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invention
Fédération de Russie Patent RU2232085

Appareil pour commander automatiquement la puissance réactive

Appareil pour commander automatiquement la puissance réactive

Nom de l'inventeur: Rabinovich, MD (RU); Don AL (RU); UN Kondratenko (RU); Krivnov AM (RU); VV Litovchenko
Le nom du titulaire du brevet: OOO "ZHELDORKONSALTING" (RU)
Adresse de correspondance: 129626, Moscou, ul. 3ème Mytischinskaya, 10, page 8, OOO "ZHELDORKONSALTING"
Date de début du brevet: 27.08.2002

L'invention concerne le génie électrique et peut être utilisé en roulant électrique Stock alternatif convertisseurs à thyristors actuels. Le dispositif comprend un transformateur de traction avec une charge connectée à l'enroulement secondaire, l'enroulement primaire est reliée à une ligne d'alimentation, la source du réactif horloge de l'unité de détection de mode de réseau d'alimentation, une unité de commande et d'impulsions de phase de contrôle, deux de l'intégrateur et le multiplicateur. la source de la puissance réactive est reliée à l'enroulement secondaire d'un transformateur de traction et se compose de deux chaînes LC, dont chacun est formé par une inductance connectée en série, la capacité, et un élément clé sous la forme d'anti-parallèles connectées thyristors. Le dispositif est muni d'une unité de commande, dont la sortie est reliée à une seconde entrée de l'impulsion de commande de phase, reliés par leurs sorties à la source essentielle des éléments à thyristors de puissance réactive et de deux intégrateurs. Le premier intégrateur dont l'entrée est connectée à la tension de sortie du transformateur et la sortie - à l'entrée du premier multiplicateur, une seconde entrée couplée à une sortie du transformateur de courant. Un second intégrateur connecté à ses entrées, un - à la sortie du multiplicateur et d'autre part - à la sortie de l'unité d'horloge respectivement, et dont la sortie est reliée à la seconde entrée de l'unité de commande. Le résultat technique de l'invention est une compensation de puissance réactive dans toute forme de charge d'alimentation électrique.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne le génie électrique et est conçu pour améliorer le facteur de puissance des consommateurs, en particulier les convertisseurs à thyristors AC roulants électriques.

L'un des inconvénients de fonctionnement actuellement régulation du courant électrique alternatif de tension d'écoulement est un facteur de faible puissance. Le facteur de puissance est l'un des principaux indicateurs de l'énergie électrique, qui détermine leur consommation de puissance réactive. travail électrique avec un faible résultat de facteur de puissance dans les pertes de puissance importantes. Augmenter le facteur de puissance est utilisé comme une installation de compensation de circuits LC situés sur la locomotive et relié directement à l'enroulement secondaire du transformateur de sa traction. Le dispositif de compensation augmente le facteur de puissance en créant une charge capacitive et le déplacement du courant électrique principal dans le sens d'avancement de la tension d'alimentation.

Un dispositif de contrôle de la compensation de convertisseur redresseur-onduleur roulant électrique disponible [1], ce qui compense la puissance réactive consommée par la charge de la source d'alimentation. La compensation est effectuée en se connectant au secondaire du transformateur électrique LC-égaliseur inductif-capacitif avec des paramètres fixes d'inductance et capacité. Avec charge inductive il provoque une composante de courant capacitif, ce qui compense la composante inductive. Dans ce cas, la consommation de courant se rapproche de la phase de la tension d'alimentation, en aidant à améliorer le facteur de puissance d'une locomotive électrique.

Le dispositif comprend un transformateur de traction, la charge, la LC-compensateur, un élément clé, un appareil clé de l'élément de formage d'impulsions déclenchent l'élément de déclenchement et de commutation de générateur d'impulsions, un réseau de capteurs de tension, l'unité de protection, l'unité de commande.

LC-clé à travers l'élément compensateur est monté en parallèle à la charge et la tension de l'enroulement secondaire du transformateur de traction, dont l'enroulement primaire est relié au réseau électrique. La première entrée de la porte ET est reliée à la sortie de la tension du capteur, dont l'entrée est reliée au réseau. Le module de sécurité est connecté à la seconde entrée de la porte ET, dont la sortie est reliée à l'entrée de déclenchement de début R. Les entrées de l'impulsion permettent connecté au compensateur de condensateur et l'enroulement secondaire du transformateur et la sortie - à l'entrée du début de déclenchement, la sortie des impulsions à travers la gestion de dispositifs de formation d'un élément central relié à l'entrée de commande d'un élément clé, l'unité de commande est reliée à l'entrée de la bascule D commence.

