Устройство для компенсации реактивной мощности

Изобретение предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения. Технический результат заключается в максимальном повышении коэффициента мощности км электровоза до 0,95 за счет учета как фазового угла сдвига φ (на 0,03), так и коэффициента ν искажения формы потребляемого тока (на 0,08). Для этого заявленное изобретение содержит трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L, емкость С и два встречно-параллельно включенных тиристора, датчик напряжения и датчик тока, блок синхронизирующих импульсов, блок управления, блок импульсно-фазового управления, блок вычисления заданного тока, блок вычисления фактического тока и элемент сравнения. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности, электроподвижного состава переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения.

Одним из недостатков эксплуатируемых в настоящее время электровозов переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения является низкий коэффициент мощности, достигающий в лучшем случае 0,84.

Общеизвестно, что коэффициент мощности км электровоза при несинусоидальной форме напряжения и тока определяется по формуле (Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1984.):

где φ - угол сдвига между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока,

ν - коэффициент искажения формы потребляемого тока.

Последний коэффициент характеризует степень искажения входного тока электровоза и определяется отношением первой гармоники тока к его действующему значению:

Таким образом, коэффициент мощности км характеризуется степенью потребления электровозом активной и, соответственно, реактивной мощности, а его увеличение способствует повышению активной мощности, и одновременному уменьшению реактивной.

Для повышения коэффициента мощности км применяются компенсирующие установки в виде резонансных LC-цепей. Компенсирующее устройство, во-первых, увеличивает Cosφ путем создания емкостного тока нагрузки и смещения первичного тока электровоза в сторону опережения питающего напряжения. Во-вторых, повышает значение коэффициента ^ благодаря шунтирующему действию LC-цепи для тока высших гармоник, генерируемых преобразователем электровоза.

Однако высокое значение коэффициента мощности км электровоза достигается лишь при определенных, а именно при номинальных токах нагрузки. Отклонение нагрузки электровоза от номинальной вызывает неполную компенсацию реактивной мощности, что снижает коэффициент мощности км до 0,82-0,85, что является проблемой в существующем уровне техники.

Известно устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава, основанное на генерации емкостной составляющей тока, компенсирующее реактивную мощность, потребляемую индуктивной нагрузкой при синусоидальном и несинусоидальном питающем напряжении (А.С. №1468791. Устройство для управления компенсированным выпрямительно-инверторным преобразователем электроподвижного состава. Авторы изобретения В.А.Кучумов, В.А.Татарников, Н.Н.Широченко, З.Г.Бибинеишвили. - Опубл. в Б.И. №12 1989 г., МКИ B60L 9/12.).

Устройство для компенсации реактивной мощности содержит нагрузку, LC-цепь с фиксированными параметрами индуктивности и емкости и блок управления. Блок управления включает в себя ключевой элемент, устройство для формирования импульсов ключевого элемента, триггер запуска, элемент И, формирователь импульсов включения, датчик напряжения сети, блок защиты и командный блок.

Ключевой элемент выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Параметры LC-цепи выбраны из условия работы электровоза в номинальном режиме. Нагрузка представляет собой выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем. LC-цепь через ключевой элемент подключена параллельно нагрузке и параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения, первичная обмотка которого связана с сетью.

Первый вход элемента И связан с выходом датчика напряжения сети, вход которого подключен к сети. Блок защиты соединен со вторым входом элемента И, выход которого связан с входом «R» триггера запуска. Входы формирователя импульсов включения связаны с конденсатором LC-цепи и вторичной обмоткой трансформатора напряжения. Выход формирователя импульсов включения подключен к входу «С» триггера запуска, выход которого через устройство формирования импульсов ключевого элемента соединен с управляющими входами ключевого элемента. Командный блок подключен к входу «D» триггера запуска и к третьему входу элемента И.

Устройство работает следующим образом.

