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)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2154333

КОМПЕНСАТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Имя изобретателя: Климаш В.С.; Симоненко И.Г. 
Имя патентообладателя: Климаш Владимир Степанович; Симоненко Ирина Геннадьевна; Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Адрес для переписки: 681013, г.Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина 27, технический университет
Дата начала действия патента: 1997.01.24 

Изобретение предназначено для быстродействующей компенсации реактивной мощности сети и стабилизации напряжения нагрузки при работе в условиях мягких сетей и резкопеременной промышленной нагрузки. Компенсатор содержит датчик реактивной мощности сети, датчик отклонения напряжения нагрузки, трансформатор, два инвертора с общим для них фильтром и реверсивный выпрямитель. Инверторы управляются системой управления, обеспечивающей регулирование их фаз соответственно на углы +и -+относительно напряжения сети. Регулирование производится в функции реактивной мощности сети, а регулирование в функции отклонения напряжения нагрузки. Технический результат - улучшение массогабаритных показателей и повышение быстродействия.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к энергетической электронике, в частности к устройствам повышения качества и эффективности использования электроэнергии, и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Известен Компенсатор реактивной мощности (Патент РФ N 1793514 от 15.11.93, кл. H 02 J 3/18), который взят за прототип. Он содержит два трехфазных трансформатора с последовательно соединенными первичными обмотками, включенными в цепь нагрузки, и два трехфазных инвертора, объединенные входы которых через трехфазный выпрямитель подключены к сети, нагрузке или дополнительной сети. Выходы первого и второго инверторов соответственно подключены к первичным обмоткам соответственно первого и второго трехфазных трансформаторов. Управление фазой выходного напряжения одного из инверторов производится в функции отклонений входной реактивной мощности от нулевого уровня, а управление фазой другого инвертора - в функции отклонения выходного напряжения от заданного, например номинального, уровня.

К недостаткам устройства следует отнести большой вес и габариты трансформаторного оборудования и сравнительно невысокое быстродействие. Они вызваны тем, что в устройстве два трансформатора и суммирование двух добавочных напряжений, сформированных инверторами, производится после трансформации.

Задачей изобретения является улучшение массогабаритных показателей и повышение быстродействия.

В результате решения поставленной задачи уменьшен диапазон регулирования фазы во вторичной цепи трансформатора и, следовательно, подмагничивающее действие инверторов на магнитопровод. Это позволило повысить скорость изменения фазы и быстродействие устройства, а и вместо двух трехфазных трансформаторов применить один.

Решение поставленной задачи достигается тем, что одни выводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора подключены к выходу второго трехфазного инвертора, а другие выводы его первичной обмотки подключены к сети, причем трехфазный выпрямитель выполнен с двухсторонним обменом энергии и между его выходом и объединенными входами инверторов включен индуктивно - емкостной фильтр, а и введена общая для инверторов система управления, синхронизирующий вход которой через блок регулирования фазы синхроимпульсов подключен к сети, а первый и второй ее выходы соответственно подключены к первому и второму трехфазным инверторам, обеспечивая регулирование фазы выходного напряжения первого трехфазного инвертора на угол +, а второго на угол -+при изменении относительно и изменении относительно напряжения сети в диапазоне от 0 до рад, при этом управляющий вход системы управления инверторами подключен к выходу датчика реактивной мощности сети, а управляющий вход блока регулирования фазы синхроимпульсов подключен к выходу датчика, отклонения напряжения нагрузки.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 - схемы замещения, а на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия компенсатора реактивной мощности.

Устройство (фиг. 1) содержит трехфазную сеть 1 и трехфазную нагрузку 2. трехфазный трансформатор 3, два трехфазных инвертора 4 и 5 с общей для них системой управления 6 и блоком 7 регулирования фазы синхроимпульсов, трехфазный выпрямитель 8 с двухсторонним обменом энергии, индуктивно-емкостной фильтр 9, датчик реактивной мощности сети 10 и датчик отклонения напряжения нагрузки 11.

ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМЫ СОЕДИНЕНЫ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Первичная обмотка трехфазного трансформатора 3 включена между сетью 1 и нагрузкой 2, а его вторичная обмотка между выходами первого 4 и второго 5 трехфазных инверторов, объединенные входы которых через фильтр 9 и трехфазный выпрямитель 8 подключены к нагрузке (или другому трехфазному источнику напряжения). Синхронизирующий вход системы управления 6 инверторами 4 и 5 через блок 7 регулирования фазы синхроимпульсов подключен к сети, а ее управляющий вход - к выходу датчика 10 реактивной мощности сети 1, в то время как управляющий вход блока 7 регулирования фазы синхроимпульсов подключен к датчику 11 отклонения напряжения нагрузки 2.

Система управления 6 выполняет функцию сдвига по фазе управляющих импульсов на первом и втором ее выходах соответственно на углы и -относительно начальной фазы , регулируемой относительно напряжения сети посредством блока 7.

Компенсатор реактивной мощности работает следующим образом.

Первый и второй трехфазные инверторы 4 и 5 преобразовывают выпрямленное напряжение в два переменных напряжения. Вектора первых гармоник этих напряжений сдвинуты относительно напряжения сети на общую начальную фазу , относительно которой один из этих векторов регулируется по фазе на угол , а другой на угол -



Вследствие того, что инверторы 4 и 5 подключены к вторичным обмоткам трансформатора 3 с обеих сторон, к ней прикладывается разность выходных напряжений инверторов



или сумма комплексно-сопряженных векторов с фазой , изображенных на комплексной плоскости, повернутой относительно напряжения сети на угол



где к_т - коэффициент трансформации.