La fonction est un élément clé dans l'activation et la désactivation de LC-Compensateur. Lorsque cet élément clé est dans la forme de deux thyristors anti-parallèles connectés. Inclusion thyristors effectuées déclenchent signal de sortie de dispositif de lancement en générant une impulsion de commande. Ainsi, sur l'activation de l'entrée C du signal de démarrage de déclenchement à partir du signal de validation de générateur d'impulsions qui génère une tension égale à la capacité de compensation des moments et l'enroulement secondaire du transformateur de tension. Le déclencheur de début de sortie est généré après le dépôt de son signal de bloc de commande d'entrée D. Dans le même temps l'apparition d'une tension à la sortie de la bascule est le même avec le point le plus proche souligne l'égalité du condensateur et le transformateur.

thyristors de fermeture est soit un élément clé dans le cas de dépassement des contraintes admissibles dans le réseau, ou lorsque la protection est activée. signaux de déclenchement générés respectivement le capteur de tension et l'unité de protection. En présence d'au moins un de ces signaux aux entrées et à sa sortie apparaît le signal appliqué à l'entrée de remise à zéro R gâchette mise à feu. Ce signal conduit à la formation du signal de déclenchement de sortie destiné à la fermeture d'un élément clé de thyristors.

Ainsi, après que l'élément clé LC-compensateur est relié en permanence à la charge, avec l'objectif principal des unités de commande est réduite pour empêcher les surintensités possible lorsqu'il est connecté au transformateur de tension LC-compensateur enroulement secondaire et fournissant une protection à haute vitesse. la protection de l'onduleur est mise en oeuvre en supprimant les impulsions de commande aux thyristors dans le cas où des courants et des tensions dangereuses.

Compensation de puissance réactive test d'appareil Locomotive VL85 [2] a montré que la valeur moyenne du ratio de l'énergie électrique a augmenté à 0,92, et est fourni par presque double réduction de la consommation d'énergie réactive pour la traction.

Cependant, l'utilisation de LC-compensation avec une compensation de courant constant permet d'améliorer le facteur de puissance électrique uniquement sous certaines (nominales) des courants de charge. écart de charge électrique de la valeur nominale est une compensation incomplète de la puissance réactive, ce qui réduit l'efficacité du dispositif.

Il est bien connu et le dispositif [3], qui permet de répondre partiellement à cette lacune.

Le dispositif comprend un transformateur de traction, la charge, qui est utilisé comme convertisseur de source de puissance réactive redresseur inverseur composé de deux LC-compensateurs, chacun desquels est formé par une connexion en série d'une inductance et une capacité, les deux éléments principaux, réalisés chacun en deux anti-parallèle connectées thyristors et les éléments clés du dispositif de commande.

la compensation de puissance réactive est effectuée en connectant le LC-dessus compensateur parallèle avec l'enroulement secondaire du transformateur de traction.

Appareil de compensation de puissance réactive pour un ER29 essai [4] train électrique a montré que lorsque les courants de charge dépassant 0,5 fois la valeur nominale, facteur de puissance supérieur à 0,97. Cependant, lorsque les courants de moins de 0,5 de la valeur nominale de charge a une surcompensation importante d'énergie et la réduction des tarifs d'électricité.

Il est bien connu et un dispositif de contrôle automatique de la puissance réactive [5], ce qui vous permet de changer le compensateur de courant en ajustant l'angle des thyristors d'ouverture. Lorsque cet angle d'ouverture des thyristors est déterminée par un angle de déphasage entre les harmoniques fondamentales du courant de ligne et de tension. Le compensateur de courant est ajusté de façon à assurer un déphasage minimum entre l'entrée de courant et la tension du réseau. Ceci améliore le facteur de puissance d'une locomotive électrique à différents courants de charge.

