Регулируемое устройство для симметрирования тока трехфазной нагрузки

 

РЕГУЛИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИММЕТРИРОВАНИЯ ТОКА ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКИ , содержащее три конденсаторных батареи и три регулируемыхреактора для присоединения между фазными зажимами питающей сети параллельно соответствующим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причём мощность конденсаторов выбрана в гЗ раз меньшей максимально возможной мощности активной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей и три индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и упрощения, в качестве регулируемых реакторов использованы линейные реакторы , мощность которых в два раза больше мощности конденсаторных батарей в качестве исполнительных органов регуляторов тока - тиристорные регуляторы, а система управления каждого из тиристорных регуляторов содержит блоки пропорционального преобразования, сумматор, компаратор и генератор пилообразного напряжения , причем выход датчика тока соответствующей регулятору конденсаторS ной батареи подключен к входу блока (Л пропорционального преобразования с коэффициентом 1, выход датчика тока нагрузки последующей фазы подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1/13, выход датчика тока нагрузки предыдущей фазы - к входу блок-а пропорционального преобразования с коэффициентом - 1/V3, выходы блоков пропорционального преобразования подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом компаратора к второму входу которого подключен выход генератора пилообразного напряжения , а выход компаратора соединен с блоком формирбвания управляющих импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„103252 А

3(5)) Н 02 1 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3397998/24-07 (22) 18.01.82 (46) 30.07.83. Вюл. Р 28 (72) А.А. Яценко и В.В. Тропин (53) 621.314.252(088.8) (56) 1. Гитгарц Д А., Мнухин Л А.

Симметрирующие устройства для однофазных электротермических установок.

M. Энергия, 1974, с. 43.

2. Кузнецов B.Ã., Шидловский A.Ê.

Фильтросимметрирующее устройство для повышения качества электроэнергии в сетях. — Электричество, 1976, 9 2, с. 27-32.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 729749, кл. Н 02 Т 3/26, 1980.

4. Данцис Я.Б., Жилов Г.М. Емкостная компенсация реактивных нагрузок мощных токоприемников промышленных предприятий. Л., Энергия, 1980, с. 131. (54)(57) РЕГУЛИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

СИММЕТРИРОВАНИЯ ТОКА ТРЕХФАЭНОЙ НАГРУЗКИ, содержащее три конденсаторных батареи и три регулируемых реактора для присоединения между фазными зажимами питающей сети параллельно соответствующим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причем мощность конденсаторов выбрана в УЗ раэ меньшей максимально возможной мощности активной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей и три индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и упрощения, в качестве регулируемых реакторов использованы линейные реакторы, мощность которых в два раза больше мощности конденсаторных батарей в качестве исполнительных органов регуляторов тока — тиристорные регуляторы, а система управления каждого из тиристорных регуляторов ссдержит блоки пропорционального преобразования, сумматор, компаратор и генератор пилообразного напряжения, причем выход датчика тока соотBeTcTBующей регулятору конденсаторной батареи подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1, выход датчика тока нагрузки последующей фазы подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1/1Э, выход датчика тока нагрузки предыдущей фазы - к входу блок-а пропорционального преобразования с коэффициентом — 1/Я, выходы блоков пропорционального преобразования подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом компаратора, к второму входу которого подключен вы ход генератора пилообразного напряжения,а выход компаратора соединен с блоком формирования управляющих импульсов

1032525 тока трсх4азнои нагрузки, содержащем три к онде нс аторных батареи и три регулируемых реактора для присоединения межцу фазными зажимами питающей сети параллель" î соответстнуюцим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причем моцность конденсаторов выбрана в 73 раз меньшей максимально возможной мощности несимметрии актинной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей итрк индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами, в качестве регулируемых реакторов использованы линейные реакторы, мощность которых в дна раза больше мощности конденсаторных батарей в качестве исполнительных органов регуляторов тока — тиристорные регуляторы, а скстема управления каждого из тиристорных регуляторон содержит блоки пропорционального преобразования, сумматор, компаратор и генератор пилообразного напряжения, причем выход датчика тока соответствующей регулятору конденсаторной батареи подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом 1, выход датчика тока нагрузки последующей фазы подключен к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом ) 73, выход датчика тока нагрузки предыдуцей фазы — к входу блока пропорционального преобразования с коэффициентом l/ ) 3, выходы блоков пропорционального преобразования подключены ко входам сумматора, ныход которого соединен со нходом компаратора, ко второму входу которого подключен выход генератора пилообразного напряжения, а выход компаратора соединен с блоком формирования управляющих импульсов.

На фиг.1 приведена принципиальная схема включения нагрузок, реактивных элементов регуляторон предлагаемого устройства; на фиг.2 — функцкональные схемы регуляторов и узла информации; на фиг.3 - векторные диаграммы для рассматриваемого режима работы и поясняюцие принцип выбора датчиков индивидуальных регуляторов .

