импульсно-фазового управления, где соавнивается (фиг, 5, 6 е) с пилообразным напряжен.,ем, .синхронизация которого осуществляется импульсами синхоонизации, поступающими с канала ".4 (фиг. 5, 6 а). В момент сравнения выходного напряжения регулятора 15 с пилообразным блоком 1.0 импулесна-фазового управления вырабатывается сигнал, поступающий на управляющий электрод саатветствующе 1 а тиристара,8 или 9) .,Стачника реактивной мощности 5 (фиг. 5, 6 ж Изменение выходного напояжения регулятора 5 вызывает сдвиг фазы управллющи ( си нэпов(фиг. 6 ж) гиристорсв 8 и 9 источника реактивной 1 лощнасти 5, обеспечивая кам",знсацию потребляемой реактивной мощности,Получение стабильнага сигнала, соответствующего моменту перехода через ноль питающего напряжения, исключает сбои в работе тиристоров источника реактивной мощности, что повь.шает надежность устройства и позвагяет произвести точный Отсчет сдвиГа г 1 О фазе,ака чаГрузки относительно питающего напряжения и с помощью регулятора сдвига фаз .ырабатать управляющее воздействие, .:.ответствующее истинному сдвигу, навыш,:я тем самым точность регулирования, Кроме того, регулятор сдвига фаз исключает калебательные процессы в системе; сеть - ис-ачник реактивной мощнОсть нагрузки., и тем самым предотвращает перенапряжение на элементах нагрузки и источника реактизной мощности, что также повышает надежность устройства. Формула изобретения Устройства для автомагическаго регулирования реактивной мощности, содержащее датчик режима сети, включаюгций трансформаторы напряжения и тока нагрузки, блок импульсно-фазового управления,10 1674306 фиг.1 состоящий из фазосдвигающего узла, выход которого соединен с формирователем-распределителем импульсов управления, подключенным к входу источника реактивной мощности, имеющего выводы для подклю чения к питающей сети, и блок синхронизации, от л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования реактивной мощности и надежности, оно снабжено блоком управления, состоящим из 10 регулятора сдвига фаз, задатчика сдвига фаз, логического элемента ИЛИ, двух. логических элементов И-НЕ, логического элемента НЕ, триггера, нуль-органа и фильтра первой гармоники тока, причем вход фильт ра первой гармоники соединен с выходом трансформатора тока нагрузки, а выход через нуль-орган подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с одним из выходов триггера, 20 выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первый вход которого через элемент НЕ подключен к выходу нуль-орга на, а второй вход - к второму выходу триггера, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом регулятора сдвига фаз, второй выход которого соединен с выходом задатчика сдвига фаз, выход регулятора сдвига фаз 30 подключен к управляющему входу фазосдвигающего узла блока импульсно-фазового управления, источник реактивной мощности состоит из последовательно соединенных индуктивности, конденсатора и двух 35 встречно-параллельно включенных тиристоров, управляющие электроды которых соединены с входом источника реактивной мощности, общая точка их, а также второй вывод индуктивности подключены к выводам для подключения сети, а блок синхрони" зации выполнен из фильтра первой гармоники напряжения, двух нуль-органов, управляющего элемента задержки, формирователя синхронизирующих сигналов, двух логических элементов НЕ, двух логических элементов И, логического элемента ИЛИ, дифференциального усилителя и интегратора, выход фильтра первой гармоники напряжения через первый нуль-орган соединен с входами первого элемента И, первого элемента НЕ и управляемого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя и входом формирователя синхрониэирующих сигналов, выход которого соединен с входом фазосдвигающего узла блока импульсно-фазового управления и с входом триггера блока управления выход второго нуль-органа подключен к входу второго элемента Н Е и второму входу первого элемента И, выходы которого соединены с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, два входа которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов НЕ, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого через интегратор подключен к второму входу управляемого элемента задержки, входы фильтра первой гармоники напряжения и второго нуль-органа соединены с трансформатором напряжения..Чер аказ 2932 Тираж 321 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при КНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарин э Со Те тель В,КлещенкоМ,Моргентал Корре