Le dispositif pour la commande automatique de la puissance réactive comprend une charge connectée par l'intermédiaire d'un transformateur de traction sur le secteur, une source de puissance réactive, le mode de réseau de capteurs, l'horloge de l'unité, une unité de commande et de contrôle d'impulsions en phase. La charge utilisée convertisseur à thyristors. la source de puissance réactive consiste en une série reliée à inductance et capacité de deux thyristors connectés en antiparallèle. Capteur de mode de réseau comprend un transformateur de tension et un transformateur de courant. Transformateur de traction relié au secteur via un transformateur de courant. un transformateur de tension connecté aux bornes d'une ligne d'alimentation électrique, sa sortie est reliée à l'unité d'entrée d'horloge, dont la sortie est reliée à la première unité d'entrée et l'unité de commande commande l'impulsion de phase. la sortie du transformateur de courant est connectée à la seconde entrée de l'unité de commande. L'unité de commande de sortie connectée à la seconde entrée de l'impulsion de commande de phase. L'unité de sortie de commande d'impulsions de phase est reliée à la source de thyristors de puissance réactive.

la correction du facteur de puissance se produit en créant une composante capacitive du courant de charge portée par la source de puissance réactive. L'ampleur de ce courant est déterminée par l'angle de thyristors compris dans la source de puissance réactive d'ouverture.

Mesure de la charge du facteur de puissance est portée par la grandeur de l'angle de déphasage entre la tension d'alimentation en courant et. Cette méthode de mesure est mise en oeuvre au moyen de l'unité de capteur de puissance réactive et l'unité de commande commande l'impulsion de phase. La sortie de l'unité de commande est formée par une tension proportionnelle au facteur de puissance de la charge. Avec cette tension et les impulsions de tension de l'entrée de synchronisation à l'unité d'entrée de commande d'impulsions en phase, est convertie en une tension de phase thyristors de puissance réactive de commande de source.

Lors de la réduction du facteur de puissance provoquée par l'apparition de l'angle de déphasage entre le courant et la tension de ligne, l'appareil change automatiquement la phase de l'ouverture des thyristors. Changer l'angle d'ouverture thyristor conduit à la composante réactive capacitive source d'alimentation variation du courant qui circule hors de phase avec le composant inductif du courant consommé par la charge. Cela provoque une diminution de l'angle de déphasage entre la tension d'alimentation et du courant de charge résultant, ce qui améliore le facteur de puissance. Elle compense la charge de puissance réactive dans tous les modes de fonctionnement de la locomotive électrique.

Cependant, les thyristors de commande d'impulsions de phase du courant de compensation circulant à travers la source de puissance réactive, devient discontinu, ce qui conduit à une distorsion de la forme du courant d'alimentation. Lorsque déformée (non sinusoïdal) sous forme de courant d'alimentation et la tension associée au fonctionnement des locomotives électriques avec des convertisseurs d'impulsions, le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active et apparente consommée par la charge. Etant donné que la puissance active et apparente dépendent des composantes harmoniques plus élevées associées à la distorsion de la tension et du courant, la méthode de mesure du facteur de puissance pour l'angle de décalage entre le courant et la tension, adopté dans le dispositif entraîne une erreur dans la détermination du facteur de puissance à courant non sinusoïdale et la tension . Il en résulte une compensation incomplète de la puissance réactive. En outre, intermittent pouvoir compensateur courant réactif dégrade les indicateurs de l'énergie électrique.

En tant que prototype de l'invention, il est préférable d'adopter un dispositif de commande automatique de puissance réactive, comprenant une charge en utilisant un transformateur redresseur inverseur couplé à l'enroulement secondaire d'un transformateur de traction, dont l'enroulement est branché sur le secteur, la source de puissance réactive connecté à l'enroulement secondaire d'un transformateur de traction primaire capteur de mode de réseau comprend un transformateur de tension et un transformateur de courant, le bloc d'impulsions de synchronisation, une commande de l'unité de commande et d'impulsions en phase, l'enroulement primaire d'un transformateur de traction relié au secteur par l'intermédiaire d'un capteur de mode de réseau du transformateur de courant et parallèle à un transformateur de tension, dont la sortie primaire est reliée à l'entrée d'horloge de sortie de bloc couplé aux premières entrées du bloc de commande d'impulsions en phase de l'unité de commande et dont la sortie est reliée à une seconde entrée de l'impulsion de commande de phase [5].

