Способ регулирования реактивной мощности

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И Я н 11 56148 Союз Советских Социалистических Республикнением заявкис прис Государственный комитет Совета Министров СССР, по делам изобретений(23) ПриоритетОпубликовано 30.05.76. БюллетеньДата опубликования описания 04,10.7(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Изобретение относится к способам регулирования реактивной мощности и симметрирования режима многофазной сети.Известен способ регулирования реактивной мощности, основанный на несимметричном регулировании многофазного преобразователя, выполненного из соединенных последовательно на стороне постоянного тока однофазных двухполупериодных управляемых преобразователей, выходы которых шунтированы управляемыми вентилями.Недостатком известного способа является сложность устройств, его реализующих, а именно для реализации известного способа необходимо каскадное соединение однофазных двухполупериодных выпрямителей, количество которых равно удвоенному числу фаз многофазной сети,Целью изобретения является симметрирование режима сети при .любых видах нагрузки.Указанная цель достигается благодаря тому, что осуществляют широтно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преобразователей путем шунтирования выхода однофазного управляемого преобразователя при помощи дополнительного управляемого вентиля в момент его запирания, затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль и повторно включают управляемые вентили однофазного двухполупериодного преобразователя, при этом меняют длительность пауз между импульсами.На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый 5 способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и тока в режиме максимальной генерации реактивной энергии; на фиг. 3, фиг. 4 временные диаграммы напряжений и тока в режиме уменьшенной генерации реак тивной энергии при широтном и широтно-импульсном регулировании соответственно; на фиг. 5 - временные диаграммы напряжений и тока в режиме максимального потребления реактивной энергии; на фиг. 6, 7 - временные 15 диаграммы напряжений н тока в режимеуменьшенного потребления реактивной энергии при широтном н широтно-импульсном регулировании соответственно; на фиг. 8 - векторная диаграмма напряжений и тока прн 20 симметрнрованнн режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети; на фиг. 9 - эквивалентная схема нагрузки; на фиг. 10, 11 - временные диаграммы напряжений и тока прн стабилизации коэффициента 25 мощности и снмметрировании режима трехфазной сети прн широтном и шнротно-импульсном регулировании соответственно.На временных диаграммах напряжений моменты прохождения тока по обмоткам выде лены жирными линиями.Временные диаграммы напряжениЙ и 7 ока пр 1 едепы дл 5 слчая пдеалы 10 ГО трансформ 5,.;тор 1, вентилей и идеально сглажешого ока.Временные диаграммы напряжений и тока прн широтно-импульсном регулировании приведены для закона регулирования, при котором количество импульсов постоянно, импульы тока юеют равную длительность и равное ра, стояние между ними.На фиг. 1 изображен управляемый выпрямиггель 1 с искусственной и независимой ком. сутанСй каждОЙ фазь 1, датчик Выпр 51 млеп 0- го тока 2, сглаживающий дросссль 3, устрой"тео управлен 151 4, Датчик тока трехфазнОЙ с(51 6, нагрузка 6, трансформатор 7.3;:схфаз,ЫЙ17 равляемыЙ выпр 5 митель 1 со(Опт из каскадно соединенных Сднофазных д;1, хпилупериодпьх управляемых выпрямите леЙ 8 - 10 фаз со средней точкой, устройства 11, 1 ссусствеппоЙ комутации, полуоомоток 12, 12, 13, 13, 14 и 14 вторичной обмотки трансформатора, основных вентилей 15 - 20 вьр 5 Нпеле 1, шунтпруощих вентилей 21 - 23, управляемых вентилей 24 - 29, вентилей 30 - 33 устройства нскуссВенной коммутации, конденсатора 34, обкладок 35, 36 конденсатора,В рсжиме максимальной генерации реактивной энергии при заданном значении выпрямленного тока 1- опережающий угол регулирования трехфазного управляемого выпрямителя с искусственной коммутацией а= - 90 эл. град. Ширина импульса тока при широтном регулировании максимальна и равна, например, 180 эл, град. При широтно-импульсном регулировании длительность импульса тока при этом также максимальна и, например, равна 60 эл, град.; общая длительность трех импульсов тока равна 180 эл. град (фиг. 2, а, б).Амплитуда первой гармоники тока однофазных двухполупериодных управляемых выпрямителеп 8 - 10 максимальна, первая гармоника тока опережает напряжение соответствующей фазы на 90 эл. град и количество генерируемой реактивной энергии максимально.На фиг. 2, б показаны ток однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя 8 и первая гармоника указанного тока.