Устройство для регулирования реактивного тока

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОГО ТОКА, содержащее первый и второй полуволновые дроссели насыщения с обмотками возбуждения, общей обмоткой подмагничивания, .два однонаправленных тиристорных ключа, двухполупериодн выпрямитель с первым и. вторым выводами по переменному току , подключенный плюсовым выводом к началу обмотки подмагничивания и минусовьнч - к концу обмотки подмагничивания , при этом обмотки возбуждения полуволновых дросселей насыщения соединены между собрй последовательновстречно и последовательно с первым и вторым выводами по переменному току двухполупериодного выпрямителя, о тличающееся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей, анод каждого однонаправленного .тиристорного ключа подключен к крайнему выводу обмотки возбуждения соответствующего полуволнового дросселя насыщения, а катоды упомянутых тиристорных ключей соединены и подключены к точке последовательного соединения между собой упомянутых обмоток возбуж-дения .i

СбКИ СОВЕТСКИХ

NVINlllN

РЕСПУБЛИН (19) (11) А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

Н ABTOPCHOINY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Ж (21) 3645545/24-07 (22) 27 ° 09.83 (46) 23.01.85. Бюл. В 3 (72) В.В.Козак, Ю.Е.Иванов, В.И.Лиходед и В.Т.Прокопенко (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Разработка и исследование управляемых от ЭВИ бесконтактных регуляторов энергетического назначения. Технический отчет, государственный регистрационный В 6003620, инвентарный.9 ТД 9769, ЦНИИ "Электро.ника",.1977, с. 28-45, 104-t23.

2. Там же, с. 258-347. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

РЕАКТИВНОЮ TOKA содержащее первый и второй полуволновые дроссели насыщения с обмотками возбуждения, общей обмоткой подмагничивания,,два однонаправленных тиристорных ключа, двухполупериодный выпрямитель с первым

4(51) 6 05 F 1/14, G 05 F 1/70 и вторым выводами по переменному току, подключенный плюсовым выводом к началу обмотки подмагничивания и минусовьнк — к концу обмотки подмагничивания, при этом обмотки возбуждения полуволновых дросселей насыщения соединены между собой последовательновстречно и последовательно с первым и вторым выводами по переменному току двухполупериодного выпрямителя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей, анод каждого однонаправленного тирнсторногo ключа подключен к крайнему выводу обмотки возбуждения соответствующего полуволнового дросселя насыщения, а катоды упомянутых тиристорных ключей соединены и подключены к точке последовательного соединения между собой упомянутых обмоток возбуждения.

1136127

1О

Безразрывная коммутация тока в 55 цепи управления осуществляется с помощью магнитного усилителя с самонасьпцением.

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано для плавного бесступенчатого быстродействующего регулирования величины реактивного тока в статических регулируемых компенсаторах реактивной мощности, устройствах симметрирования нагрузок многофазных цепей, стабилизаторах переменного и выпрямленного тока и напряжения.

Известно устройство для плавного бесступенчатого малоискаженного регулирования реактивного тока (Рн = О) на основе дросселя насыщения с безразрывной коммутацией рабочего тока 15 в цепи переменного тока и цепи тока управления, состоящее из двух полуволновых дросселей насыщения, электромагнитного нелинейного корректирующего элемента, диода, двухполупе- риодного выпрямителя, магнитного усилителя с самонасыщением, двух входных выводов. Каждый полуволновой дроссель насыщения выполнен на ферромагнитном сердечнике, на котором рас. положены обмотки возбуждения, обмотка подмагничивания и обмотка для проте кания четных гармоник тойа. Нелинейный корректирующий элемент выполнен на ферромагнитном сердечнике с немагнитным зазором, на котором расположены обмотка подмагничивания и обмотка для протекания четных гармоник тока. Рабочие обмотки полуволновых дросселей насыщения соединены между собой последовательно-встречно и подключены

35 к входным выводам, иа которые подается питающее напряжение. Обмотки подмагничивания полуволновых дросселей насьпцения соединены между собой последовательно-согласно и последо- вательно с обмоткой подмагничивания нелинейного корректирующего элемента и все вместе подключены к выходу двухполупериодного выпрямителя по постоянному току. Бвзразрывная коммутация рабочего тока в таком устройстве осуществляется путем регулирования переменных магнитных потоков в ферромагнитных сердечниках полуволновых дросселей насыщения с помощью измене50 ния величины постоянных магнитных потоков, возбуждаемых в тех же ферромагнитных сердечниках.