Un inconvénient associé à une compensation incomplète connue de la puissance réactive, et un compensateur de courant discontinu de courant réactif, ce qui dégrade la composition spectrale du courant du secteur et réduit les indicateurs de l'énergie électrique en conséquence.

Le résultat technique est la rémunération totale de la puissance réactive dans les différents modes sous toute forme électrique (sinusoïdal et non sinusoïdal) de tension et de courant.

les caractéristiques importantes du mensonge de l'appareil dans le fait qu'il introduit en outre deux intégrateur et d'un multiplicateur, le premier intégrateur est relié par son entrée à la tension de sortie du transformateur et la sortie à la première entrée du multiplieur, une seconde entrée couplée à une sortie du transformateur de courant, et un second intégrateur connecté à leur entrées, un - à la sortie du multiplicateur et d'autre part - à la sortie des impulsions de bloc de synchronisation, respectivement, et dont la sortie est reliée à la seconde entrée de l'unité de commande, et la source de puissance réactive est faite sous la forme de deux LC chaînes connectées en parallèle, dont chacune est formée par connectées en série une inductance, capacité, et un élément clé dans la forme de thyristors anti-parallèles connectés, les éléments clés des entrées de commande reliées à des sorties respectives du bloc de contrôle d'impulsion phase.

Introduction à l'appareil ainsi que de nouveaux éléments (deux intégrateurs et multiplicateurs) et leurs relations vous permet d'ajuster la quantité de source de courant capacitif de puissance réactive. Ainsi, la consommation de puissance réactive du réseau électrique est réduite au minimum.

Ceci est dû au fait que le dispositif de commutation commute automatiquement la source d'alimentation de chaînes réactives et donc l'amplitude du courant de charge pour la compensation de puissance réactive maximale circuit LC. Dans ce circuit, des changements LC-chaîne en fonction de l'amplitude de la puissance réactive, qui est déterminée par la formule [6]

où u, i - la valeur instantanée du courant d'alimentation et de tension,

T - la période de la tension du réseau.

Étant donné que la détermination des valeurs instantanées des valeurs de courant d'alimentation et de tension réactifs sont utilisés, cette méthode prend en compte et des composantes harmoniques plus élevées du courant d'entrée et la tension. Sur la base d'informations sur l'amplitude de l'unité de commande de puissance réactive qui ajuste la sortie de telle sorte que des impulsions de commande d'éléments à thyristors principale source de la puissance réactive produite à la sortie de commande d'impulsions en phase conduire à l'inclusion de ces paires de thyristors, dans lequel la quantité de puissance réactive est réduite au minimum. En même temps, mis en oeuvre trois schémas possibles de la source de puissance réactive connexion LC-chaîne à l'enroulement secondaire du transformateur: la première - la première chaîne LC connecté; la seconde - la deuxième chaîne de LC-connecté, et le troisième - deux LC-chaîne connecté.

L'ajustement de la valeur de la source de courant de puissance réactive capacitive pour compenser la puissance réactive, à la fois dans la forme sinusoïdale et non sinusoïdale lorsque le courant et la tension, et sous différents modes de fonctionnement d'une locomotive électrique.

Le dessin montre un dispositif pour la commande automatique de la puissance réactive.

Appareil pour commander automatiquement la puissance réactive

Dispositif pour la commande automatique de la puissance réactive comprend une charge 1 reliée à un enroulement secondaire d'un transformateur de traction 2, la source de puissance réactive 3 constituée de deux LC-chaîne 4 et 5 et les éléments de base 6 et 7, le transducteur de mode réseau 8, l'horloge du bloc 9, bloc commande 10, deux intégrateurs 11 et 12, un multiplicateur 13, et un bloc de commande d'impulsion phase 14.

Chaque chaîne LC formée par connectée en série à inductance et capacité 15, 16-4 et le premier 17, 18 - 5. Les éléments clés secondaires sont sous la forme d'anti-parallèles connectées thyristors 19, 20 - le premier 6; 21, 22 - deuxième capteur 7. Mode réseau 8 comprend un transformateur de tension 23 et le transformateur 24 de courant.

