Устройство компенсации реактивной мощности

 

СОЮЗ СОВЕТа ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1376887

А1

{51)5 П 02 J 3/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - — "::: (46) 07.09.91. Нвп. Р 33 (21) 3604331/07 (22) 15.06.83 (71) Научно- исследовательский институт по передаче электроэнергии пос тоянным током высокого напряжения (72) А.Б.Альбертинский, В.А.Иванченко, Н.А.Канащенко, А.В.Пассе и М.А.Степанова (S3) 621.316.728 (088,8) (56) Вентильные преобразователи с улучшенным коэффициентам мощности.

Компенсационные способы улучшения коэффициента мощности вентильных пре" образователей. М.: Информэлектро.

1980.

Авторское свидетельство СССР

У 448536, кл. Н 02 J 3/М, 1971. (54) (57) 1,УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, содержащее трехфазный трансформатор, первичная об« мотка которого подключена к сети переменного тока, а вторичная обмотка с числом витков Я, подкл}очена к тиристорам, а также конденсаторную батарею, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью удешевления, трансформатор содержит третичную обмотку с

; числом витков И и промежуточным отЪ водам, а все тиристоры выполнены в виде симметричных тиристоров-симисторов, причем первичная обмотка соединена па схеме треугольника, а вторичная и третичная обмотки соединены па схеме звезды, между нх нейтральными точками включена конденсаторная батарея, фазные выпады третичной обмотки подключены через симисторы к нейтральной точке вторичной обмотки, а каждый фазный вывод вторичной обмотки подключен через два симисто-, ра к промежуточным отводам других фаз третичнай обмотки, причем число витков трети ной.обмотки от нейтрали да прамежуточиога отвода M 0,395У а И =0,74И

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью расширения диапазона регулирования, конденсаторная батарея выполнена в виде параллельно соединенных секций, причем все -секции, кроме одной, емкость которой наименьшая, содержат последовательно включенные контакторы.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения ресурса конденсаторной батареи, она в режиме потребления устройством реактивной мощности,зашунтиравана контактором.

1 1376887

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на электрических подстанциях трехфазного тока для выдачи н потребления реактивной мощности н быстрого регупирования ее величины.

Целью изобретения является удешевленгге устройства, Иа фиг.1 изображена принцнггиальная

cõема устройства;. на фиг.2 — временные кривые токов и напряжений; на фиг.3 и 4 — векторные диаграммы ЭДС.

Устройство включает трехфазный выключатель 1, через который трехфаэ- 15 ный .трансформатор 2 присоединяется к шинам трехфазного переменного тока., первпчную обмотку 3, соединенную треугольником, вторичную обмотку 4 с нейтральным выводом 5 и фазными выво- 20 дами 6А, 68, бС, третичную обмотку

7. с нейтральным выводом 8, промежуточными отводами 9А, 98, 3С и фазны-ми выводами 10А, 108, 10С, симметр гчнь.е. тггристоры (симисторы) 11-19 кон" 25 денсаторы 20 и 21 и контакторы 22 и

23, образующие конденсаторную батаppK), Как видно из cxE ?гы (фиг.1) фазпые выводы BOA, 108, 1ОС третичной обмотки 7 через симисторы 11, 17, 14 соединены с нейтралью вторичной обмотки 4, а каждьМ фазный.вывод б вторичной обмотки 4 через два симистора

12 и 13, 15 и 16, 18 и 19 соединен с двумя промежуточными отводами третичной обмотки 7, принадлежащими двум

% фазам. Например, фазный вывод 6А фазы А вторичной обмотки- 4 через два симистора 19 и 12 соединен соответственно с промежуточными отводами 98 и 9С фаз В и С третичной обмотки 7. Нга выходе устройства -между нейтральными выводами 5 и 8 вторичной 4 и третичной 7 обмоток включен конденсатор 20 и может быть подключен конденсатор 21. 45

Напряжение и соответственно число витков V> третичной обмотки 7 трансформатора 2 выбираются в зависимости от заданной мощности устройства и выбранного тока, по которому,в пер-50 вуго очередь определяется необходимый для устройства тип симисторов 11-19.

По выбранному числу витков W находится число витков от нейтрали трети гной .обмотки 7 до промежуточного 55 отвода ц = (3- з п 20 )Чз=-0,3951 ь и число витков вторичной обмотки 4

W = (= sin 40 )W,=0,742W, 2

При таком соотношении витков на входе устройства возникает переменный ток, который по своей форме такой же, как переменный ток, потребляемый из трехфаэной сети фазным выпрямителем.