Время регулирования устройства определяется инерционностью цепи управления магнитного усилителя и инерционностью цепи управления дросселя насьпцения и составляет несколько десятков периодов переменного тока (1).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для плавного бесступенчатого малоискаженного регулирования реактивного тока (йп = 0) на основе дросселя насыщения с безразрывной коммутацией рабочего тока в цепи переменного тока, в котором с целью повышения быстродействия регулирования коммутация тока, протекающего в цепи управления дросселя насыщения, осуществляется с помощью двух однонаправленных тиристорных ключей, содержащее первый и второй полуволновые дроссели насыщения с обмотками возбуждения, общей обмоткой подмагничивания, два однонаправленных тиристорных ключа, двухполупериодный выпрямитель с первым и вторым выводами по переменному току, подключенный плюсовым выводом к началу обмотки подмагничивания и минусовым — к концу,обмотки подмагничивания, при этом обмотки возбуждения полуволновьж дросселей насыщения соединены между собой последовательно-встречно и последовательно с первым и вторым выводами по переменному току двухполупериодного выпрямителя $2 j.

Однако в известных устройствах для уменьшения нелинейньж искажений формы кривой рабочего тока (тока, протекающего в цепи переменного тока) и одновременно для сглаживания пульсаций тока, протекаюшего в цепи управления дросселя насыщения используется электромагнитный нелинейный корректирующий элемент, выполненный на том же магнитопроводе и с аналогичным числом обмоток, что и каждый полуволновой дроссель насьпцения, но и число витков каждой обмотки в 1 2 больше, чем у соответствующих обмоток полуволнового дросселя насыщения.

Электромагнитный корректирующий элемент увеличивает вес и габариты устройства на ЗЗХ, что является недостатком известных устройств.

Цель изобретения — уменьшение массо-габаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регули27 4 кривая 18 — при угле открывания тиристоров 5 и 6, равном Ocd,(†". г

Устройство работает следующим образом.

При подключении устройства к пита" ющей сети в цепи обмотки 10 и 12 возбуждения начинает протекать ток холостого хода 3 „

Величина тока холостого хода определяется в основном индуктивностью

I последовательно соединенньм обмоток

10 и 12 возбуждения полуволновых дросселей 1 и 2 .насьпцения и сопротивлением пускового резистора 7.

Величина рабочей индукции Р в

P ферромагнитных сердечниках полуволновых дросселей насьпцения не должна превышать допустимого значения 8 „

При превышении рабочей инлукцией * допустимого значения 8 иэображауап ющая точка магнитного состояния попадает при малых подмагничиваниях (1/4 зоны полного подмагничивания) на участки петли гистерезиса с большими значениями дифференциальной магнитной проницаемости и коррекция нелинейных искажений формы кривой рабочего тока в цепи переменного тока становится невозможной.

11361

На ферромагнитных сердечниках 45

11 и 13 размещены, кроме того, общая обмотка 14 подмагничивания и пусковая обмотка 15, замкнутая на переменный резистор 7.

Обмотки 10 и 12 возбуждения соединены между собой последовательновстречно.