Пониженное переменное напряжение сети поступает на вход выпрямительно-инверторного преобразователя, осуществляющего плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговым двигателе. При этом тяговый двигатель потребляет из сети, кроме активной, также реактивную мощность, которая ухудшает показатели электропотребления.

При индуктивном характере нагрузки через LC-цепь протекает емкостная составляющая тока, которая компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки. В этом случае фаза угла φ потребляемого электровозом тока приближается к питающему напряжению. Одновременно с этим через LC-цепь осуществляется шунтирование внутри электровоза третьей и ближайших по частоте высших гармонических составляющих тока, которое приводит к уменьшению в составе входного тока электровоза высших гармоник тока и увеличению коэффициентом искажения тока ν.

В моменты равенства напряжений на конденсаторе LC-цепи и вторичной обмотке трансформатора напряжения на выходе формирователя импульсов включения формируется сигнал, который поступает на разрешающий вход «С» триггера запуска. При этом сигнал на выходе триггера запуска формируется только после подачи на его вход «D» сигнала командного блока. В этом случае сигнал с выхода триггера запуска включает тиристоры ключевого элемента.

В случае превышения допускаемого напряжения в сети, либо при срабатывании защиты тиристоры ключевого элемента закрываются. Сигналы на отключение формируются, соответственно, датчиком напряжения сети или блоком защиты. При наличии хотя бы одного из этих сигналов на входе элемента И на его выходе появляется сигнал, подаваемый на вход «R» сброса триггера запуска. Этот сигнал формирует на выходе триггера запуска сигнал на закрытие тиристоров ключевого элемента.

Таким образом, при работе устройства для компенсации реактивной мощности его LC-цепь через ключевой элемент соединяется с вторичной обмоткой трансформатора напряжения. При этом LC-цепь генерирует емкостную составляющую тока противофазную индуктивной составляющей тока нагрузки. Фаза φ потребляемого электровозом тока при этом приближается к питающему напряжению, увеличивая Cosφ и коэффициент мощности км электровоза.

Кроме того, резонансная LC-цепь, настроенная на частоту, близкую к частоте наибольшей по величине третьей гармонической составляющей тока, оказывает шунтирующее действие для гармоник тока, генерируемых выпрямительно-инверторным преобразователем электровоза. При этом образуется локальный контур тока третьей гармоники «преобразователь - LC-цепь» внутри электровоза, в котором происходит компенсация третьей и близких по частоте высших гармонических составляющих в потребляемом токе электровоза. Снижение уровня высших гармоник во входном токе электровоза способствует увеличению коэффициента искажения тока ν и, соответственно, увеличению коэффициента мощности км. Таким образом, коэффициент мощности км возрастает также за счет уменьшения в составе входного тока электровоза высших гармоник, определяемых коэффициентом искажения тока ν.

При появлении сверхтоков, возможных при подключении LC-цепи к вторичной обмотке трансформатора напряжения, блок управления отключает LC-цепь и обеспечивает быстродействующую защиту преобразователя. Защита преобразователя осуществляется путем снятия управляющих импульсов с тиристоров ключевого элемента

Испытания устройства компенсации на электровозе ВЛ 85 (Широченко Н.Н., Татарников В.А., Бибинеишвили З.Г. Улучшение энергетики электровозов переменного тока. - Железнодорожный транспорт, 1988 г. №7, С.33-36) показали, что при мощности компенсатора 520 кВАр (С=1475 мкФ) среднее значение коэффициента мощности электровоза находится на уровне 0,92. При таком значении коэффициента мощности электровоза обеспечивается почти двукратное (по сравнению со штатным электровозом) сокращение потребления реактивной энергии на тягу поездов.

Таким образом, устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава обеспечивает высокое значение коэффициента мощности к электровоза и малые потери электроэнергии за счет незначительного потребления реактивной мощности, что является достоинством известного устройства.

Однако достижение высокого показателя коэффициента мощности % электровоза обеспечивается лишь при определенных (номинальных) токах нагрузки и не обеспечивается при других условиях. Это обусловлено тем, что при постоянной величине емкостного тока LC-цепи полная компенсация реактивной мощности обеспечивается только при фиксированных (номинальных) токах нагрузки.