Работу устройства можно рассматривать по временным кривыч токов и напряжений, построенни на фиг.2 по осям 24-30. В первом приближении сч1гтается, что коммутации тока с одного симистора на другой происходят мгновенно и значение тока, проходящего через симистор в промежутке проводимости в одном направлен..и; остается постояггггггм. Как показали экспериментальные исследования на физической модели устройства, коммутации тока в действительности происходят почти мгновенно, а импульсы тока через вентили немного отличаЬтся от прямо угольггых, т.е. они имеют на своих верхушках небольшую выпуклость. Таким образом допущения, принятые при построегггги фнг.2, приводят лишь к небольшим изменениям действительных электромагнитных процессов, протекающих в устройстве. На оси 24 (фиг.2) показан ток симистора 11. Он протекает 20 (.1/18 периода переменного напряжения на входе устройства) в одном положительном направлении и через половину периода также 20 в обратном (отрицательном) направлении. Порядок отпирания симисторов 11-19 в положительном н отрицательном направлениях и„ следовательно, порядок их проводимости определяется векторными диаграммами ЭДС обмоток трансформатора 2, построенными на фиг.3 и 4.

На,диаграмме фиг.3 по схеме (фиг.1) построены векторы ЭДС между нейтральным выводом 5 вторичной обмотки 4 и нейтральным выводом 8 третичной об- мотки 7 при проводимости нечетных симисторов 11,13,15,17 и 19 в положительном направлении H четных симис» торов 12,14,16 и 18 в отрицательном направлении (на фиг.1 возле симисторов 11-19 стрелками ук,:заны положительные направления их проводимости) .

На диаграмме .фиг.4 также по схеме (фнг.1) построены векторы ЭДС между нейтральным выводом 8 третичной об3 1376887 4 мотки 7 и нейтральным выводом 5 вторичной обмотки 4 при проводимости четных симисторов 12, 14, 16 и 18 в положительном направлении и нечетных симисторов 11, 13, 15, 17 и 19 н отри5 цательном направлении. Из векторных диаграмм получаем следующий порядок отпирания и проводимости симисторов

11-19. В положительном направлении ток проводят снмисторы 11-19 и затем в таком-же порядке симисторы 11-19 проводят ток н отрицательном направлении. Этот порядок проводимости симисторов 11-19 указан на фиг,2 между кривыми, построенньпж на осях 25 и 26..

По схеме фиг.1 легко проследить, что в промежутках проводимости еимистора 11 ток проходит в фазе A третичной обмотки 7 трансформатора 2 и через конденсатор 20 (нли конденсаторы

20 и 2.1). При этом в промежутке с t (фиг,2) этот ток проходит в фазе А третичной обмотки 7, симисторе 11 и . конденсаторе 20 в положительном направлении, а в промежутке t>t z - в отрицательном направлении. В момент

t отпирается и начинает. пропускать ток в прямом направлении симистор 12.

В результате этого ток через симистор

11 прекращается и наступает промежуток t>t<, в течение которого ток проходит н фазе А вторичной обмотки 4 в положительном направлении, между выводом 9С и нейтралью 8 третичной обмотки 7 и через конденсатор 20— в отрицательном направлении. Такие коммутации тока возникают через каждые 20 . В результате через конденсатор 20 на выходе устройства проходит переменный ток i кривая кото40 рого построена на оси 25. Как видно, этот ток изменяется с девятикратной частотой по сравнению с частотой напряжения на входе устройства. При частоте на входе, равной 50 Гц, на 45 выходе устройства возникает частота

450 Гц.. При прохождении тока i на конденсаторе 20 возникает напряжение

U, треугольная форма которого пока- зана на оси 25. При формировании напряжений на симисторах 11-19 напряжение конденсатора 20 добавляется к напряжениям вторичной и третичной

7 обмоток трансформатора 2. В результате напряжения на симисторах. 11-19 55 приобретают такую форму, при которой симисторы 11-19.могут производить коммутапию тока при работе устройст-. на в режиме выдачи реактивной мощности, когда угол регулирования блно зок к -90 . Как показали исследования на физической модели устройства, для надежной коммутации тока в режиме выдачи реактивной MQNHocTH необходимо, чтобы максимальное значение напряжения конденсатора 20

Пст Оу5П ь ° где U — амплитуда фазного напряжения третичной обмотки 7 трансформатора 2.

На осях 26-28 построены приведенные токи фазы А вторичной обмотки 4 и фазы А третичной обмотки 7. Приведение сделано к числу витков первичной обмотки 3 . При построении было принято, что число витков первичной обмотки 3 равно числу витков третичной обмотки 7. По каким обмоткам в тот или другой лромежуток времени проходит ток легко найти по схеме фиг.1, так как уже для каждого промежутка известно какой из симисторов 11-19 и в каком направлении пропускает ток.

Так например, в промежутке t „t, когда симистор 13 имеет проводимость в положительном направлении, ток про". ходит в третичной обмотке 7 от нейтрали 8 до отвода 9А в положительном направлении и в фазе С вторичной обмотки 4 в отрицательном напранлении.