На фиг. 2 показаны кривая 16 реактивного тока в режиме холостого хода 55 (тиристоры 5 и 6 полностью закрыты); кривая 17 — при угле открывания тиристоров 5 и 6, равном (QL(Л)

У рования реактивного тока, содержащем первый и второй полуволновые дроссели насьпцения с обмотками возбуждения, общей обмоткой подмагничивания, два одионаправленных тиристорных ключа, двухполупериодный выпрямитель с первым и вторым выводами по переменному току, подключенный плюсовым выводом к началу обмотки подмагничивания и минусовым — к концу обмотки 10 подмагничивания, при этом обмотки возбуждения полуволновых дросселей насьпцения соединены между собой последовательно-встречно и последовательно с первым и вторь|м выводами по переменному току двухполупериодного выпрямителя, анод каждого однонаправлен.юго тиристорного ключа подключен к крайнему выводу обмотки возбуждения соответствующего полу- 20 волнового дросселя насьнцения, а катоды упомянутых тиристорных ключей соединены и подключены к точке последовательного соединения между собой упомянутых обмоток возбуждения.2g

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 — диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство состоит иэ полуволновых дросселей 1 и 2 насыщения, фазного 3 и нулевого 4 выводов, однонаправленных тиристорных ключей (тирис.торов) 5 и 6, переменного резистора

7, блока 8 импульсно-фазного управления тиристорами 5 и 6, двухполу35 периодного выпрямителя 9 реактивного тока.

Обмотка 10 возбуждения размещена на ферромагнитном сердечнике 11

40 полуволнового дросселя 1 насьпцения, а обмотка 12 возбуждения — на ферромагнитном сердечнике 13 полуволнового дросселя 2 насьпцения.

Допустимая величина магнитной ин-" дукции в ферромагнитных сердечниках полуволновых дросселей насьпцения является одним из трех условий широкодиапазонной коррекции нелинейных искажений формы кривой рабочего тока дросселя насьпцения с.последовательным соединением обмоток возбуждения.

Для электротехнических сталей допустимая величина рабочей индукции составляет В о„ = 6000-7000 Гс. При значениях. рабочей магнитной индукции (8„ „ работа ферромагнитных сердечников полуволновых дросселей насьпцения происходит на частных петлях гистереэиса с постоянным значением магнитной проницаемости для каждой частной петли гистерезиэа.

Это обеспечивает синусоидальную форму кривой реактивного тока наряду с двумя другими условиями широкодиапазонной коррекции нелинейных искажений (наличие отдельного контура для протекания четных гармоник тока и необходимого соотношения индуктивностей нелинейного корректирующего элемента, установленного в цепях возможного протекания четных гармоник тока, и индуктивности полуволнового

1136127

10 дросселя насыщения для каждого значения тока одмагничивания. Это соотношение должно быть равно двум).

В режиме холостого хода тиристора

5 и 6 закрыты, дифференциальная маг- 5 нитная проницаемость магнитных сердечников 11 и 13 имеет большую величину, и вследствие этого ток холостого хода имеет небольшую .величину (< 5-10Х от номинального значения 7 „ ).

В результате электромагйитной симметрии питающее напряжение распределяется поровну между обмотками 10 и 12 возбуждения. При выбранном включении последних питающее напряжение в режиме холостого хопа не трансйюрмируется в отмотки 14 и

Ь5

1 соответственно подмагничивания и пусковую.

Пусковая обмотка 15 предназначена для надежного открывания тиристоров 5 и 6. С помощью переменного резистора 7 (например, для тиристоров

Т10-16 сопротивление резистора 7 равно 600 Ом) устанавливается оптимальное значение тока, протекающего в цепи пусковой обмотки 15, которое обеспечивает включение тиристоров 5 и 6 при любом значении индуктивности обмоток.10 и 12 возбуждения 30

В каждый полупериод питающего напряжения оба ферромагнитных сер дечника 11 и 13 подмагничиваются ампер-витками создаваемыми протекаУ ющим в обмотке 14 полмагничивания двухполупериодным выпрямленным реактивным током.