Для уменьшения количества генерируемой реактивной энергии при выпрямленном токе 1 равном току уставки, уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании. При симметричном регулировании переднего и заднего фронтов импульсов смещения гармоник не происходит, первая гармоника тока при этом опережает напряжение соответствующей фазы на 90 эл.град.При уменьшении ширины импульсов уменьшается амплитудное значение первой гармоники тока и уменьшается количество генерируемой реактивной энергии (фиг. 3, 4).4На фиг. 4, а - е приведены временные диаграммы напряжения и тока однофазных двухполупериодных управляемых выпрямителей 8 - 10 соответственно при широтно-импульсном регулировании. В режиме максимального потребления реактивной энергии, как и в режиме максимального генерирования, ширина импульса тока при широтном и длительность импульса тока при широтно-импульсном регулировании максимальна, но угол регулирования а отстает и равен 90 эл. Град. При этом амплитуда пер. вой гармоники тока однофазных двухполупериодных управляемых выпрямителей 8 - 10 максиална и первая гармоника тока Отстает от напряжения соответствующей фазы на 90 эл. град (фиг. 5).Для уменьшения потребления реактивной энергии уменьшают ширину импульса тока при широтном или длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулировании, осуществляя симметричное регулирование переднего и заднего фронтов импульсов тока. При этом первая гармоника тока отстает от напряжения соответствующей фазы на 90 эл. град и уменьшается только амплитуда первой гармоники (фиг. 6). 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 На фиг, 7, а - е приведены временные диаграммы напряжений и тока однофазпых двухполупериодных выпрямителей 8 - 10 соответственно при широтно-импульсном регулировании.При несимметрии токов и отклонении коэффициента мощности многофазной сети от заданного значения при выпрямленном токе 1 О,равном току уставки, осуществляют широтноеили широтно-импульсное регулирование однофазного двухполупериодного управляемоговыпрямителя каждой фазы. Полохсение и ширину импульса тока при широтном или положение последовательности импульсов тока иих длительность при широтно-импульсном регулировании каждого однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя устанавливают в зависимости от несимметрии режима, коэффициента мощности многофазнойсети и величины выпрямленного тока. Приэто происходит пофазное регулирование реактивной мощности однофазными управляемымивыпрямителями фаз при одновременном отборе активной мощности от менее нагруженныхфаз и инвертировании ее в более нагруженные фазы.Пусть в трехфазной сети векторная диаграмма линейных токов 1 А, 1 В и 1 С имеет вид,приведенный на фиг. 8, При этом нагрузка сети может быть представлена эквивалентнойнагрузкой, приведенной на фиг, 9,Линейные токи трехфазной сети 1 А, 1 В и1 С (фиг. 8) равны разности соответствующихвекторов 1 СА, 1 АВ, 1 ВС фазных токов эквивалентной нагрузки:При равенстве векторов первых гармоник тока первичных обмоток АВ, ВС и СА трансформатора 7 (фиг. 1) соответственно ЛЬв, Л 1 вс, Л 1 сА (фиг. 8), токи обратной последовательности, созданные указанными токами, равны по модулю и противоположны по фазе токам обратной последовательности нагрузки б, Реактивная составляющая тока прямой последовательности первичных обмоток АВ, ВС, СА трансформатора 7 противоположна по фазе реактивной составляющей тока прямой последовательности нагрузки и при заданном коэффициенте мощности трехфазной сети, равном 1, равна по модулю. При этом линейные токи отсимметрированной трехфазной сети с коэффициентом мощности, равным заданному (например, сов ср=1) определяются параметрами нагрузки, режимом устройства, реализующего способ, и равны (фиг. 8):1 А= 1 АВ+ Л 1 АВ - (1 СА+ Л 1 СА);1 В = 1 ВС+ Л 1 ВС - (1 АВ+ Л 1 АВ) 1 С = 1 СА + Л 1 СА - (1 ВС+ Л 1 ВС). где 1 А, 1 В; 1 С - векторы линейных токов отсимметрцрованной трехфазной сети при сову=1;1 АВ; 1 ВС; 1 СА - векторы фазных токов эквивалентной нагрузки (фиг. 9);Л 1 АВ; Л 1 ВС; Л 1 СА - векторы первых гармоник, приведенных к первичной обмотке трансформатора 7 токов однофазных, двухполупериодных управляемых выпрямителей 8 - 10.При широтно-импульсном регулировании управление может осуществляться по любому известному закону, например синусоидальному, трапецеидальному и т. и., что позволяет существенно уменьшить количество высших гармонических составляющих тока, генерируемых в сеть устройством, реализующим способ. Рассмотрим процесс симметрирования режима и стабилизации коэффициента мощности трехфазной сети при несимметричных линейных токах 1 А, 1 В, 1 С (фиг. 8), вызванных несимметричной нагрузкой, эквивалентная схема, которой приведена на фиг. 9, и приведенном к первичной обмотке трансформаторавыпрямленном токе 1 в 3,96 раза меньшем амплитудного значения линейного тока 1 С максимально нагруженной фазы.