Сумма приведенных токов, построенных на осях 26-28, дает ток i p в фазе А первичной обмотки 3 (ось 9). На оси

29 кроме того пунктиром показан ток в фазе С первичной обмотки 3, соединенной треугольником. Переменный ток на входе устройства в линейном проводе фазы А (1д1,„ -, ) построен на оси 30. Как видно, он по своей форме такой же как входной переменный ток фазного выпрямителя 18 (при мгновенной коммутации токов и абсолютно сглаженном выпрямленном токе) .

При рабЬте устройства в режиме вы» дачи реактивной мощности первая гармоника входного тока i сдвинута отД 1) носительно фазного напряжения U „ сети переменного тока на угол в сто(i) рону опережения . Угол ;, равен углу регулирования Ы (у глу отпирания симисторов 1 1 - 1 9 ) и имеет з н ачение, близкое. к -9 0 . В режиме потребления реактивной мощности q < „ и o(близки к +90 0 .

Устройство может работать с одним конденсатором 20 или с одной постоянно включенной группой конденсаторов па выходе (без регулирования величппы присоединенной емкости) . Однако лрп этом либо получается узкая область регулирования выдаваемой реактивной мощности, либо ухудшаются условия работы симисторов 11-19 и конденсато- as)

34 ров 20. Надо учитывать, что реактивная мощность пропорциональна входному и, следовательно, выходному току, проходящему в конденсаторе 20, а напряжение конденсатора 20 пропорционально его току. Если емкость конденсато-ра 20 выбрать так, чтобы его напряжение было достаточно для надежной коммутации тока в режиме, близком к номинальному, то устройство сможет работать при выдаче номинальной реактивной мощности и при перегрузках, по IIe сможет работать при снижении тока и, следовательно, мы получим узкую область регулирования выдавае мой реактивнОЙ мОщнОсти, Если емк9сть конденсатора 20 выбрать так, чтобы его напряжение было достаточньы при эадаппой нижней границе выдаваемой реактивной мощности, то устройство сможет работать во всем заданном диапазоне регулирования. Однако с ростом тока (реактивной мощности) будет увеличиваться напряжение конденсатора 20 и напряжения на симисторах 11-19. Это равносильно ухудше- З5 нию условий их работы и потребуется выбрать эти элементы устройства на более высокие напряжения. Для того„ чтобы избежать указанных недостатков, рекомендуется конденсаторы, включенные на выходе устройства, разбивать на параллельные группы. Одна иэ групп с наименьшей емкостью должна. быть присоединена постоянно, а в цепидруI гих групп вводятся контакторы, которые подключают или отключают по мере увеличения или уменьшения выдаваемой реактивной моь,носи На схеме фиг 1 показан простейший случай, когда конденсаторы разделены на Две группы.

0gyIIa группа 20 присоединена непосредствеипо к выходу, а вторая группа

2 1 пключаетсп и Отключается контак= тором 22.

Предлагаемое устройство может ра ботать и режиме потребления реактивной мощности, имея па выходе вклю.енные конденсаторы 20 и 2 1. Однако, если для режима вццачи реактивной мощности наличие конденсаторов 20 и 21 на выходе устройства является

Обязательным, та для режима потребления реактивной мощности это не обязательно. Для увеличения ресурс.н конденсаторов целесообразно при работе устройства в режиме потребления реактивной мощности, когда .угол регулирования близок к +90, включать контактор 23 (фиг, 1).и тем самым эашуптировать конденсаторы. Коммутация тока при этом обеспечивается за счет напряжений вторичной 4 и тре" тичпой 7 Обмоток трансформатора 2..

Преимущество предлагаемого устройства состоит в высокозффектив» пом использовании копдепсаторов.!! и хорошей близкой к сипусоидальпой форме входного переменного тока. Повышение эФфективности цспольэования конденсаторов определяется тем, что они работают при девятикратной частоте по.сравнению с частотой входного трехфазного напряжения, В пред- лагаемом устройстве конденсаторы используются более эффективно на часIowe 450 Гц и затраты на них значительно ниже. В качестве вентилей можно испольэовать не только симмет- ричные неэапираемые тиристоры (симисторы), но и обычные.тиристоры.

При этом вместо одного симистора надо применять два тиристора, соединечпые встречно-параллельно.

3 376887

1 с, Фиа 2

1376887

Составитель Михайлов

Техред И.Ходанич

Редактор Т.Куркова

Корректор O.Кравцова

:Заказ 3722

Тираж,: . : . ПодпиСиое

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раукская ваб. д. 4/5 й. производственно-полиграфическое пре йриятие, r,Óæãîpîä, ул.проектная 4 е жгор д» уле роектная