Трансформаторно-тиристорный компенсатор реактивной мощности

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5П5 Н 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ у

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4843265/07 (22) 24.04.90 (46) 07.02.93. Бюл. N. 5 (71) Комсомольский-на-Амуре политехнический институт (72) В.С.Климаш и Т.А.Оверчук (56) Заявка Японии М 62 — 184512, кл. Н 02 J

3/12, 1987.

Толстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. — М.; Энергия, 1978, с.52-53. (54) ТРАНСФОРМАТОРНО-ТИРИСТОРНЫЙ КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ1 (57) Использование; в устройствах с плавным регулированием амплитуды и фазы напряжения нагрузки. Сущность изобретения: разность сигналов, поступающих на блок

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам компенсации реактивной мощйости, и может быть использовано при создании электрических установок с повышенным коэффициентом мощности и стабильным напряжением.

Известно трансформаторно-тиристорное регулирующее устройство, которое содержит первый трехфазный трансформатор, sicne«ающий первичйую, управляющую и две вторичные обмотки, второй трехфазный трансформатор, включающий первичную, управляющую и вторичную обмотки и тиристбрный коммутатор. Первичные обмотки первого и второго трехфазных трансфЬрматоров соедйнены согласно-последбвательно и подключ ен ы к нагрузке, а две вторичные обмотки первого трехфазйого

»« Ы,, 1793514 А1 сравнения от датчика напряжения нагрузки и источника задающего сигнала подается на систему управления одногQ из инверторов.

Изменяя угол управления тиристорами второго инвертора, осуществляют регулирование амплитуды выходного напряжения на нагрузке. Сигнал сдатчика реактивной мощности сети поступает на систему управления первого инвертора и изменяя угол управления тиристорами инвертора, осуществляет регулирование потребляемой из сети реактивной мощности. Это позволяет осуществлять компенсацию реактивной мощности с обеспечением заданной стабильной амплитуды выходного йапряжения независимо от внешней характеристики с ти, а также величины и характера нагрузк

3 ил. трансформатора соединены между собой, подключены к зажимам трехфазной сети и к вторичной обмотке второго трехфазноготрансформатора, при этом управляющие: обмотки обоих трансформаторов замыкают- -- ся посредством тиристорного коммутатора, Однако, известное устройСтво обладает недостатками;. оно не обеспечивает стабильность выходного напряжения в процес-"- се регулирования фазы и увеличивает отклонение выходного напряжения от напряжения сети при расширении диапазона

° регулирования фазы. Устройство не йозволяет уменьшйть потребляемую из сети реактивную мощность за счет"0)1ережающего регулирования фазы выходнЬго напряжения относительно напряжения сети, а напротив, за счет применения тиристорного

1793514.4 коммутатора с естественной коммутацией увеличивает потребляемую реактивную мощность как коммутатором, так и трансформаторами.

Известно также трансформаторно-тиристорное устройство для реулирования ре.активной мощности, содержащее два трехфазных трансформатора и два тиристорных коммутатора с системами управления. Первичные обмотки первого и второго трехфазных трансформаторов соединены между собой последовательно и включены между сетью и нагрузкой, а вторичные обмотки этих трансформаторов объединены через первый тиристорный коммутатор, в то время как второй тиристорный коммутатор осуществляет переключение секций только вторичной обмотки первого трехфазного трансформатора.

Однако и зто устройство обладает недос.атками, Оно обладает ограниченными функциональными возможностями, которые выражаются в том, что в процессе регулирования фазы устройство не обеспечивает компенсацию реактивной мощности и не стабилизирует выходное напряжение, которое зависит от нескольких факторов (изменение величины и характера нагрузки, изменение амплитуды напряжения сети, обеспечение требуемого диапазона регулирОвания фазы).