Отклонение нагрузки электровоза от номинальной вызывает неполную компенсацию реактивной мощности, что снижает коэффициент мощности км до 0,82-0,85, что является недостатком известного устройства.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является устройство для компенсации реактивной мощности (А.С. №1674306. Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности. Авторы изобретения А.С.Копанев, Б.М.Наумов, И.К.Юрченко. - Опубл в БИ No32 1991, МКИ 7 H02J 3/18), которое позволяет изменять ток компенсатора за счет регулирования угла открытия тиристоров.

Устройство для компенсации реактивной мощности содержит трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, датчик режима сети, блок синхронизирующих импульсов, блок управления и блок импульсно-фазового управления. В качестве нагрузки используется выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем. Источник реактивной мощности состоит из последовательно соединенных индуктивности L, емкости С и двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Датчик режима сети включает в себя датчик напряжения и датчик тока.

Нагрузка подключена через датчик тока параллельно вторичной обмотке трансформатора напряжения, первичная обмотка которого связана с сетью и параллельно - к источнику реактивной мощности. Датчик напряжения подключен параллельно трансформатору напряжения. Выход датчика напряжения связан с входом блока синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока импульсно-фазового управления. Выход датчика тока связан со вторым входом блока управления. Выход блока управления подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления. Выход блока импульсно-фазового управления связан с тиристорами источника реактивной мощности.

Устройство работает следующим образом.

Пониженное трансформатором напряжения переменное напряжение сети поступает на вход выпрямительно-инверторного преобразователя, осуществляющего плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговым двигателе. При этом тяговый двигатель потребляет из сети, кроме активной, также реактивную мощность, которая ухудшает показатели электропотребления.

Пониженное трансформатором напряжения переменное напряжение поступает также на LC-цепь источника реактивной мощности. При индуктивном характере нагрузки через LC-цепь протекает емкостная составляющая тока, которая компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки. В этом случае фаза угла φ потребляемого электровозом тока приближается к питающему напряжению. Одновременно с этим через LC-цепь осуществляется шунтирование внутри электровоза третьей и ближайших по частоте высших гармонических составляющих тока, которое приводит к уменьшению в составе входного тока электровоза высших гармоник тока и увеличению коэффициентом искажения тока ν.

В номинальном и отличных от номинального режима работы компенсация реактивной мощности происходит за счет создания управляемой емкостной составляющей тока нагрузки, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности. Величина этого тока определяется углом αрег открытия тиристоров, входящих в источник реактивной мощности.

При уменьшении коэффициента мощности, вызванного появлением фазового угла сдвига φ между сетевым током и напряжением, устройство автоматически изменяет фазу αрег открытия тиристоров. Изменение угла открытия тиристоров приводит к увеличению емкостной составляющей источника реактивной мощности, протекающего в противофазе с индуктивной составляющей тока, потребляемого нагрузкой. Это вызывает уменьшение фазового угла сдвига φ между питающим напряжением и результирующим током нагрузки, что приводит к повышению коэффициента мощности нагрузки. Так осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки как в номинальном режиме, так и при изменении режима работы электровоза.

Таким образом компенсация реактивной мощности происходит за счет создания управляемой емкостной составляющей тока нагрузки, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности. Величина этого тока определяется углом открытия тиристоров, входящих в источник реактивной мощности.

Измерение коэффициента мощности нагрузки осуществляется по величине фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети.

Такой способ измерения реализуется с помощью датчика реактивной мощности, блока управления и блока импульсно-фазового управления. На выходе блока управления формируется напряжение управления Uупр, пропорциональное коэффициенту мощности нагрузки. С помощью этого напряжения и импульсов напряжения синхронизации, поступающих на входы блока импульсно-фазового управления, происходит преобразование напряжения в фазу управления αрег тиристорами источника реактивной мощности.

