Устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ МНОГОМОСТОВОГО ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащее преобразовательные трансформаторы , первичная обмотка каждого из которых подю:ючена к питающей сети, а каждая из вторичных - к вентильному преобразователю, компенсирующие цепи, содержащие последовательно включенные защитный реактор и конденсатор, каждая из которых одним выводом присоединена к одной из фаз вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора, а другим выводом связана с одной из «раз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора, отличающееся тем, что, с целью экономии электрической энергии , в него введены три управляемых выключателя , датчик статического тока и три схемл управления выключателями, а управляемый выключатель выполнен из двух встречно параллельно соединенных тиристоров, причем управляемый выключатель включен между вторым выводом ка.дрй компенсирующей цепи и одной из фаз вторичной обмотки втоi рого преобразовательного трансформатора , управляющие электроды тиристо (Л ров каждого из управляемых выключателей соединены с выходом одной из трех схем управления выключателями, один из входов каждой из которой соединен с выходом датчика статического тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя,, а другой включен параллельно одному из управляемых выключателей. 05 ф о р СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (И)

)(51) Н 02 ) 3 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3511519/24-07 (22) 16.11.82 (46) 23.01.84. Бюл. Р 3 (72.) Г.П.Корнилов и A.C.Карандаев (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова (53) 621,316.925(088,8) (56) 1. Заявка ФРГ Р 1588504, кл. 21 С 67/65, 1966.

2. Ильяыов В.И. Конденсаторные установки промышленных предприятий.

М., "Энергия", 1972, с. 86.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 904098, кл. Н 02 г 3/18, 1979. (5 4 ) (5 7 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ

РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ МНОГОМОСТОВОГО

ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащее преобразовательные трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключена к питающей сети, а каждая из вторичных — к вентильному преобразователю, компенсирующие цепи, содержащие последов атель— но включенные защитный реактор и конденсатор, каждая иэ которых одним выводом присоединена к одной иэ фаэ вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора, а другим выводом связана с одной из ч аз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью экономии электрической энергии, в него введены три управляемых выключателя, датчик статического тока и три схемы управления выключателями, а управляемый выключатель выполнен из двух встречно параллельно соединенных тиристоров, причем управляемый выключатель включен между вторым выводом каждой компенсирующей цепи и одной из фаз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформа- Fg тора, управляющие электроды тиристоров каждого иэ управляемых выключателей соединены с выходом одной из трех схем управления выключателями, С, один из входов. каждой из которой сое динен с выходом датчика статическо- ф го тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя,. а другой включен параллельно одному из управляемых выключателей.

1069065

Г Й

a „-1- Ж-<в д2 ьР где U — напряжение питающей сети, R — активное сопротивление сети, включая сопротивление вентильного преобразователя и преобразовательных трансформаторов.

Кроме того, изменения реактивной мощности приводят к отклонениям напряжения сети от номинальной величины

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст. ройство для компенсации реактивной мощности вентильного преобразователя, содержащее преобразовательные трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключена к питающей сети, а каждая иэ вторичных обмоток — к вентильному преобразователю, компенсирующие цепи, содержащие последовательно включенные конденсатор и реактор„ каждая из которых одним выводом присоединена к одной из фаз вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора, а другим выводом — к одной из фаэ вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора С35.

Известно, что величина реактивной мощности г,в, потребляемой вентильным преобразователем, опреде- 65 где "., = вп— л Ug, GUTE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для компенсации реактивной мощности, потребляемой мощными многомостовыми вентильными преобразователями постоянного тока.

Известно устройство для динамической компенсации падения напряжения в сети, содержащее трехфазную нагрузку индуктивного характера, подключенную к сети переменного тока, соединенную с фазами вторичной обмотки питающего трансформатора. Между нулевой точкой обмотки и фазами нагрузки включены компенсирующие цепи, состоящие иэ последовательно 35 соединенных конденсатора и двух полупроводниковых управляемых вентилей, включенных встречно-параллельно, Управляющие электроды вентилей соединены с выходами одного из трех 20 регуляторов„ входы которых с помощью измерительных трансформаторов тока или взаимных индуктивностей подключены к фазам нагрузки Ц, Недостатками этого устройства 25 являются его сложность и относительно высокая стоимость.