Известное трансформаторно-тйристорное регулирующее устройство, взятое за прототип, включает два инвертора; питающихся от общего источника и имеющих синхронизированные с общим генератором системы управления. Выводы инверторов подключены ко вторичным обмоткам двух трансформаторов, первичные обмотки (сетевые) которых включены последовательно и подсоединены к общей нагрузке.

Устройство обеспечивает регулирование напряжения нагрузки за счет регулирования фазы выходного напряжения одного инвертора относительно выходного напря жения другого инвертора и суммирования этих напряжений при помощи трансформаторов. Однако оно огранйчено только атой функциональной возможностью и не обеспечивает компенсацию реактивной мощности и стабилизацию напряжения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения полной компенсации реактивной мощности и стабильности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены датчик реактивной мощности сети, датчик напряжения нагрузки, выпрямитель и блок сравнения, причем выход датчика реактивной мощности сети подключен к управляющему входу системы управления первым инвертором, первый вход блока сравнения подключен к выходу датчика напряжения, второй вход блока сравнения подключен к источнику задающего сигнала, а выход бло- . ка сравнения подключен к управляющему входу системы управления вторым инвертором, синхронизирующие входы первой и второй систем управления инверторами подключены к выходам для подключения к сети, к которым также подключено начало первичной обмотки первого трансформатора, входы выпрямителя подключены к выводам для подключения к нагрузке, а выходы выпрямителя к объединенным входам инверторов, Такое устройство обладает следующи20 ми возможностями. Оно в процессе регулирования фазы обеспечивает регулирование реактивной мощности и возможен режим регулирования как потребляемой (недокомпенсация), так и отдаваемой (перекомпенсация) реактивной мощности, либо регулирование фазы без потребления (полная компенсация) реактивной мощности сети, а также регулирует в узком диапазоне амплитуду выходного напряжения относи 0 тельно напряжения сети или стабилизирует это напряжение на заданном уровне независимо от диапазона регулирования фазы, величины и характера, нагрузки, а также качества напряжения сети.

Э5 Расширенные функциональные возможности достигаются применением в устройстве двух трехфазных инверторов с системами управления, обеспечивающими регулирование фазы выходных напряжений

40 инверторов на требуемые углы а и/3, при которых величика выходного напряжения и величина потребляемой или отдаваемой реактивной мощности остаются на заданном уровне, а также применением датчика реак45 тивной мощкости сети и датчика напряжения нагрузки, которые обеспечивают совместно с системами уравнения фазой выходных напряжений первого и второго инверторов автоматическую стабилизацию выходного напряжения устройства на заданком уровне и полную компенсацию реактивной мощности сети, На фиг;1 приведена принципиальная схема силовой части трансформаторно-ти55 ристорного компенсатора реактивной мощности; на фиг.2 и 3 — векторные диаграммы режимов работы устройства, Устройство (фиг.1) содержит первый и второй трехфазные трансформаторы 1 и 2, первый и второй трехфазные инверторы 3 и

1793514

4, выпрямитель 5. системы управления первым и вторым трехфазными инверторами б и 7, датчик реактивной мощности 8 в комплекте с трансформаторами тока, датчик напряжения 9, устройство сравнения 10, нагрузку 11.

На векторных диаграммах (фиг.2 и фиг.3) введены следующие обозначения:

01, 02 -напряжения сети и нагрузки;

11, 4 — токи сети и нагрузки; т 1, у т — углы между током и напряжением соответственно сети и нагрузки;

Ufi, Uf2, Uf — соответственно напряжения первого и второго трехфазных инверторов напряжения и их векторная сумма;

4 — ток, потребляемый выпрямителем;

Кт1=Кт2=Кт — коэффициенты тРансфоРмации первого и второго трехфазных трансформаторов; сир — углы управления тиристорами соответственно первого и второго трехфазных инверторов.

Трансформаторно-тиристорный компенсатор реактивной мощности (фиг,1) работает следующим образом. Выходное напряжение устройства Uz формируется из напряжения сети U> и напряжений двух трехфазных инверторов 3 и 4 0це и

Ufze1, регулируемых по фазе на углы а и,В, При помощи трехфазных трансформаторов

1 и 2 выходные напряжения трехфазных инверторов 3 и 4 уменьшаются в коэффициент трансформации Кт раз и прибавляются к напряжению сети. В результате этого напряжение нагрузки 11 будет иметь вид

U2 = 01+ Кт 0це + Кт 0ае1, (1)

Так как трехфазные инверторы 3 и 4 питаются от одного и того же выпрямленного стабилизированного напряжения нагрузки 11, то и амплитудные значения выходных напряжений трехфазных инверторов 3 и 4 также будут равны

Uf1= Uf2 = Uf. и тогда

Формула изобретения

Трансформаторно-тиристорный ком-: пенсатор реактивной мощности, содержащий два инвертора с синхронизированными системами управления. два трансформатора, первичные обмотки которых включены последовательно между собой, причем конец первичной обмотки первого трансформатора подключен к началу первичной обмотки второго трансформатора, другой

02 = U1 + Кт0((е + е ) . (2)

Из выражения (2) и из векторных диаграмм (фиг.2 и 3) видно,-что амплитудуи фазу

5 вектора напряжения Uz можно регулировать изменениемуглов а UIP В устройстве изменение угла а осуществляется в функции отклонения от нуля реактивной мощности сети, а изменение угла P — в функции отклонения от заданного уровня напряжения нагрузки 11. При потреблении (генерации) устройством реактивной мощности сигнал с выхода датчика реактивной мощности сети 8 поступает на систему управления

6 первым трехфазным инвертором 3 и увеличивает угол управления тиристорами первого трехфазного инвертора 3 а в сторону опережения (отставания) относительно напряжения сети. При этом датчик напряжения 9, осуществляя контроль выходного напряжения, подает сигнал обратной связи на элемент сравнения 10, на котором этот сигнал сравнивается с сигналом пропорциональным заданному, например, номинальному значению напряжения сети. Разность этих сигналов с выхода элемента сравнения подается. на систему управления 7 вторым трехфазным инвертором 4, которая, изменяя угол управления тиристорами второго трехфазного инвертора 4/3, осуществляет регулирование амплитуды выходного напряжения. В результате такого фазового воздействия на выходные напряжения первого и второго трехфазных инверторов Uf f u

От2 результирующий вектор 0 будет так формировать свой модуль и аргумент, что вектор Uz (см, фиг.2 и 3) является радиусом заданной окружности;

Испол ьзование предлагаемого устрой4О ства позволяет осуществлять полную компенсацию реактивной мощности в различных системах трехфазного тока с обеспечением заданной стабильной амплитуды выходного напряжения независимо от жесткости внешней характеристики сети, а также величины и характера нагрузки. вывод которой подключен к выводам для подключения нагрузки, а вторичные обмотки первого и второго трансформаторов подключены соответственно к выходам первого и второго инверторов, входы которых обьединены и подключены к источнику постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей. в него дополнительно введены датчик реактивной мощности сети, дат7

1793514

Фиг. г г г

I7

Риг. 2

Раг 3

Составитель В.Климаш нт л Ко екто Т,Палий

Редактор С.Кулакова Техред M.Mîðãå а рр р

Заказ 509 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 чик йапряжения нагрузки, выпрямитель и блок сравнения, причем выход датчика реактйвной мощности сети подключен к уп равляющему входу системы управления первым инвертором, первый вход блока сравйения йодключей к выходу датчика напряжения, второй вход блока сравнения подключен к источнику задающего сигнала, а выход блока сравнения подключен к управляющему входу системы управления второго инвертора, синхронизирующие входы первой и второй систем управления инверторами подключены к выводам для подключения к сети, к которым также подключено начало первичной обмотки первого трансформатора, входы выпрямителя подключены к выводам для подключения к нагрузке, а выходы выпрямителя — к обьединенным входам ийверторов.