Одновременно с этим через цепь LC-компенсатора осуществляется шунтирование высших гармонических составляющих тока, генерируемых преобразователем. При этом км увеличивается за счет более полной компенсации реактивной мощности, связанной с регулированием угла φ, а также уменьшения высших гармоник тока во входном токе электровоза.

Таким образом, в известном устройстве для компенсации реактивной мощности коэффициент мощности км электровоза повышается за счет плавного изменения реактивной мощности в источнике реактивной мощности, приводящего к повышению коэффициента мощности км в отличных от номинальных токах нагрузки, а также уменьшаются потери электроэнергии за счет незначительного потребления реактивной мощности, что является достоинством известного устройства.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокое значение коэффициент мощности км электровоза. Это обусловлено тем, что при определении коэффициента мощности км учитывается только фазовый угол сдвига φ между током и напряжением питающей сети без учета коэффициента ν искажения формы потребляемого тока.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключатся в разработке устройства для компенсации реактивной мощности, обеспечивающего высокое значение коэффициента мощности км электровоза за счет учета как фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, так и коэффициента ν искажения формы потребляемого тока при определении коэффициента мощности км электровоза.

Для решения поставленной задачи в устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L, емкость С и два встречно-параллельно включенных тиристоров, датчик напряжения и датчик тока, блок синхронизирующих импульсов, блок управления и блок импульсно-фазового управления, при этом в качестве нагрузки использован выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем, нагрузка подключена к трансформатору напряжения через датчик тока и параллельно - к источнику реактивной мощности, датчик напряжения подключен параллельно трансформатору напряжения, выход датчика напряжения связан с входом блока синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока импульсно-фазового управления, выход блока управления подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления, выход которого связан с тиристорами источника реактивной мощности, в него введены блок вычисления заданного тока, блок вычисления фактического тока и элемент сравнения, при этом блок вычисления заданного тока представляет собой параллельно соединенные каналы вычисления активной мощности и вычисления действующего значения напряжения, подключенные соответственно к первому и второму входу делителю, выход которого является выходом блока вычисления заданного тока, канал вычисления активной мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, первый и второй вход которого являются входами блока вычисления заданного тока, первого интегратора и устройства выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу делителя, канал вычисления действующего значения напряжения выполнен в виде последовательно соединенных второго умножителя, входы которого соединены между собой и подсоединены ко второму входу блока вычисления заданного тока, второго интегратора и первого устройства вычисления квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу делителя, блок вычисления фактического тока выполнен в виде последовательно соединенных третьего умножителя, входы которого соединены между собой и являются входами блока вычисления фактического тока, третьего интегратора и второго устройства вычисления квадратного корня, выход которого являются выходом блока вычисления фактического тока, второй вход устройства выборки-хранения, второй вход второго интегратора блока вычисления заданного тока и второй вход третьего интегратора блока вычисления фактического тока соединены между собой и подключены к выходу блока синхронизирующих импульсов, первый вход блока вычисления заданного тока соединен с выходом датчика напряжения, второй входа блока вычисления заданного тока и вход блока вычисления фактического тока подключены к выходу датчика тока, выход блока вычисления заданного тока и выход блок вычисления фактического тока соединены с соответствующими входами элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу блока управления.

Заявляемое решение отличается от прототипа введением новых блоков: блока вычисления заданного тока, блока вычисления фактического тока и элемента сравнения и новыми взаимосвязями блоков в устройстве. Наличие в заявляемом решении существенных отличительных от прототипа признаков свидетельствует о соответствии его критерию патентоспособности «новизна».

Введение в устройство для компенсации реактивной мощности новых блока вычисления заданного тока, блока вычисления фактического тока и элемента сравнения, и образование новых взаимосвязей в устройстве приводит к повышению коэффициента мощности км электровоза. Это обусловлено тем, при определении коэффициента мощности км учитываются оба фактора, определяющих его значение: как фазовый угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, так и коэффициент ν искажения формы потребляемого тока.