На фиг.1 и 2 изображены однофазные нагрузки 1-3, нерегулируемые конденсаторные батареи 4-6 и линейные реакторы 7-9, последовательно с реакторами включены пары параллельновстречных тиристорон 10-12, являющиеся исполнительными органами индивидуальных регуляторов тока. Датчиками сигналон управления регуляторов являются трансформаторы 13-18 тока, установленные в ветвях нагрузок

1-3 и конденсаторных батарей 4 †.

Сигналы от датчиков тока поступают на системы 19-21 управления ин40

Из обретение относится к электротехнике и может быть использовано на промышленных предприятиях с недетермированными по фазам несимметричными нагрузками.

Известны устройства для симметрирования тока трехфазных нагрузок, содержащие реактивные элементы (конденсаторы и реакторы), присоединенные к фазнЫм зажимам трехфазной питающей сети с несимметричной нагруз — "0 кой f» ), (23 и ("3 ).

Недостатком данных устройств яв— ляется их ориентация на детермкроВан ность характера несимметрии (например, опытное определение более 15 нагруженных фаз), что в общем случае позв оляет упростить схему симметрирующего устройства, однако значительно снижает его функциональные возможности, не позволяет использовать в сетях с несколькими распределенными по фазам, независимо во времени работаюцими несимметричными.нагрузКами. Кроме того, в устройствах для симметрирования тока сети в системах автоматического регулирования в качестве датчиков регулируемого параметра, как правило, используют датчики активной и реактивной моцностей„ либо датчики прямой и обратных последовательностей напряжения питаю цей сети, что усложняет регуляторы.

Наиболее близким по технической суцности к предлагаемому является устройство три конденсаторных бата,реи и три регулируемых реактора для присоединения между фазными зажимами питающей сети параллельно соответствующим фазам нерегулируемой активной нагрузки, причем моцность конденсаторов выбрана в П раз меньшей максимально возможной активной нагрузки, датчики тока нагрузки и конденсаторных батарей, три индивидуальных регулятора тока реакторов с системами управления и исполнительными органами (4 ).

В известном устройстве предусматривается настройка колебательных контуров с учетом фазовых сдвигов входных токов сети, что представляет собой достаточно сложную практическую проблему, значительно усложняет систему автоматического регулирования и силовую схему устройства„ содержащую ступенчато-переключаемые батареи конденсаторов и непрерывно

55 управляемые по величине индуктивностей реакторы. Кроме того, точность регулиронания недостаточна, а устройство янляется медленно действующим.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и упрощение устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что н устройстве для скмметрированя

10 32525 (2) (3) f4) Х4+Х5+Хб-У7-У8-У9=0 где в уравнениях (1-4) Xl-ХЗ вЂ” модули (соответственно амплитуды, средние или действующие значения) токов в ветвях нагрузок, пропорциональные сигналам датчиков 13-15,«

Х4-Хб — модули токов в ветнях кондивидуальных регуляторов тока. Бели— чина тока сети и их симметрия контролируется приборами блока 22. Системы 19-21 управления состоят иэ блоков 23-25 пропорционального преобразования сумматора 26, генератора 27 5 пилообразного напряжения, блок 28 формирования управляющих импульсов тиристоров и компаратора 29. На блок

22 поступают сигналы от датчиков

30-32 тока. )О

Устройство работает следующим образом.

Так как установленная мощность реакторов в дна раза превышает установленную мощность конденсаторов, то изменением (увеличением) тока реакторов от нуля (при полностью закрытых тирист.орах) до максимального (при полностью открытых тиристорах) обеспечивается планное непрерывное изменение величины суммарного входного тока каждого контура конденсатор — реактор от максимального емкостного для максимального индуктивного. Соответствующее распределение величины и характера тока в каждом из контуров обеспечивает компенсацию несимметрии как однофазной, так и двухфазной нагрузки, независимо от ее величины (при значении тока несимметрии по величине меньшем или не более, чем в 3 раза превышающем ток через ветвь с конденсатором батарей) или фазы. Изменение величины тока через реакторы производится изменением углов отпирания тиристо- 35 ров с помощью систем 19-21 управления, функционирующим на известном принципе вертикального управления.

Особенность предлагаемого устрой- 40 ства состоит в том, что к входу каждой системы управления присоединены выходы трех датчиков тока. Например, на вход системы управления парой тиристоров 10, изменяющих TGK реактора 7 (сигнал УС), присоединены выходы датчиков 14 - 16 (сигналы Х7 XÇ, Х4), сигналы которых через блоки

23-25 пропорционального преобразования (например, выпрямители и делители напряжения) с соответствующими знаками поданы на вход сумматора 26.

