Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, имеющих в своем составе многозонные 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 от степени искажения последнего, своим входом подключен на выход трансформатора 2 напряжения, а выход - к синхронизирующему 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s Н 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636056/07 (22) 12.01.89 (46) 30.08.91, Бюл. М 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) А.С. Копанев, Б.М. Наумов и И.К. Юренко (53) 621.3,072,86(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Я 754567, кл. Н 02 J 3/18, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1267532, кл. Н 02 J 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 в своем составе многоэонные тиристорные выпрямительно-инверторные преобразователи, Целью изобретения является повышение точности регулирования реактивной . мощности и надежности.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для автоматического регулирования реактивной мощности; на фиг. 2, 3, 4 — временные диаграммы работы блока синхронизации; на фиг. 5, 6 — временные диаграммы работы блока управления.

Устройства содержит датчик 1 режима сети, включающий в себя трансформатор 2 напряжения, подключенный к питающей се„„SU„„1674306 А1 своем 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 паqстройку 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 последовательно фазосдвигающий 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 13

1674306

55 управления, вход которого подключен к выходу трансформатора тока 3, содержит регулятор 15 сдвига фаз, один из входов котопого подключен к вь ходу задатчика 16 сдвига фаз, а другой — к выходу первого логического элемента ИГ!И 1 7, 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 вЂ” Hl= 1tB подключен к выходу нуль-органа

21 и входу первого элемента НЕ 22, подключснного выходом к второму входу второго элемента И вЂ” 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 3 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 HF 33 и 34 к входам логического элемента И 35, а вход третьего элементе НЕ 33 соединен с вторым входом элемента И 29.

Устройство рабо е t следующим образам.

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

7гла 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 t.ttTàþùåãñ напряжения независимо от степени фазовых и ампли 1удных искаже lvll последнего, ко торые используются для синхронизации блока 10 импульсно-фазового управления и для фиксации момента начала измерения фазового сдвига тока нагрузки относительно питающего напряжения в канале 13 управления.

Получение сигнала точно в момент перехода через ноль питающего напряжения происходит следующим образом, Питающее напряжение 01 (фиг, 2 — 4) через измерительный трансформатор напряжения 2, подается на вход выделяющего первую гармонику фильтра 24, который управляет работой нуль-органа 25. На выходе нуль-органа 25 формируются импульсы прямоугольной формы U4 (на фиг. 4 показан процесс для одного полупериода, поэтому импульсы 04 однополярные), длительность которых равна длительности полупериода напряжения Uz за фильтром 24, а фаза переднего и заднего фронтов определяется моментом перехода этого напряжения через ноль. Импульсы 134 используются затем для запуска (синхронизации) генератора опорного напряжения, который включен на синхронизирующем входе элемента 26 задержки. На выходе элемента 25 задержки формируются импульсы прямоугольной формы Us, передний фронт которых совпадает с фронтом импульсов 04, т,е. с моментом изменения знака напряжения Uz за фильтром 24, а длительность Л а устанавливается такой, чтобы задний фронт совпадал с моментом изменения знака, питающего напряжение Ui, По заднему фронту импульсов О 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 Ug(т.е. задержки начала фор.пирования синхронизирующих сигналов, а выходе элемента задержки 26 компенсируется влияние на точность синхронизации постоянного фазового сдвига т — p между питающим напряженйем U> и напряжением за фильтром Uz, 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 характеристиками фильтра 24, но в сильной степени зависит от изменения частоты и степени искажения формы питающего напряжения Ut, от температуры и технологических изменений параметров элементов схемы устройства.

1674306

55 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 импульсы прямоугольной формы, длительность которых равна длительности полупериода питающего напряжения U1, 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 0з не зависит от уменьшения питающего напряжения в зоне углов коммутации. Импульсы 0з 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 произведя инверсию в логических элементах НЕ 33, 34

Фаза 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 сдвигал — р(фиг. 2...4) между напряжением питания 0> и напряжением Uz 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 Ug с выхода элемента 26 управляемой задержки, При равенстве амплитуд сигналов 0в и Uq на выходе дифференциального усилителя 31 формируются импульсы прямоугольной формы 0т, длительность которых равна разнице между фактической (истинной) величиной фазового сдвига л -у напряжения Uz за фильтром и установленной величиной задержки Ла начала формирования синхронизующих сигналов, причем, если Ла > zc — у, импульсы 0т отрицательны и формируются в начале второй полуволны питающего напряжения 01, если

Ьа < x — p- они положительны и формируются э конце первой полуволны 0< (фиг. З...фиг, 4), При соблюдении равенства

Ла == к — р выходное напряжение 0т дифференциального усилителя 31 равно нулю (фиг, 2). Здесь определяется не только величина разницы между фазовым сдвигом