Таким образом, заявляемое устройство для компенсации реактивной мощности при использовании позволяет максимально повысить значение коэффициента мощности км электровоза до 0,95 за счет учета обеих составляющих коэффициента мощности км при его определении. За счет учета фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети значение коэффициента мощности км электровоза повышается на 0,03, а за счет учета коэффициента ν искажения формы потребляемого тока - на 0,08.

Резкое изменение значения коэффициента мощности км электровоза с 0,84 (штатная схема) до 0,95 свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется на фигурах, раскрывающих его сущность и подтверждающих работоспособность и промышленную применимость заявляемого устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для компенсации реактивной мощности.

На фиг.2 показана блок-схема блока вычисления заданного тока.

На фиг.3 показана блок-схема блока вычисления фактического тока.

Устройств для компенсации реактивной мощности содержит трансформатор напряжения 1, нагрузку 2, источник реактивной мощности 3, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L4, емкость С5 и два встречно-параллельно включенных тиристоров 6 и 7, датчик напряжения 8, датчик тока 9, блок синхронизирующих импульсов 10, блок управления 11, блок импульсно-фазового управления 12, блок вычисления заданного тока 13, блок вычисления фактического тока 14 и элемент сравнения 15. В качестве нагрузки использован выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза 16 с подключенным к нему тяговым двигателем 17.

Блок вычисления заданного тока 13 представляет собой параллельно соединенные каналы вычисления активной мощности 18 и вычисления действующего значения напряжения 19, подключенные соответственно к первому и второму входу делителя 20, выход которого является выходом блока вычисления заданного тока 13.

Канал вычисления активной мощности 18 выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя 21, первого интегратора 22 и устройства выборки-хранения 23. Первый и второй вход первого умножителя 21 являются входами блока вычисления заданного тока 13. Выход устройства выборки-хранения 23 подключен к первому входу делителя 20.

Канал вычисления действующего значения напряжения 19 выполнен в виде последовательно соединенных второго умножителя 24, второго интегратора 25 и первого устройства вычисления квадратного корня 26. Входы второго умножителя 24 соединены между собой и подсоединены ко второму входу блока вычисления заданного тока 13. Выход первого устройства вычисления квадратного корня подключен ко второму входу делителя 20.

Блок вычисления фактического тока 14 выполнен в виде последовательно соединенных третьего умножителя 27, третьего интегратора 28 и второго устройства вычисления квадратного корня 29. Входы третьего умножителя 27 соединены между собой и являются входами блока вычисления фактического тока 14. Выход второго устройства вычисления квадратного корня 29 являются выходом блока вычисления фактического тока 14.

Второй вход устройства выборки-хранения 23, второй вход второго интегратора 25 блока вычисления заданного тока 13 и второй вход третьего интегратора 28 блока вычисления фактического тока 14 соединены между собой и подключены к выходу блока синхронизирующих импульсов 10.

Нагрузка 2 подключена к трансформатору напряжения 1 через датчик тока 9 и параллельно - к источнику реактивной мощности 3. Датчик напряжения 8 подключен параллельно трансформатору напряжения 1. Выход датчика напряжения 8 связан с входом блока синхронизирующих импульсов 10. Выход блока синхронизирующих импульсов 10 соединен с первыми входами блока управления 11 и блока импульсно-фазового управления 12. Выход блока управления 11 подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления 12, выход которого связан с тиристорами 6 и 7 источника реактивной мощности 3.

Первый вход блока вычисления заданного тока 13 соединен с выходом датчика напряжения 8, Второй вход блока вычисления заданного тока 13 и вход блока вычисления фактического тока 14 подключены к выходу датчика тока 9.

Выход блока вычисления заданного тока 13 и выход блок вычисления фактического тока 14 соединены с соответствующими входами элемента сравнения 15, выход которого подключен к второму входу блока управления 11.