В режиме холостого хода когда угол открывания тиристоров 5 и 6 равен d.= Л и тиристоры закрыты в течение всего периода питающего напряжения, в обмотке 14 подмагничивания протекает выпрямленный двухполупериодный ток холостого хода, 3 „, величина которого имеет неболь- "5 шая ((5-10Х от Зр„ ).

Когда угол открывания тиристоров

5 и 6 eL(ll, т.е. когда каждый тиристор 5 или 6 находится в открытом состоянии, часть соответствующего полупериода питающего напряжения. В этом случае на время шунтирования открытым тиристором обмотки возбуждения полуволнового дросселя насыщения происходит подмагничивание ферромагнитного сердечника этого полуволнового насыщения выпрямленным двухполупериодным реактивным током, при этом степень подмагничивания ферромагнитного сердечника определяется углом открывания тиристора.

На интервалах закрытого и открытого состояний тиристоров 5 и 6 в каждый полупериод питающего напряжения устройство работает следующим образом.

В начале первого полупериода питающего напряжения оба тиристора

5 и 6 закрыты, и ток протекает по обмоткам 10 и 12 возбуждения, соединенных последовательно-встречно. Степень текущего подмагничивания ферромагнитных сердечников 11 и 13 определяется временем открытого состояния тиристоров 5 и 6 соответственно в предыдущий полупериод питающего напряжения. Питающее напряжение распределяется поровну между обмотками 10 и 12 возбуждения и перемагничивает ферромагнитные сердечники

11 и 13 по частным петлям гистереэиса. наклон которых опрепеляется степенью полмагничивания каждого ферромагнитного серлечника в .соответствующий полупериод питающего напряжения.

От наклона частных петель гистерезиса зависят среднее значение магнитной проницаемости каждого ферромагнитного сердечника 11 и 13 и соответственно величина реактивного тока, протекающего по последовательновстречно соединенных между собой обмоткам 10 и 12 возбуждения.

В эту часть полупериодов питающего напряжения ампер-витки обмотки

10 возбуждения и ампер-витки обмотки

14 подмагничивания, по которой протекает выпрямленный двухполупериодный реактивный ток, направлены согласно, и ферромагнитный сердечник 11 перемагничивается по частной петле гистерезиса в положительном направлении, а ампер-витки обмотки 12 возбуждения и ампер-витки обмотки 14 подмагничивания полуволнового дросселя 2 насыщения направлены встречно, и ферромагнитный сердечник 13 перемагничивается в отрицательном направлении (противоположном направлению перемагничивания ферромагнитного сердечника 11).

Ферромагнитные сердечники 11 и 13 перемагничиваются по частным петлям гистерезиса, на которых текущее мгновенное значение магнитной проницаемости изменяется незначительно, 1136127 поэтому форма кривой реактивного тока повторяет синусоидальную форму кривой питающего напряжения.

Кривая реактивного тока сдвинута

Т( на угол p =- по отношению к кривой

2 питающего напряжения.

В момент открывания тиристоров 5 все напряжение сети переменного тока, 10 имеющееся в текущий момент времени, прикладывается к обмотке 12 возбуждения и полуволновой дроссель 2 насьпцения переходит в трансформаторный режим работы. I5

Электромагнитная симметрия полуволновых дросселей 1 и 2 насыщения нарушается, и в результате дальнейшего перемагничивания в отрицательном направлении ферромагнитного 20 сердечника 13 полуволнового дросселя

2 насыщения на концах обмотки 14 подмагничивания и пусковой 15 обмотки появляется ЭДС удвоенной частоты, которая вызывает протекание тока 25 удвоенной частоты в контурах, образованных соответственно обмоткой 14 подмагничивания и двухполупериодным выпрямителем 9, пусковой обмоткой 15 и переменным резистором 7. 30

Величина тока удвоенной частоты ограничивается магнитным состоянием ферромагнитного .сердечника 11 (сте- пенью его текущего подмагничивания) и числом витков обмоток 14 и 15

35 соответственно подмагничивания и пусковой, расположенных на ферромагнитном сердечнике 11, а также сопротивлением переменного резистора 7.