Известна схема одноступенчатого автоматического регулирования мощности конденсаторных установок по 0 току нагрузки, содержащая конденсаторную установку, состоящую иэ трех конденсаторов, выводы которой через автоматы и обмотки реле времени соединены с сетью переменного напряже3 ния 380 В, в фазы которой включены обмотки токовых реле и панель управления автоматом, подключенную к магистрали цепей оперативного тока C23 .

Данное устройство не может быть применено в сетях с реэкопеременной нагрузкой потребителей, например, в сетях, питающих электропрнводы постоянного тока. ляется величиной выпрямленного тока нагрузки и зависит от режима работы преобразователя где 16 — среднее значение выпрямленного тока нагрузки вентильного преобразователя, среднее значение выпрямлен ного напряжения; выпрямленное напряжение идеального холостого хода при нулевом угле управления.

Установленная мощность конденсатора компенсирующих цепей 0 выбирается близкой к реактивной мощности, потребляемой вентильным преобразователем при номинальных значениях выпрямленного напряжения, тока и напряжения питающей сети.

Цри работе вентильного преобразователя без нагрузки среднее значение выпрямленного тока определяется моментом холостого хода двигателя электропривода и имеет небольщую величину по сравнению с номинальным током нагрузки. Возникает несоответствие между потребляемой Р„ и генерируемой реактивными мощностями причем Q > ЯВ,т.е. происходит избыточное генерирование реактивной мощности в сеть.

Избыточное генерирование реактивной мощности приводит к тем же нежеяательным последствиям, что и потребление ее из сети . A именно, возникают дополнительные потери активной мощности д.Р, вызванные перетоками избыточной реактивной, пропорциональные ее квадрату суммарная пе а кти вная мощность; — реактивное сопро-. тивление сетку потери напряжения, обусловленные активной и реактивной мощ-ностью;

1069065

P активная мощнооть, потребляемая иэ сети.

При этом учитывается, что при работе нагрузки ОвпО, дЦ имеет значительную величину, причем тем большую, чем больше разность между величиной реактивной мощности . генерируемой компенсирующими цепями Я в и реактивной мощностью потребляемой вентильным преобразователем Ящ

Таким образом, основным недостатком этого устройства является постоянное генерирование реактивной мощности компенсирующими цепями, подключенными между фазами вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов, независимо от режима работы вентильного преобразователя.

Целью изобретения является экономия электрической энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя, содержащее преобразовательные трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключена к питающей сети, а каждая из вторичных — к вентильному преобразователю, компенсирующие цепи, содержащие последовательно включенные защитные реактор и конденсатор, каждая иэ которых одним выводом присоединена к одной из фаз вторичной обмотки первого преобразовательного трансформатора, а другим выводом связана с одной иэ фаэ вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора, введены три управляемых выключателя, датчик статического тока и три схемы управления выключателями, а управляемый выключатель выполнен иэ двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, причем управляемый выключатель включен между вторым выводом каждой компенсирующей цепи и одной иэ фаз вторичной обмотки второго преобразовательного трансформатора, управляющие электроды тиристоров каждого иэ управляемых выключателей соединены с выходом одной из трех схем управления выключателями, один из входов каждой из которых соединен с выходом датчика статического тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя, а другой включен параллельно одному из управляемых выключателей, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя; на фиг.2принципиальная схема датчика статического тока, на фиг. 3 - принципи5

55 альная схема управления выключателями. 1

Устройство фиг. 1) содержит дву мостовой вентиль ный преобраэо ватель 1, выход которого подключен к якорю двигателя 2. Преобразователь включает в себя вентильный мост 3, подключенный к вторичной обмотке первого преобразовательного трансформатора, содержащего три фазы 4.1-4.3, первичная и вторичная обмотки которого .соединены по схеме "звезда", и вентильный мост 5, подключенный к вторичной обмотке второго преобразовательного трансформатора, содержащего также фазы 6.16.3, первичная обмотка которого соединена по схеме "треугольник", а вторичная — по схеме "звезда".