Трансформатор напряжения 1, выпрямительно-инверторный преобразователь 16 и двигатель 17 являются типовыми устройствами электровоза с плавным регулированием напряжения. В качестве емкости источника реактивной мощности 5 использованы конденсаторы типа КСК-1,05-125-1У1, а в качестве индуктивности 4 - стандартные индуктивные шунты электровоза ИШ-95. В качестве датчиков тока 9 и напряжения 8 использованы соответствующие датчики Холла, выпускаемые швейцарской фирмой LEM. Блок синхронизирующих импульсов выполнен по патенту №2118038 «Формирователь синхронизирующих импульсов» Авторы Ю.М.Кулинич, В.В.Кравчук. Все блоки управления устройства изготовлены на базе микропроцессора PIC 18F 452.

Устройство для компенсации реактивной мощности работает следующим образом.

Пониженное трансформатором напряжения 1 переменное напряжение сети поступает на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 16, осуществляющего плавное четырехзонное регулирование напряжения на тяговым двигателе 17. При этом тяговый двигатель 17 потребляет из сети, кроме активной, также реактивную мощность, которая ухудшает показатели электропотребления.

Ток нагрузки 2 и напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения 1 контролируются соответственно датчиком тока 9 и напряжения 8.

Сигналы тока нагрузки 2 и напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения 1 поступают соответственно с датчиков тока 9 и напряжения 8 в устройство вычисления заданного тока 13. В устройстве вычисления заданного тока 13 блоки 20-26 формируют сигнал тока нагрузки Iзад, пропорциональный току нагрузи в случае полной компенсации реактивной мощности.

В блоке умножителя 21 осуществляется перемножение текущих значений тока нагрузки iн и напряжения uн нагрузки. С помощью блоков интегратора 22 и выборки-хранения 23 формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности за период Т сетевого напряжения. Сигнал на выходе блока 23, сформированный в соответствии с формулой (3),

соответствует величине активной мощности Рнi, потребляемой нагрузкой в i-ый период T питающего напряжения. С помощью блоков умножителя 24, интегратора 25 и вычисления квадратного корня 26 осуществляется вычисление действующего значения напряжения U в соответствии с формулой

Для этого на оба входа умножителя 24 подается текущее значение напряжения нагрузки uн. После умножения напряжения сигнал поступает на вход интегратора 25, который суммирует значения за период T сетевого напряжения, а блок вычисления квадратного корня 26 вычисляет квадратный корень из его входного сигнала. В результате такого преобразования на выходе блока 26 формируется сигнал действующего значения напряжения U на i-ом периоде T сетевого напряжения. После операции деления величины активной мощности Pнi на действующее значения напряжения U, осуществляемой делителем 20, рассчитывается сигнал тока нагрузки Iзад, пропорциональный току нагрузи в случае полной компенсации реактивной мощности.

Одновременно сигнал тока нагрузки 2 с датчиков тока 9 поступает в блок вычисления фактического тока 14, где блоками 27-29 вычисляется действующее значение Iф фактического тока нагрузки 2.

На вход блока умножителя 27 поступает текущее значение тока нагрузки iн. С помощью блоков умножителя 27, интегратора 28 и вычисления квадратного корня 29 осуществляется вычисление действующего значения фактического значения тока Iф нагрузки в соответствии с формулой

Сигналы Iзад и Iф подаются в элемент сравнения 15, где из заданного тока нагрузки Iзад вычитается его фактическое значение Iф. Сигнал ΔI на выходе элемента сравнения 15 пропорционален нескомпенсированному значению тока нагрузки 2 или ее реактивной мощности, определенной с учетом как фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, так и величины коэффициента ν искажения формы потребляемого тока.

Сигнал ΔI через блок управления 11 поступает в блок импульсно-фазового управления 12. В блоке управления 11 производится вычисление фазы управляющих импульсов αрег, необходимых для получения минимального значения сигнала ΔI. В блоке импульсно-фазового управления 12 происходит усиление импульсов управления αрег до уровня, необходимого для открытия тиристоров источника реактивной мощности 3. Сформированные в блоке импульсно-фазового управления 12 импульсы управления αрег подаются на тиристоры 6 и 7 источника реактивной мощности 3.