Les éléments clés 6 et 7 sont connectés en série avec le LC-chaîne correspondante et reliés à l'enroulement secondaire du transformateur 2. L'enroulement primaire du transformateur de traction 2 est relié au réseau électrique par un transformateur de courant 24 et parallèle au transformateur de tension du transformateur 23. La tension de sortie 24 primaire est reliée à l'entrée de l'horloge 9 et à l'entrée du premier intégrateur 11. la sortie de l'intégrateur 11 est reliée à une première entrée d'un multiplicateur 13, une seconde entrée couplée à une sortie du transformateur de courant 24. le deuxième intégrateur 12 est reliée à une entrée à la sortie dudit multiplicateur 13 et l'autre entrée à la sortie de l'unité d'horloge 9 et la sortie - à la deuxième entrée de l'unité de commande 10. la première entrée de l'unité de commande 10 est reliée à la sortie de l'horloge 9 et la sortie - à la deuxième entrée de l'impulsion de commande de phase 14, relié à ses sorties aux thyristors des principaux éléments 6 et 7. la première entrée de la pulse- une commande de phase 14 est reliée à l'unité de sortie d'horloge 9.

Dispositif fonctionne comme suit

Lorsque la charge est alimentée par le transformateur 1, 2 tension et le courant de ses enroulements primaires sont de forme non sinusoïdale, et la phase de courant est décalée de la tension dans le sens du retard, en raison du caractère inductif de la charge et de la tension et la commande de phase sur elle. La tension de sortie du transformateur de courant 23 et 24 est formé par une tension proportionnelle à la valeur instantanée de la tension d'alimentation et la consommation de courant. À l'aide de l'intégrateur 11 est déterminée par un signal proportionnel à l'intégrale de la tension d'alimentation, et le multiplicateur 13 multiplie le signal de sortie de l'intégrateur 11 et la valeur instantanée du courant fourni par le transformateur de courant 24. L'intégration du signal d'entrée à la première entrée de l'intégrateur 12, pour déterminer la puissance réactive en fonction la formule ci-dessus.

A cet effet, la première entrée de l'unité de commande une impulsion produite par l'unité d'horloge 9 de la tension du réseau. Cette horloge des impulsions correspondent à la période T de la tension secteur. Au moment de l'admission à l'unité de commande d'horloge 10 le signal de puissance réactive fixée à la sortie de l'intégrateur 12 et le même intégrateur d'impulsions 12 est remis à zéro. Ainsi, l'information sur la valeur de la puissance réactive à l'entrée de l'unité de commande est constamment mise à jour. En fonction de l'amplitude de la puissance réactive à la sortie de l'unité de commande un signal apparaît sur l'inclusion d'une paire de thyristors correspondant à un élément clé de la source de puissance réactive.

Par exemple, si la valeur de la puissance réactive est positive, alors la validation de sortie unité de commande permet le premier élément clé 6 (thyristors 19 et 20) et le contrôle de l'unité d'impulsion de phase fournit l'impulsion de mise en forme sur ledit interrupteur à thyristors. Cette connexion correspond à la valeur minimale du courant de charge et assure la compensation de puissance réactive appropriée.

Si la valeur du courant capacitif ne suffit pas pour une compensation intégrale de la puissance réactive, comme indiqué par la valeur positive du signal à la sortie de l'intégrateur 13, le signal à la sortie de l'unité de commande permet d'inclure un deuxième élément de noyau 7 (thyristors 21 et 22) et un bloc de commande d'impulsions de phase fournit la mise en forme d'impulsions l'inclusion de ces thyristors. Lorsque les thyristors 21 et 22 inclus à l'enroulement primaire du transformateur 2 sont connectés uniquement à la seconde LC-chaîne 5. En choisissant la capacité du condensateur 18 via une connexion 16 conduit à une augmentation correspondante du courant capacitif.

La plus grande valeur du courant de charge et de la puissance réactive correspondante est réalisée en même temps, l'inclusion des secondes 6 et 7 des premiers éléments-clés (thyristors 19, 20, 21, 22). Avec cette inscription à l'enroulement primaire du transformateur 2 sont reliés deux LC-chaîne.

Si la valeur de la capacité de charge de la variation de courant est plus que nécessaire pour une compensation intégrale de la puissance réactive, qui est indiquée par une valeur négative à la sortie de l'intégrateur 13, le signal à la sortie de l'unité de commande permet l'insertion d'une paire de thyristors, dans laquelle la valeur de courant de charge est réduite. Cette thyristors de commutation des éléments clés pour réduire la valeur actuelle capacitive est effectuée dans l'ordre inverse.