Л вЂ” p 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:

1 t

0,,„=- — J Ва, о где Us x — напряжение на выходе интегрирующего элемента; т — постоянная времени интегрирования;

0т — амплитуда входных сигналов, Из приведенного соотношения следует, что при неизменной амплитуде импульсов

0т выходное напряжение интегратора 32 пропорционально усредненной за время

t их длительности. Усреднение длительности сигналов 0т, которые формируются с использованием сигналов на выходе нульоргана 28, эквивалентно также усреднению момента перехода через ноль питающего напряжения Ui. 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 Ug на входе дифференциального усилителя 31, когда на его выходе импульсы 0т отсутствуют. При этом Ла = X — p и момент формирования заднего фронта импульсов 0ь на выходе элемента задержки 5, а, следовательно, и момент формирования синхронизирующих сигналов на выходе формирователя 6 совпадают с моментом перехода питающего наи:ряжения через нулевое значение (фиг. 2).

Любые изменения длительности Ла импульсов 05 на выходе элемента 26 задержки или фазы K — р напряжения Uz за фильтром

24 приводит к нарушению указанного устойчивого состояния, т.е, к появлению условий работы схемы, показанных на фиг. 3 или фиг, 4.

1674306

На выходе интегрирующего элемента

31 появляются изменяющиеся по величине напряжения, под действием которых начинает изменяться длительность Ла выходных импульсов Ug элемента 26 задержки.

Это изменение продолжается до тех пор, пока длительность Ла сигналов вновь станет равной величине фазового сдвига

x — 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 т лристорами 8 и 9 ат конца полупериада к началу на такую величину, которая обеспечивает компенсацию реактивной мощности в каждый конкретный момент времени работы 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 полупериада, На другие входы элементов И вЂ” НЕ 18 и 19 подаются сигналы (фиг, 5, 6 г) прямоугольной формы с выходов триггера 20, pjlvlTBãüíàñòü Yoòoðûõ равна

55

О -zr, а начальная фаза определяется синхронизирующим сигналов, подаваемым на счетный вход триггера 20. На выходах элементов И-НЕ 18 и .9 формируются сигналы (фиг, 6 д) прямоугольной формы, длительность которых равна сдвигу па фазе между напряжением и токам нагрузки в разные. палупериады 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 испальзу атся в качестве сигналаа абр3ТНоА сВ93Н pe+ Topé 15 сдвига фаз.

Выходное напряжение регулятора 15 подается на вход блока 10 импульсно-фазового управления, где сравнивается (фиг, 5, 6 е) с пилообразным напряжен.,ем, .синхронизация которого осуществляется импульсами синхронизации, поступающими с .àíàëà "4 (фиг. 5, 6 а). В момент сравнения "-.bIõîäíîão напряжения регулятора 15 с пилообра":ным блохом 1О импульсно-фазового управления вырабатывается сигнал, паст пающий на управляющий электрод =..Оатветствующега тиристара,Я или 9) .,Стачника реактивной мощности 5 (фиг. 5,, 6 ж ;. Изменение выходного н пояжения регулятора i5 вызывает сдвиг фазы управляющих сигналов (фиг. 6 ж) тиристорав 8 и 9 источника реактивной мощности 5, обеспечивая кам;енсацию потребляемой реактивной мощности, Получение стабильнага сигнала, соответствующего моменту перехода через ноль питающего напряжения, исключает сбои в работе тиристарав источника реактивной мощности, что повь.шает надежность устройства и позволяет произвести точный отсчет сдвиГа Г1О фазе ака чаГрузки относи тельна питающеГО напряжения и с пО мощью регулятора сдви,а фаз -. ырабатать управляющее воздействие, ..., тветствующее истинному сдвигу, I авы,-:a тем "..амым точность регулирования, Кроме того, регулятор сдвига фаз исключает калебательные процессы в системе; сеть — лс-ачник реактивнаи мащнОсть нагрузки., и тем самым предотвращает перенапряжение на элементах нагрузки и источника реактизной мощности, что также повышает надежность устройства.

Формула изобретения

Устройства для автома. -ическаго регулирования реактивной мощности, содержащее датчик режим сети,,включаюгций трансформатОры нг.,пряжения и тОка наГрузки, блок импульсно-фазового управления, 10

1674306

Ь состоящий из фазосдвигающего узла, выход которого соединен с формирователем-распределителем импульсов управления, подключенным к входу источника реактивной мощности, имеющего выводы для подклю- 5 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- 15 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- 25 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.

1674306

1674306

Щгб

Составитель В,Клещенко

Техред М,Моргентал Корректор C.×eðHè

Редактор Е.Зубиетова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагаринэ. 101

Заказ 2932 Тираж 321 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при l ÊÍÒ СССР

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