При индуктивном характере нагрузки 2 через LC-цепь 4-5 источника реактивной мощности 3 протекает емкостная составляющая тока, которая компенсирует индуктивную составляющую тока нагрузки 2. В этом случае фаза угла φ потребляемого электровозом тока приближается к питающему напряжению. Одновременно с этим через LC-цепь 4-5 осуществляется шунтирование внутри электровоза третьей и ближайших по частоте высших гармонических составляющих тока, которое приводит к уменьшению в составе входного тока электровоза высших гармоник тока и увеличению коэффициентом искажения тока ν.

В номинальном и отличном от номинального режима работы нагрузки компенсация реактивной мощности происходит за счет создания управляемой емкостной составляющей тока нагрузки 2, осуществляемой с помощью источника реактивной мощности 3. Величина этого тока определяется углом открытия тиристоров 6 и 7.

Измерение коэффициента мощности нагрузки 2, в соответствии с формулой (1), осуществляется по величине фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети, а также по величине коэффициента ν искажения формы потребляемого тока.

При уменьшении коэффициента мощности нагрузки 2 блок управления 11 автоматически изменяет фазу αрег открытия тиристоров. Изменение угла открытия тиристоров 6 и 7 приводит к увеличению емкостной составляющей источника реактивной мощности 3, протекающего в противофазе с индуктивной составляющей тока, потребляемого нагрузкой 2. Это вызывает приближение величины фактического тока нагрузки Iф к его заданному значению Iзад. Уменьшение до минимального значения сигнала ΔI приводит к максимально возможному повышению коэффициента мощности нагрузки. Так осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки как в номинальном режиме, так и при изменении режима работы электровоза.

Таким образом, при использовании заявляемого устройства для компенсации реактивной мощности максимально повышается значение коэффициента мощности км электровоза до 0,95. За счет учета фазового угла сдвига φ между током и напряжением питающей сети значение коэффициента мощности км электровоза повышается на 0,03, за счет учет коэффициента ν искажения формы потребляемого тока - на 0.08.

Устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L, емкость С и два встречно-параллельно включенных тиристоров, датчик напряжения и датчик тока, блок синхронизирующих импульсов, блок управления и блок импульсно-фазового управления, при этом в качестве нагрузки использован выпрямительно-инверторный преобразователь электровоза с подключенным к нему тяговым двигателем, нагрузка подключена к трансформатору напряжения через датчик тока и параллельно - к источнику реактивной мощности, датчик напряжения подключен параллельно трансформатору напряжения, выход датчика напряжения связан с входом блока синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с первыми входами блока управления и блока импульсно-фазового управления, выход блока управления подключен ко второму входу блока импульсно-фазового управления, выход которого связан с тиристорами источника реактивной мощности, отличающееся тем, что в него введены блок вычисления заданного тока, блок вычисления фактического тока и элемент сравнения, при этом блок вычисления заданного тока представляет собой параллельно соединенные каналы вычисления активной мощности и вычисления действующего значения напряжения, подключенные соответственно к первому и второму входу делителя, выход которого является выходом блока вычисления заданного тока, канал вычисления активной мощности выполнен в виде последовательно соединенных первого умножителя, первый и второй вход которого являются входами блока вычисления заданного тока, первого интегратора и устройства выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу делителя, канал вычисления действующего значения напряжения выполнен в виде последовательно соединенных второго умножителя, входы которого соединены между собой и подсоединены ко второму входу блока вычисления заданного тока, второго интегратора и первого устройства вычисления квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу делителя, блок вычисления фактического тока выполнен в виде последовательно соединенных третьего умножителя, входы которого соединены между собой и являются входами блока вычисления фактического тока, третьего интегратора и второго устройства вычисления квадратного корня, выход которого являются выходом блока вычисления фактического тока, второй вход устройства выборки-хранения, второй вход второго интегратора блока вычисления заданного тока и второй вход третьего интегратора блока вычисления фактического тока соединены между собой и подключены к выходу блока синхронизирующих импульсов, первый вход блока вычисления заданного тока соединен с выходом датчика напряжения, второй вход блока вычисления заданного тока и вход блока вычисления фактического тока подключены к выходу датчика тока, выход блока вычисления заданного тока и выход блок вычисления фактического тока соединены с соответствующими входами элемента сравнения, выход которого подключен к второму входу блока управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение на электрических подстанциях, требующих компенсации реактивной мощности и плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение на электрических подстанциях, требующих плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи и компенсации реактивной мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение на электрических подстанциях, требующих компенсации реактивной энергии и плавки гололеда на воздушных линиях электропередачи.