Дальнейшие приведения всех параметров вторичной цепи к первичной (по аналогии с заторможенной машиной двойного питания с нагрузкой в цепи статора [4] ), позволяют составить схему замещения компенсатора реактивной мощности (фиг. 2, а) и, в пренебрежении током намагничивания ее упрощенный вариант (фиг. 2, б), по которому с достаточной точностью определяют напряжение на нагрузке 2

Из последнего выражения и векторных диаграмм (фиг. 3) видно, что амплитуду и фазу вектора можно регулировать, изменениям и . В частности, регулирование только амплитуды вверх и вниз относительно производится изменением от 0 до рад и при , равном 0 или рад, а регулирование фазы и изменением , но при значении , примерно равном /2 рад, при этом опережающее регулирование относительно производится изменением от 0 до /2 рад, а отстающее от /2 до рад. В заявляемом устройстве изменение производится в функции отклонения от нуля реактивной мощности сети 1, а изменение в функции отклонения от заданного уровня напряжения нагрузки 2.

При активно-индуктивной нагрузке и потреблении (генерации) компенсатором реактивной мощности сигнал с выхода датчика 10 реактивной мощности сети 1 поступает на управляющий вход системы управления 6 инверторами 4 и 5 и уменьшая (увеличивая) угол управления относительно начальной фазы , осуществляет увеличение (уменьшение) действующего значения добавочного напряжения и соответственно увеличение (уменьшение) фазы вектора выходного напряжения , опережающего вектор напряжения сети . При этом датчик 11 отклонения напряжения нагрузки и подает сигнал на управляющий вход блока 7 регулирования фазы синхроимпульсов, который, изменяя относительно напряжения сети угол , осуществляет регулирование фазы добавочного напряжения и действующего значения выходного напряжения . В результате такого амплитудно-фазового воздействия на выходные напряжения первого и второго трехфазных инверторов 4 и 5 вектор добавочного напряжения так формирует свой модуль и аргумент, что вектор напряжения нагрузки 2 является радиусом заданной окружности.

При активно-емкостной нагрузке компенсатор работает аналогично, но при этом формирование выходного напряжения устройства осуществляется в области отставания относительно напряжения сети.

В процессе стабилизации выходного напряжения при пониженном (повышенном) значении напряжения сети относительно заданного, например, номинального значения, выпрямитель 8 с двухсторонним обменом энергии работает в выпрямительном (инверторном) режиме, обеспечивая трансформатору 3 и всему устройству работу в режиме вольтодобавки (вольтовычета) с потреблением дополнительной энергии из сети (с рекуперацией энергии в сеть).

На время процесса перехода трехфазного выпрямителя 8 из выпрямительного режима в инверторный режим и наоборот энергия, поступающая в звено постоянного напряжения (или тока), накапливается в фильтре 9 и далее в режиме вольтодобавки разряжается через инверторы 4 и 5 и трансформатор и на нагрузку 2, а в режиме вольтовычета через выпрямитель 8 возвращается в сеть.

Использование компенсатора позволяет осуществлять полную компенсацию реактивной мощности в различных системах переменного тока с обеспечением заданной стабильности действующего значения выходного напряжения независимо от жесткости внешней характеристики сети, а и от величины и характера, нагрузки.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент ФРГ N 2531518, кл. H 02 J 3/18, 1974 - аналог.

2. Заявка Японии N 62-184512, кл. H 02 J 3/12. 1987 - аналог.

3. Патент Российской Федерации N 1793514, кл. H 02 J 3/18. 1993 - прототип.

4. Климаш B.C. Вольтодобавочный трансформатор с тиристорным управлением как машина двойного питания. В межвуз. сб. трудов "Теория и расчет эл. оборудования", Хабаровск. ХПИ, 1987, с. п.114-118.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компенсатор реактивной мощности, содержащий трехфазный трансформатор с первичной и вторичными обмотками, трехфазный выпрямитель, вход которого подключен к нагрузке или другому трехфазному источнику напряжения, и два трехфазных инвертора с объединенными входами, а и датчик реактивной мощности сети и датчик отклонения напряжения нагрузки, при этом одни выводы первичной обмотки трехфазного трансформатора подключены к нагрузке, а другие выводы ее вторичной обмотки подключены к выходу первого трехфазного инвертора, отличающийся тем, что одни выводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора подключены к выходу второго трехфазного инвертора, а другие выводы его первичной обмотки подключены к сети, причем трехфазный выпрямитель выполнен с двухсторонним обменом энергией и между его выходом и объединенными входами трехфазных инверторов включен индуктивно-емкостной фильтр, а и введена общая для трехфазных инверторов система управления, синхронизирующий вход которой через блок регулирования фазы синхроимпульсов подключен к сети, первый и второй ее выходы соответственно подключены к первому и второму трехфазным инверторам, обеспечивая регулирование фазы выходного напряжения первого трехфазного инвертора на угол +, а второго на угол -+ при изменении и в диапазоне от 0 до рад., где - фаза управляющих импульсов относительно синхроимпульсов и - фаза синхроимпульсов относительно напряжения сети, при этом управляющий вход системы управления трехфазными инверторами подключен к выходу датчика реактивной мощности сети, а управляющий вход блока регулирования фазы синхроимпульсов подключен к выходу датчика отклонения напряжения нагрузки.

Версия для печати
Дата публикации 15.02.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов