|
| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2031511
КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Имя изобретателя: Климаш В.С.; Симоненко И.Г.
Имя патентообладателя: Комсомольский-на-Амуре политехнический институт
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1992.04.29
Использование: компенсация реактивной мощности с обеспечением стабильности напряжения трехфазной сети. Сущность изобретения: в трансформаторно - тиристорный компенсатор реактивной мощности, содержащий трехфазный двухобмоточный вольтодобавочный трансформатор и трехфазный преобразователь амплитуды и фазы напряжения, выполненный на основе инвертора и выпрямителя, дополнительно введена система управления фазой выходного напряжения инвертора дополнительного канала для широтно - импульсного регулирования амплитуды этого напряжения.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к электротехнике, в частности к энергетической электронике, и может быть использовано для компенсации реактивной мощности и стабилизации напряжения трехфазной сети.
Известен компенсатор реактивной мощности [1], содержащий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети через блок конденсаторов, а вторичная обмотка - к тиристорному выпрямителю, нагруженному на индуктивность.
Недостатками устройства являются ограниченные функциональные возможности, а именно узкий диапазон регулирования реактивной мощности и нестабильности выходного напряжения. Необходимость ограничения диапазона и неполное в связи с этим использование устройства вызвано тем, что при глубоком регулировании посредством выпрямителя возникают большие искажения компенсационной составляющей тока и недопустимые отклонения напряжения нагрузки от напряжения сети. При этом возможны колебания выходного напряжения, связанные с изменением величины и характера нагрузки, а и изменением напряжения в сети.
Известен и компенсатор реактивной мощности [2], содержащий тиристорный выпрямитель, инвертор напряжения с синхронизированной с сетью системой управления, а и реактор, включенный между сетью и выходом инвертора, и конденсатор, включенный в звено постоянного тока. В этом устройстве тиристоры инвертора включаются таким образом, что основная гармоника его тока опережает на 90о сетевое напряжение, осуществляя тем самым компенсацию реактивной мощности.
Однако и этот компенсатор реактивной мощности имеет ограниченные функциональные возможности и низкое качество выходного напряжения. Он осуществляет частичную, зависящую от емкости конденсатора компенсацию, которая к тому же не регулируемая, так как тиристорный выпрямитель в стационарных режимах отключен и не воздействует на амплитуду компенсационной составляющей тока сети. Кроме того, устройство не обеспечивает стабилизацию напряжения нагрузки, что требует применения совместно с ним дополнительных устройств регулирования переменного напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является компенсатор реактивной мощности [3], который содержит последовательно соединенные три преобразователя: выпрямитель, инвертор напряжения с синхронизированной с сетью системой управления и тиристорно-реакторный регулятор переменного тока с синхронизированной с сетью системой управления. Первым сигналом управления, воздействующим на систему управления инвертором напряжения, обеспечивается опережение компенсационной составляющей тока сети относительно напряжения сети, а вторым сигналом управления, воздействующим на систему управления тиристорно-реакторным регулятором переменного тока, осуществляется регулирование действующего значения компенсационного тока и генерируемой реактивной мощности.
Недостатками устройства, взятого в качестве прототипа, прежде всего являются ограниченные функциональные возможности. Оно не обеспечивает полную компенсацию реактивной мощности и стабилизацию выходного напряжения в процессе изменения напряжения сети, а и величины и характера нагрузки. Кроме того, устройству свойствен режим прерывистого тока, при котором возникают большие искажения формы тока сети.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, а именно обеспечение полной компенсации реактивной мощности и стабилизации выходного напряжения независимо от внешней характеристики сети, а и от величины и характера нагрузки.
Цель достигается тем, что в устройство введены трехфазный датчик напряжения нагрузки, блок сравнения, датчик реактивной мощности сети, два однофазных измерительных трансформатора тока и трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого включены между сетью и нагрузкой, а в двух фазах соединены последовательно с первичными обмотками однофазных измерительных трансформаторов тока, первичные фазные обмотки трехфазного трансформатора соединены в звезду и подключены к выходу трехфазного инвертора, вход выпрямителя подключен к сети, первый вход блока сравнения соединен с выходом датчика напряжения нагрузки, второй вход блока сравнения подключен к источнику задающего сигнала, выход блока сравнения соединен с вторым управляющим входом системы управления инвертором, первый управляющий вход которой подключен к выходу датчика реактивной мощности сети, причем система управления инвертором выполнена с возможностью управления амплитудой и фазой выходного напряжения инвертора.