Сигнал сумматора 26 пропорционален величине индуктивного тока, который должен быть обеспечен реакторами, управляемыми ключами, Связь между 55 величинами узлов отпирания о(. тиристоров и реактивного тока известна

3 -2 - — — = Б 2d)

2о((Л где 7 - максимальное действующее п1 значение реактивного тока 60 при полностью открытых ключах, Тогда, чтобы ток, протекающий по реактору Э.(, был пропорционален вычисленному значению регулирующего б5 выходного сигнала У7 сумматора 2б, необходимо формиров ать импульс управления тиристорами следующим образом.

Генератор 27 пилообразного напряжения (ГПН) формирует в реальном

4 времени на отрезке 90-180 зл.град. пилообразное напряжение с огибающей описываемой функцией 3.((в масштабе напряжения сумматора — компаратора 29 ° Тогда компаратор 29 выдает сигнал в блок 28 формирования импульса управления синхронно напряжению на тиристорах и при соответствующем необходимом угле а(, так как Ы будет определен иэ условия

У7 = К1

Реализация подобного ГПН 27 достаточно гроста. Постаточно напряжение, сформированное генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), синхронно с напряжением синхронизации тиристорон в зоне 90-180 зл.град, подать на вход функционального преобразователя со статической характеристикой нида

2 (d,(= K o! — — — oio 2oL ),,(2Ы

3(,(( которую можно получить с помощью кусочнолинейной аппроксимации тремячетырьмя отрезками прямой с достаточной приведенной погрешностью

0,5-1Ъ. Выходное напряжение функцио" нального преобразователя вычесть из напряжения, соответствующего B масштабе максимальному току тиристора

Э„„, и результат подать на компаратор 29 .

В системах с замкнутой обратной связью повышение точности достигаетrÿ тем, что на вход сумматора 29 подают с обратным знаком сигнал,пропорциональный регулируемому параметру (току соответствующего реактора) .

Из услония симметрирования известно, что оно обеспечивается в том случае, если фаэные токи на входе не содержат реактивных составляющих.

Для тока фазы А последнее имеет место при ((3 Хб+)(ЗХ4+Х1-ХЗ-(ЗУ7-МЭУ9=0 (1}

Соответственно для входных токов фаэ В и С

)(ЗХ4+ Ъ 3Х5+Х2-Хl - ГЭУ7- ГЗУ8 =0

"ГЗХ5 ГЗХб+ХЗ-Х2- "ГЗУ8- )ЗУ9=0

Решая совместно уравнения (1-3), найдем

1032525 денсатсрных батарей, пропорциональные аигналам датчиков 16-18;

У7-У9 — модули сигналов управления, в соответствии с которыми уст анавв ливаются углы отпирания тиристоров 10-12 и токи через реакторы 7-9. 5

Формиров ание си гн алов управления по (1-3) нерационально, так как нет

1однозначной зависимости регулируемых параметров только от нерегулируемых.

Подставляя равенство (4) в (1 — 3), 10 найдем

У7 = (Х2 — ХЗ) (3 + Х4 (5)

У8 = (ХЗ вЂ” Xl ) ГЗ + Х5 (6)

У9 = (Х1 — Х2) МЗ + Х6 (7) 15

Уравнения (5-7) показывают, что для однозначного задания величины тока в реакторе 7 достаточно подать на вход системы 19 управления сигналы, пропорциональные токам в нагруз20 ках 2 и 3 (co своими знаками) и току конденсаторной батареи 4. Это значительно упрощает систему управления, позволяет отказаться от сложных дат25 чйков активной и реактивной мощности.

Так, при полностью отключенных нагрузках 1-3 или при их симметрии в каждом реакторе устанавливается ток, равный току соответствующего конденсатора (зффект симметрирования равен нулю). При несимметрии нагрузки в одной фазе (фиг.1 и 3) ток предыдущей фазы становится индуктивным (емкостным), а последующие фазы емкостным (индуктивным), таки всех фаз сети — чисто активными. Т.е. полностью соблюдается принцип симметрирования используемый в классической схеме Штейнметца. Величина тока сети и их симметрия контролируются приборами блока 22.

Положительный эффект предлагаемого (повышение точности, быстродействия симметрирования, упрощение схемы датчиков, силовой схемы и системы управления регуляторов) достигается эа счет новых конструктивных (схемных) признаков, использования регулируемого тиристорами реактора, установленная мощность которого в два раза превышает установочную мощность конденсаторов, присоединения на вход каждого индивидуального регулятора тока реакторов выходов трех датчиков тока (двух датчиков тока нагрузок и одного датчика тока конденсатора).

1032525

Тираж б17 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5414/56

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель И. Мирошников

Редактор В. Пилипенко Техред И.Метелева Корректор A. Тяско.