С момента шунтирования обмотки 10 возбуждения тиристором 5 реактивный ток начинает полностью протекать через тиристор 5 и обмотку 12 возбуждения. Ампер-витки, создаваемые обмоткой 10 возбуждения, становятся равным нулю, и подмагничивание ферромагнитного сердечника 11 уменьшается в два раза (пока тиристоры 5 и 6 закрыты, ампер-витки

10 и 14 соответственно возбуждения и подмагничивания равны между собой, так как равны числа. витков и токи, протекающие в этих обмотках) . Точка магнитного состояния ферромагнитного сердечника 11 переходит на частную петлю гистерезиса со значением средней магнитной проницаемости примерно в два раза большей, чем на предыдущей частной петле гистерезиса.

В связи с этим индуктивность полуволнового дросселя 1 насыщения увеличивается также .примерно в 2 раза.

Полуволновой дроссель 1 насьйцения оказывается включенным в цепях протекания тока удвоенной частоты. Ток удвоенной частоты вызывается ЭДС удвоенной частоты, появляющейся на концах обмотки 14 подмагничивания в момент открывания тиристора 5.

В интервал времени открытого состояния тиристора 5 в цепи протекания реактивного тока оказывается включенной такая же эквивалентная индуктивность, как и на интервале времени закрытого состояния тиристоров 5 и 6, поэтому переход тиристора 5 из закрытого состояния в открытое при любом угле его включения не вызывает изменение формы кривой реактивного тока. Она остается синусоидальной в течение времени всего полупериода.

Кривая реактивного тока сдвинута на угол р = по отношению к кривой

2 питающего напряжения.

В следующий полупериод питающего напряжения открывается тиристор 6. и электромагнитные процессы протекают зеркально по отношению к полуволновым дросселям 1 и 2 насыщения.

В начале второго полупериода питающего напряжения оба тиристора

5 и 6 снова закрыты, и реактивный ток протекает по обмоткам 12 и 10 возбуждения, соединенным последовательно-встречно. Степень текущего подмагничивания ферромагнитных сердечников 13 и 11 определяется временем открытого состояния тиристоров

5 и 6 соответственно в предыдущий полупериод питающего напряжения.

Питающее напряжение распределяетсЯ поровну между обмотками 12 и 10 возбуждения и перемагничивает ферромагнитные сердечники 13 и 11 по частным

/ петлям гистерезиса, наклон которых определяется степенью подмагничивания каждого ферромагнитного сердечника соответственно в предыдущий полупериод питающего напряжения. От наклона частных петель гистерезиса зависят среднее значение магнитной проницаемости каждого ферромагнитного сердечника, и соответственно величина реактивного тока.

9 1136127 10

В эту часть полупериода питаюшего напояжения ампер-витки обмотки 12 и ампер-витки обмотки 14 подмагничивания, по которой протекает двухполупериодный реактивный ток, 5 направлены согласно, и.ферромагнитный сердечник 13 перемагничивается на частной петле гистерезиса в положительном направлении, а ампер-витки обмотки 10 возбуждения и ампер-витки 10

1 обмотки 14 подмагничивания полуволнового дросселя 1 насьпцения направлены встречно, и ферромагнитный сердечник 11 полуволнового дросселя 1 насыщения перемагничивается в 15 отрицательном направлении (противоположном направлению перемагничивания ферромагнитного сердечника 13) .

Поскольку ферромагнитные сердеч- 20 ники 13 и 11 перемагничиваются по частным петлям гистерезиса, на которых текущее мгновенное значение магнитной проницаемости изменяется незначительно, форма кривой реактивного тока повторяет форму кривой питающего напряжения, т.е. синусо идальную форму.

Кривая реактивного тока сдвинута

30 и на угол = — по отношению к кривои

2 питающего напряжения.