Преимуществом устройства является то, что оно обеспечивает управление обобщенного вектора напряжения нагрузки по двум координатам - по амплитуде и по фазе. Возможность регулирования амплитуды обеспечивает стабилизацию напряжения, а регулирование фазы - компенсацию реактивной мощности. Применение датчиков и предложенных связей позволяет автоматизировать этот процесс. В устройстве отсутствует режим прерывистого тока, что обуславливает улучшение формы тока сети. Для полной компенсации среднестатистического коэффициента мощности промышленных нагрузок целесообразно применение трансформатора с отношением первичного и вторичного напряжений как 380/220. Такие трансформаторы выпускаются серийно и широко распространены, например сухие защищенные преобразовательные типа ТСЗП.
Тиристорные преобразователи со звеном постоянного тока и выпускаются серийно, что указывает на готовность предлагаемого устройства к промышленному производству и и может быть отнесено к преимуществам.
 |  |  |
На фиг. 1 изображена принципиальная схема силовой части компенсатора реактивной мощности; на фиг.2 и 3 - векторные диаграммы режимов работы устройства.
Предлагаемое устройство состоит из трансформатора 1, инвертора 2 с системой 3
управления, выпрямителя 4, датчика 5 напряжения нагрузки, блока 6 сравнения, нагрузки 7 и
датчика 8 реактивной мощности сети с трансформаторами 9 и 10 тока. На векторных
диаграммах (фиг.2 и 3) введены следующие обозначения: 
,
, 
- напряжения сети, выгрузки и на выходе инвертора; 
,
, -
токи сети, нагрузки и на входе выпрямителя; 
1,2,
- фазы тока сети, напряжение выгрузки и напряжение инвертора относительно напряжения
сети; Кт - коэффициент трансформации; 
- коэффициент передачи напряжения преобразователя со звеном постоянного тока.
Устройство работает следующим образом. Выходное напряжение формируется из напряжения сети и напряжения инвертора 2 ·Ufеjl , регулируемого по амплитуде изменением коэффициентов передачи и по фазе - изменением угла управления тиристоров .
При помощи трансформатора 1 выходное напряжение инвертора 2 
уменьшается в коэффициент трансформации Кт раз и прибавляется к напряжению сети .
В результате этого напряжение на нагрузке 7 имеет вид= +
Kт··Ufejk(1)
Из выражения (1) и векторных диаграмм видно, что амплитуду и фазу вектора напряжения можно регулировать изменением коэффициента передачи и угла управления тиристорами . В
предлагаемом устройстве изменение коэффициента передачи осуществляется в функции отклонения реактивной мощности сети от нулевого уровня, а
изменение угла - в функции отклонения
напряжения нагрузки 7 от заданного уровня, например равного номинальному напряжению
сети.
При потреблении (генерации) устройством реактивной мощности сети сигнал с выхода
датчика 8 реактивной мощности сети поступает на первый управляющий вход системы 3
управления инвертором 2 и увеличивает коэффициент передачи ,
увеличивая тем самым опережающий (отстающий) фазовый сдвиг 2,
напряжения нагрузки 7относительно напряжения сети .
При этом датчик 5 напряжения, осуществляя контроль напряжения нагрузки 7, подает сигнал
обратной связи на блок 6 сравнения, на котором этот сигнал сравнивается с сигналом,
пропорциональным заданному, например номинальному значению напряжения сети. Разность
этих сигналов с выхода блока сравнения подается на второй управляющий вход системы 3
управления инвертором 2, которая, изменяя угол управления тиристорами ,
осуществляет регулирование амплитуды выходного напряжения. В результате такого
амплитудного и фазового воздействия на выходное напряжение инвертора 2 вектор этого
напряжения так
формирует свой модуль и аргумент, что вектор напряжения нагрузки 7 является
радиусом заданной окружности.
Использование устройства позволяет осуществлять полную компенсацию реактивной мощности в различных системах трехфазного тока и стабилизацию действующего значения выходного напряжения на заданном уровне независимо от жесткости внешней характеристики сети, а и величины и характера нагрузки.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, содержащий инвертор напряжения, вход которого подключен к выходу выпрямителя и синхронизированную с сетью систему управления инвертором, отличающийся тем, что в него введены дополнительно трехфазный датчик напряжения нагрузки, блок сравнения, датчик реактивной мощности, два однофазных трансформатора тока и трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого включены между сетью и нагрузкой, а в двух фазах соединены последовательно с первичными обмотками однофазных измерительных трансформаторов тока, первичные фазные обмотки трехфазного трансформатора подключены одними выводами к выходу трехфазного инвертора, другие выводы объединены, вход выпрямителя подключен к сети, первый вход блока сравнения соединен с выходом датчика напряжения нагрузки, второй вход блока сравнения подключен к источнику задающего сигнала, выход блока сравнения соединен с вторым управляющим входом системы управления инвертора, первый управляющий вход которой подключен к выходу датчика реактивной мощности сети, а синхронизирующий вход подключен к сети, причем система управления инвертором выполнена с возможностью управления амплитудой и фазой выходного напряжения инвертора.
Версия для печати
Дата публикации 15.02.2007гг
Created/Updated: 25.05.2018