Изобретение относится к электрическим сетям и предназначено для повышения коэффициента полезного действия воздушной линии электропередачи, а также качества электроэнергии, отпускаемой сельскохозяйственным потребителям.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам с использованием полупроводниковых приборов для передачи по кабелю на подводный объект электрической энергии, которая, в частности, применяется для зарядки электрической аккумуляторной батареи, установленной на этом подводном объекте.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам фильтрации и компенсации (УФК) в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ. Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения содержит последовательно соединенные главный выключатель с замыкающим блок-контактом и пультом управления на его включение, первый реактор и первую секцию конденсаторов, вторую секцию конденсаторов с параллельно включенным вторым реактором, и третью секцию конденсаторов с третьим реактором и демпфирующим резистором, подключенным между точкой соединения второй и третьей секцией конденсаторов и рельсом.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении качества электрической энергии за счет исключения в сетевом токе гармонических составляющих, генерируемых нелинейной нагрузкой без применения дополнительных силовых фильтрующих LC-цепей.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования реактивной мощности резкопеременных нагрузок (РПН). .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока высокого напряжения, и может быть использовано на подстанциях воздушных линий передач с установленными на них шунтирующими реакторами и батареями статических конденсаторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано и может быть использовано в силовой электронике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для энергопитания. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем, имеющего ротор с постоянными магнитами. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование системы питания электроподвижного состава. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для перезапуска вращающейся машины переменного тока. .
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в транспорте. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторных электродвигателях и в электрическом транспортном средстве. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного тока в постоянный с последующим преобразованием в переменный для питания электроприводов электровозов переменного тока.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано на электроподвижном составе. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения или тока в переменное напряжение или ток без промежуточного пеобразования в постоянное напряжение или ток. Техническим результатом является обеспечение произвольного и непрерывного регулирования прохождения тока от входного фазного вывода к выходным фазным выводам прямого преобразователя. Прямой преобразователь (1) снабжен n входными фазными выводами (U1, V1, W1) и p выходными фазными выводами (U2, V2, W2), где n≥2 и p≥2, n·p двухполюсными коммутационными элементами (2) для переключения, по меньшей мере, одного положительного и, по меньшей мере, одного отрицательного напряжения между полюсами. Каждый выходной фазный вывод (U2, V2, W2) последовательно соединен с каждым входным фазным выводом (U1, V1, W1) через один коммутационный элемент (2). Для обеспечения произвольного и непрерывного регулирования прохождения тока от входного фазного вывода к выходному фазному выводу прямого преобразователя и для обмена электрической энергией между двухполюсными коммутационными элементами в каждое последовательное соединение включена по меньшей мере одна индуктивность (3). 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения. Технический результат заключается в максимальном повышении коэффициента мощности км электровоза до 0,95 за счет учета как фазового угла сдвига φ, так и коэффициента ν искажения формы потребляемого тока. Для этого заявленное изобретение содержит трансформатор напряжения, нагрузку, источник реактивной мощности, представляющий собой последовательно соединенные индуктивность L, емкость С и два встречно-параллельно включенных тиристора, датчик напряжения и датчик тока, блок синхронизирующих импульсов, блок управления, блок импульсно-фазового управления, блок вычисления заданного тока, блок вычисления фактического тока и элемент сравнения. 3 ил.

Наверх