Между фазами 4.1 и 6.2, 4.2 и 6.3, 4.3 и 6.1 включены компенсирующие цепи 7,8,9,каждая из которых содержит последовательно соединенные защитный реактор соответственно 10, 11 и 12, конденсаторную батарею 13, 1 4, 15 и управляемый выключатель 16, 17, 18, состоящий иэ двух встречно-параллельно соединенных тиристоров например, 19, 20 для управляемого выключателя 16), управлянхцие входы которых подключены к выходу одной из соответствующих схем управления выключателями 21-23. Один из входов каждой иэ схем управления выключателями 21-23 соединен с выходом датчика 24 статического тока, включенного в цепь нагрузки вентильного преобразователя 1, а второй подключен параллельно управляемому тиристорному выключателю, входящему в одну иэ компенсирующих цепей 7-9.

В данном устройстве датчик 24 статического тока используется только как индикатор нагDv3KH электоопоивопа, и не требуется высокая точность выделения сигнала, пропорционального 1с поэтому в качестве него может быть применен датчик статического тока фиг. 2), который содержит шунт 25, к выводам которого подключен вход датчика 26 тока, выход которого соединен с одним из входом сумматора 27, другой вход которого через дифференцирующий блок 28 соединен с выходом датчика 29 скорости, вход которого подключен к выводам тахогенератора 30.

Для включения в схему устройства достаточно шунт 25 включить последовательно в якорную цепь двигателя 2 (фиг. 1), выход сумматора 27 соединить с выходами схем управления выключателями 21- 23 4 иг. 11 и якорь тахогенератора 30 механически соединить с якорем двигателя 2 Сфиг. 1) .

Каждая схема управления выключателями 21-23 (фиг. 3) содержит нуль1069065 индикатор 31 и логический элемент И 32, один иэ входов которого соединен с выходом нуль-индикатора 31 а другой - с выходом датчика 24 статического тока (фиг. 1) . Нуль-индикатор 31 выполнен на интегральном олерационном усилителе 33 с двумя входами — инвертирующим 34 и неинвертирующим 35. Неинвертирующий вход 35 с помощью резистора 36 соединен с выходом 37 усилителя 33, с помощью другого резистора 38 соединен с общей точкой 39 усилителя 33. Между иннер тирующим входом 34 и общей точкой 39 включен интегральный диодный ограничитель 40, состоящий из двух встречно-параллельно соединенных диодов 41 и 42.

Для включения каждой из схем управления выключателями 21-23 в схему устройства достаточно выход дат- 20 чика 24 статического тока соединить со свободным выходом логического элемента И 32, а соответствующий управляемый выключатель,16-18 подключить параллельно диодному огра- 75 ничителю 40 нуль-индикатор 31. устройство работает следующим образом.

С выхода датчика 24 статического тока (фиг. 1) на выходы схем ЗО управления выключателями 21-23 подается сигнал, пропорциональный статическому току нагрузки нентильного преобразователя 1.

Принцип дейстния датчика статического тока основан на выделении статической составляющей 1с из полного тока i якоря двигателя 2 н соответствии с приведенной выше зависимостью ! А

40 ! ( где I — суммарный момент инерции принодар с — произведение конструктивной постоянной двигателя

45 на магнитный поток; угловая частота вращения двигателя.

Сигнал, пропорциональный полному 5() току i, поступает с выхода датчика 26 тока (фиг. 2 ), сигнал, пропорциональный угловой частоте вращения 4О, снимается с выхода датчика 29 скорости (фиг. 2). За счет включения дифференцирующего блока 28 выделяется сигнал, пропорциональный первой производной угловой частоты вращения ЖЫ . Далее с помощью (. сумматора 27 (фиг. 2) этот сигнал 60 вычитается из полного тока якоря.

Таким образом, на выходе датчика 24 статического тока формируется сигнал, пропорциональный статической составляющей тока двигателя.

Величина этого тока определяет величину реактивной мощности, потребляемой из сети . При работе электропривода на холостом ходу, до наброса статической нагрузки, вентильный преобразователь 1 потребляет незначительную реактивную мощность, определяемую током холостого хода.

Величина сигнала, поступающего с выхода датчика 24 статического тока в этом случае практически равна нулю, поэтому подключения компенсирующих цепей 7-9 не происходит и вентильный преобразонатель 1 работает без компенсации с незначительныМ потреблением реактивной мощности, После приложения статической нагрузки на нходы схем упрвнления выключателями 21-23 .(фиг. 1) " ныходадатчика 24 статического тока (фиг.1) поступает достаточный по неличине управляющий сигнал и происходит подключение компенсирующих цепей 7-9 .