Ainsi, en utilisant le principe de la régulation par l'ampleur de la puissance réactive peut compenser la charge de puissance réactive maximale dans différents modes comme la locomotive avec sinus et une forme déformée de la tension et du courant secteur.

L'efficacité technique et économique de l'offre est déterminée par le fait que lorsque vous l'utilisez minimise la consommation d'énergie réactive de l'alimentation, et le facteur de puissance est augmentée en conséquence. Dispositif Résultats d'essai pour le contrôle automatique de la puissance réactive a indiqué que le facteur de puissance de charges électriques dans toute la gamme de changement a augmenté à 0,95, ce qui à son tour conduit à une diminution de la consommation d'énergie de 5%.

SOURCES D'INFORMATION

1. AS 1468791. Un dispositif de commande du convertisseur compensé redresseur-onduleur roulant électrique stock. Les inventeurs VA Kuchumov, VA Tatarnikov, NN Shirochenko, ZG Bibineishvili. - Publ. BI №12 1989, cl. Dans 60 L 12/09.

2. NN Shirochenko, VA Tatarnikov, ZG Bibineishvili. Amélioration de l'énergie AC locomotives électriques. - Ferroviaire 1988, №7, p. 33.

3. BI Khomiakov, SI Merkushev, ON Nazarov et d'autres. Train expérimenté ER29 AC. Résultats de remorquage tests de puissance. - Électrique et traction diesel. 1991. №12, p. 12-16.

4. SI Merkushev, BI Khomiakov, ON Nazarov. convertisseurs de données de l'énergie électrique ont connu ER29 AC. / Amélioration des trains électriques et de l'équipement à haute tension des voitures particulières: sb.nauchn.tr / Ed .. GG Homola. - M:. Transport, 1993. - 128 p .// avec. 27-36.

5. AS 1674306. Le dispositif pour le contrôle automatique de la puissance réactive. Les inventeurs AS Kopanev, BM Naumov, IK Yurchenko. - Publ. BI №32 1991 kl. H 02 J 3/18.

6. DE Kadomsky. puissance active et réactive - caractéristique des valeurs moyennes de travail et de l'énergie du champ électromagnétique dans les éléments périodiques des circuits non linéaires. Électricité. №7, 1987. p. 39-43.

REVENDICATIONS

Dispositif pour la commande automatique de puissance réactive, comprenant une charge en employant un transformateur redresseur inverseur couplé à l'enroulement secondaire d'un transformateur de traction, dont l'enroulement est branché sur le secteur, la source de puissance réactive connecté à l'enroulement secondaire d'un transformateur de traction, le mode de réseau primaire, le capteur comprenant un transformateur de tension et un transformateur de courant, l'horloge de l'unité, une commande de l'unité de commande et d'impulsions en phase avec l'enroulement primaire du transformateur de traction relié au secteur par l'intermédiaire du mode réseau, le transformateur de courant de capteur et un transformateur de tension parallèle, dont la sortie est reliée à l'unité d'horloge d'entrée la sortie est couplée aux premières entrées du bloc de commande d'impulsions en phase et l'unité de commande, dont la sortie est reliée à la seconde entrée de l'impulsion de commande de phase, caractérisé en ce qu 'il introduit en outre deux intégrateur et d'un multiplicateur, le premier intégrateur est relié par son entrée à la sortie du transformateur la tension et la sortie - à la première entrée du multiplieur, une seconde entrée couplée à une sortie du transformateur de courant, et un second intégrateur connecté à ses entrées, un - à la sortie du multiplicateur et d'autre part - à la sortie des impulsions de bloc de synchronisation, respectivement, et dont la sortie est reliée à la seconde entrée de l'unité de commande, une source d'énergie réactive est réalisée sous la forme de deux LC chaînes connectées en parallèle, dont chacun est formé par une inductance connectée en série, la capacité, et un élément clé sous la forme de thyristors connectés en antiparallèle, les entrées de commande des éléments clés sont connectées à des sorties respectives du bloc de contrôle par impulsions de phase .

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Date de publication 15.02.2007gg