При этом для симметрирования режима сети и поддержания коэффициента мощности равным 1, ток Л 1 с 1 В первичной обмотки АВ трансформатора 7 отстает по фазе от напряжения (1 АВ на угол 51 эл.град ц происходит 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 потребление активной ц реактивной эцсргцц цз сети; ток ЛВС первичной обмотки ВС трансформатора 7 отстает по фазе от наполжения 11 ВС на 180 эл. град. и происходит инвертирование активной энергии в сеть; ток Л 1 СА первичноц обмотки СА трансформатора 7 опережает по фазе напряжение с 1 СА на угол вэл,град. и происходит потребление активной энергии из сети, генерируется реактивная энергия (фиг. 8). Временные диаграммы напряжений и тока при этом прц широтном ц широтно-импульспом регулировании прцвсдецгл ца фцг. 10 ц 11 (на фиг. 10, 11 приведены временные диаграммы напряжений и тока однофазных двухполупериодных выпрямителей 8 - 10 соответственно фаз АВ, ВС и СА).Снмметрирование режима ц стаоцлизаццл коэффициента мощности сети прц неизменной нагрузке может осуществлятьсл прц различных значениях выпрямленного тока. Прп этом изменяется только ширина импульса тока прц широтном илц длительность импульсов тока при широтно-импульсном регулцрованци для поддержания необходимого знаенил амплитуды первоц гармоники тока.При широтно-импульсном цли ш гротцом регулировании выход каждого однофазцого двухполупериодного управляемого выпрямителя со средней точкой закорачцвают на время паузы управляемым вентилем, который открывают сигналом устройства управления 4 после запиранцл проводящего управляемого гецтцля однофазного выпрямителя. а закрывают при помощи устройства цскусствсппОЙ коммутации 11, после чего открывают очередной вступаюший в работу управляемый вентиль однофазного двухполуперцодпого выпрл п 1- теля.Устройство, реализующее прсдлагас ый способ, работает следующим образом,Пусть открыты управллемьс всптцлц 15. 17 и 19 однофазных двухполупериодньх гыпрямителей 8 - 1 О соответственно конденсатор 34 мостового устройства искусственной коммутации 11 заряжен и его обкладка 35 имеет положительный потенш:ал. Выпрямленный ток проходит по цепи: управляемыц вентиль 15, полуобмотка 12, управляемый вентиль 17, полуобмотка 13, управляемый вентиль 19, полу- обмотка 14, сглаживающий дроссель 3 ц датчик выпрямленного тока 2 (фцг. 1).Для запирания управляемого вентиля 15 сигналом устройства управления 4 открывают управляемыс вентили 24, 31, 32, 25 ц напряжение конденсатора 34 прикладывается и последовательно соединенным управляемому вентилю 15 п полуобмотке 12. Управляемый вентиль 15 закрывается.По цепи: вентили 24, 31, конденсатор 34, вентили 32, 25, 17, полуобмотка 13, вецтцль 19, полуобмотка 14, сглажцваюц 1 цй дроссель 3, датчик выпрямленного тока 2 - проходит ток. 1(Оцдецсатор 34 персзарлжассл, и ео516148 уп1 сн,и обкладка Зо приооретает положительн.Й потенциал. После достижения заданного напряжения на конденсаторе 34 сигналом устройства управления 4 открывают, например, вентиль 21. Вентили 24, 31, 32 и 25 закрываются, При этом выпрямленный ток проходит по цепи; вентиль 21, каскадно соединенные однофазные двухполупериодные выпрямители 9 и 10, сглаживающий дроссель 3 и датчик выпрямленного тока 2,Для запирания управляемого вентиля 21 открывают вентили 24, 30, 33 и 25. После перезаряда конденсатора 34 и достижения на нем заданного значения напряжения сигналов устройства управления 4 открывают очередной вступающий в работу управляемый вентиль. Вентили 24, 30, 33 и 25 закрываются.Лналогично описанному осуществляется искусственная коммутация управляемых вентилей однофазных выпрямителей 9 и 10. Формула изобретения Способ регулирования реактивной мошности, основанный на несимметричном регулиро вании фаз многофазного преобразователя,выполненного из соединенных последовательно на стороне постоянного тока однофазных двухполупериодных управляемых преобразователей, выходы которых шунтированы уп равляемыми вентилями, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью симметрирования режима многофазной сети при любых видах нагрузки, осуществляют широтно-импульсное регулирование однофазных двухполупериодных преоб разователей путем шунтирования выхода однофазного управляемого преобразователя при помощи дополнительного управляемого вентиля в момент его запирания, затем по истечении паузы запирают дополнительный вентиль 20 и повторно включают управляемые вентилиоднофазного двухполупериодного преобразователя, при этом меняют длительность пауз между импульсами.516148 7 гО у"т тоиа тгшоюиг кеиа вг ставитель Л, ДементьеТекред Т. Курилко Редакт Левят ррсктор Л. Орлов Заказ 205/5ЦН ПодписноССР ппографпя, пр. Сапунова 1 Ю Изд.1554 И Государственного по делам изо 113035, Москва, Ж