Так как вентильный преобразователь 1 работает в этом режиме со значительным потреблением реактивной мощности, подключение компенсирующих цепей 7-9 целесообразно. Каждая из схем управления выключателями 21-23, обеспечивает коммутацию управляемых выключателей, входящих н компенсирующие цепи 7-9, только при одновременном выполнении двух условий: при наличии напряжения на ее входе, соединенном с выходом датчика 24 статического тока (работа привода под нагрузкой), и при условии, что мгновенное значение напряжения, поднодимого к управляемому тиристорному выключателю, равно нулю.

Работа нуль-индикатора (фиг. 3), входящего н схему управления выключателями, основана на действии положительной обратной связи, реализованной путем включения резистора 36 (фиг. 3) между неиннертирующим входом 35 и выходом 37 усилителя 33 (фиг. 3). Положительный сигнал на выходе 37 усилителя 33 за счет действия положительной обратной связи суммируется с сигналом на иннертирующем входе 34. В результате этого реализуется релейный режим работы усилителя 33. Диодный ограничитель 40 устанавливается для защиты входных цепей усилителя 33 от перенапряжений. Таким образом, нульиндикатор 31 выдает импульс н момент прохождения подводимого к нему переменного напряжения через нуль.

На выходе логического . элемента И 32 появляется сигнал только при подаче напряжения на оба его входа. Так как на один его вход подаются импульсы с выхода нуль-индикатора 31, а на нторой — сигнал от датчика 24 статического тока, на ныхо1069065 де элемента И 32 при работе электропривода под нагрузкой появляются импульсы, которые могут быть использованы для коммутации управляемыхвыключателей. За счет этого коммутация компенсирующих цепей 7-9 (фиг.1) 5 включенных между фазами преобразовательных трансформаторов, происходит беэ бросков свободного тока и коммутационных перенапряжений на управляемых выключателях. 10

При работе вентильного преобразователя 1 под нагрузкой и подключенных компенсирующих цепях 7-9 величина тока, потребляемого из сети, определяется выражением

Iq = (Qq-1 ып Р (cosq) П Я, где I u Ip — соответственно активС ная н реактивная составляющие тока Ig ток компенсирующих цепей; е ток вентильного преобразователя 25 угол сдвига фаз между током и напряжением питающей сети.

При соответствующем выборе мощности компенсирующих цепей 7-9 можно добиться ревенства

? в = I sin(p, т.е. Ip= О, вентильный преобразователь 1 будет работать с потребле- нием чисто активного тока иэ сети.

Таким образом, введение в устройство для компенсации реактивной мощности многомостового вентильного преобразователя трех управляемых выключателей и датчика статического тока позволяет осуществлять отключе- 40 ние компенсирующих цепей при незначительных токах вентильного преобразователя «(ри работе без статической нагрузки, когда его работа не вызывает повышенного потребления реактив-45 ной мощности иэ сети.

За счет этого обеспечивается компенсация реактивной мощности только при значительном потреблении ее вентильным преобразователем. Устранение избыточного генерирования реактивной мощности компенсирующими цепями при небольшом потреблении ее вентильным преобразователем l пЪ>и работе без статической нагрузки ) позволяет уменьшить ток, потребляемый вентильным преобразователем совместно с компенсирующими цепями из сети, величина которого определяется выражением

AYU

При избыточном генерировании реактивной мощности (;q G, (, ф 0 компенсирующие цепи подключены

При применении устройства ((уО, (; = 0 (компенсирующие цепи прй работе без статической нагрузки отключены 1 ток, потребляемый иэ сети, определяется только активной мощностью холостого хода 1,ц, уменьшение величины тока, потреб ляемого из сети, позволяет уменьшить потери активной мощности и тем самым достичь экономии электрической энергии, разгрузить преобразовательные трансформаторы и вспомогательные компенсирующие цепи.

Кроме того, за счет ликвидации избыточного генерирования реактивной мощности в сеть происходит уменьшение отклонений напряжения сети от номинального значения, что особенно важно для сетей с реэкопеременной (ударной) нагрузкой потребителей.

1069065

1069065

Составитель О.Наказная

Техред A.A÷ Корректор А.Ференц

Редактор Т. Кугрыаева

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 11483/51 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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