В момент открывания тиристоров

5 и 6 все напряжение сети переменного 5 тока, имеющееся в текущий момент времени, прикладывается к обмотке

10 возбуждения, и полуволйовой дроссель 1 насыщения переходит в трансформаторный режим работы. 40

Электромагнитная симметрия полуволновых дросселей 2 и 1 насьпцения нарушается, и в результате дальнейшего перемагничивания в отрицательном направлении ферромагнитного

45 сердечника 11 полуполнового дросселя 1 насыщения на концах обмотки 14 подмагничивания и пусковой 15 обмотки появляется ЭДС удвоенной частоты, которая вызывает протекание тока удвоенной частоты в контурах, о6разованных соответственно обмоткой 14 подмагничивания и двухполупериодным выпрямителем 9, пусковой обмоткой 15 и переменным резистором 7.

Величина тока удвоенной частоты ограничивается во втором полупериоде питающего напряжения магнитным состоянием ферромагнитного сердечника 13 (степенью его текущего подмагничивания) и числом витков обмоток 14 и 15 соответственно подмагничивания и пусковой, расположенных на ферромагнитном сердечнике 13, а также сопротивлением переменного резистора 7.

С момента шунтирования обмотки 12 возбуждения тиристором 6 реактивный ток начинает полностью протекать через тиристор 6 и обмотку 10 возбуждения. Ампер-витки, создаваемые обмоткой 12 возбуждения, становятся равными нулю, и подмагничивание ферромагнитного сердечника 13 уменьшается в два раза (пока тиристоры 5 и 6 закрыты, ампер-витки обмоток !2 и 14 соответственно возбуждения и подмагничивания равны между собой, так как равны числа витков и токи, протекающие в этих обмотках). Точка магнитного состояния ферромагнитного сердечника 13 переходит на частную петлю гистерезиса со значением средней магнитной проницаемости примерно в два раза большей, чем на предыдущей (до открытия тиристора 6) частной петле гистерезиса. В связи с этим индуктивность полуволнового дросселя 2 насьпцения увеличивается также примерно в два раза.

Полуволновой дроссель 2 насьпцения оказывается включенным в цепях протекания тока удвоенной частоты, который вызывается ЭДС удвоенной частоты, появляющейся на концах обмотки 14 подмагничивания в момент открывания тиристора 6.

На интервале времени открытого состояния тиристора 6 в цепи протекания реактивного тока оказывается включенной такая же эквивалентная индуктивность, как и на интервале времени эакоытого состояния тиристоров

5 и 6, поэтому переход тиристора 6 из закрытого состояния в открытое при любом угле его включения не вызывает изменение формы кривой реактивного тока. Она остается синусоидальной в течение времени всего второго полупериода.

Кривая реактивного тока сдвинута на угол P = — по отношению к кривой м

2 питающего напряжения. Таким образом, в каждый полупериод питающего напря12

1136127

Составитель О. Наказная

Редактор С. Саенко Техред М.Надь Корректор В. Бутяга

Заказ 10285/35 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Госуда1ствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 жения индуктивность устройства в .целом как в интервале времени закрытого состояния тиристоров 5 и 6, так и в интервале времени открытого состояния практически остается постоянной.

Каждое новое значение реактивного тока устанавливается путем изменения угла открывания тиристоров 5 и 6 с помощью блока 8 импульсно-фазового управления тиристорами.

При каждом новом угле открывания тиристоров 5 и 6 устройство работает в каждый полупериод питающего напряжения аналогично указанному при этом,,чем меньше угол открывания тиристоров

5 и 6, тем больше степень подмагничивания ферромагнитных сердечников

11 и 13 и значит меньше наклон частной петли гистерезиса, по которой перемещается изображающая точка магнитного состояния ферромагнитных сердечников 11 и 13 полуврлновых дросселей 1 и 2 насыщения, соответственно меньше среднее значение магнитной проницаемости ферромагнитных сердечников 11 и 13 и тем больше .: величина реактивного тока.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются малые габариты и масса.