Компенсатор реактивної потужності відноситься до електроенергетики, зокрема до засобів для компенсації реактивної потужності в електромережах. На відміну від відомих компенсаторів реактивної потужності, виконаних у вигляді преобразовательного моста на повністю керованих ключових елементах (транзисторах, що замикаються тиристорах) і підключених висновками змінного струму до електромережі, пропонується використовувати в якості ключових елементів моста тиристори, а до висновків постійного струму моста підключати LC - коливальний контур, що включає в себе конденсатор і реактор з обмоткою підмагнічування, включеної в контур протікання струму підмагнічування. Цей комплекс, повністю замінюючи транзисторні ключі, виконує додатково ряд принципово важливих функцій. Включення і виключення тиристорів відбуваються при нульових значеннях струму і / або напруги, що практично знижує до нуля комутаційні втрати в тиристорі. Швидкості змін струмів і напруг значно знижені, тому втрати в інших елементах схеми запропонованого пристрою також знижені. Факт зниження комутаційних втрат в пропонованому пристрої дозволяє застосовувати значно вищу частоту перемиканні тиристорів, при цьому з'являється можливість значно знизити масу і габарити всіх силових елементів пристрою.
Пропозиція відноситься до засобів для компенсації реактивної потужності в електромережах.
Відомий компенсатор [В.В.Худяков, В.А.Чванов. Керований статичний джерело реактивної потужності. Електрика, 1969, №1, с.с.38. 45], що складається з конденсаторної батареї, підключеної до мережі, і лінійних реакторів, підключених до мережі через зустрічно-паралельні тиристори. Недоліком такого компенсатора є те, що для регулювання реактивної потужності використовуються два вузла: вузол генерації реактивної потужності - конденсаторна батарея - і вузол споживання реактивної потужності - реактори з тиристорами, що викликає підвищення втрат, маси і габаритів.
Відомий також компенсатор реактивної потужності [Патент США №4647837, кл.323-207, 03.03.87], який містить вентильний міст, в плечах якого встановлені напівпровідникові ключі у вигляді транзисторів або повністю керованих тиристорів (заптіров). У колі змінного струму моста, з'єднаного з мережею, встановлений конденсатор, а в ланцюзі постійного
струму міст закорочен через реактор. Недоліком такого компенсатора є те, що в силу властивостей повністю керованих ключів вони переключаються при великих значеннях струмів і напруг. Це призводить до значних комутаційних втрат, підвищення маси і габаритів пристрою.
Метою даного винаходу є суттєве зниження загальних втрат, маси і габаритів компенсатора.
Це досягається тим, що в компенсаторі реактивної потужності, зокрема трифазної мережі, що містить бруківці перетворювач, висновки змінного струму якого приєднані до зазначеної трифазної мережі, в якості ключових елементів перетворювача застосовані тиристори, а до висновків постійного струму моста підключений LC-коливальний контур, що включає в себе конденсатор і реактор з обмоткою підмагнічування, що забезпечує комутацію тиристорів при нульових значеннях струму, що значно знижує [DMDivan, GLSkibinski. Zero switching loss inverters for high power application. IEEE IAS Annual meeting conference record. Pp.627. 634 1987] комутаційні втрати і, як наслідок, дозволяє знизити загальні втрати, масу і габарити пристрою. Введення в схему компенсатора ланцюга подмагничивания реактора дозволяє обмежити амплітуду його струму на заданому керованому рівні і створює можливість регулювати порцію
(Квант) енергії, яку коливальний контур споживає і повертає в мережу при кожному коливанні.
Для пояснення суті пропозиції на фіг.1 наведена схема компенсатора реактивної потужності; на фіг.2 - схема варіанту трифазного мостового перетворювача, що входить до складу компенсатора; на Фіг.3 -діаграмми струмів і напруг, що пояснюють роботу компенсатора.
Як приклади конкретної реалізації представлений компенсатор реактивної потужності, який містить трифазний мостовий перетворювач 1 на тиристорах, підключений до трифазної мережі 2. На вході мосту включений конденсатор 3 фільтра. До висновків постійного струму моста 1 підключений коливальний контур 4, що включає в себе послідовно з'єднані конденсатор 5 і основну обмотку 6 реактора з обмоткою підмагнічування 7. Обмотка 7 включена послідовно з основною обмоткою 6 реактора згідно з нею, а її вільний кінець підключений до полюса моста 1 , до якого приєднаний конденсатор 5, в одному випадку (фіг.1) через згладжує реактор 8, а в іншому (фіг.2) - через джерело струму 9. Компенсатор містить також пристрій управління, яке здійснює перемикання тиристорів за завданням ому закону (на наведених схемах відсутня).
Роботу пропонованого компенсатора пояснимо за допомогою діаграм, наведених на Фіг.3, на яких прийняті наступні позначення: Uco напруга на конденсаторі 5; Ucom - амплітуда напруги на конденсаторі 5; Usm - амплітуда напруги мережі 2; Io - амплітуда струму коливального контуру; io - ток коливального контуру; In - струм підмагнічування. Розглянемо невелику частину періоду мережевої напруги, а саме інтервал, в якому докладно розгорнуто процес коливання струмів і напруг в коливальному контурі і схемою компенсатора. У початковому стані t = 0 (перед включенням чергової пари тиристорів) напруга на конденсаторі має полярність «+» на нижній обкладці, а струм в індуктивності дорівнює току джерела струму 9 або згладжує індуктивності 8 (In). Схема розраховується так, що величина початкового напруги на конденсаторі перевищує амплітуду лінійних напруг мережі. Це дозволяє включати в наступний за t = 0 момент будь-яку пару тиристорів моста, яка визначається системою управління в залежності від обраної фази
напруги мережі, для генерації або споживання встановленої величини реактивної потужності. На Фіг.3 імпульси управління подаються на вибрані пари тиристорів в моменти t = 0 і t = t5. При подачі імпульсів управління за задані два тиристора вони включаються. Далі під дією напруги Ucom на конденсаторі 5 і одного з лінійних напруг мережі відбувається електромагнітне коливання в контурі. Струм коливального контуру наростає до величини струму In подмагничивания і стабілізується на цьому рівні джерелом струму 9 або згладжує реактором 8. Амплітуда струму коливання обмежена струмом підмагнічування за рахунок виходу реактора б з насичення. Струмом io конденсатор 5 перезаряджається до напруги Ucom в протилежну полярність, величина якого також перевищує будь-лінійна напруга мережі, що викликає зниження струмів тиристорів до нуля і їх виключення в момент t3. Далі конденсатор 5 перезаряджається струмом In до напруги Ucom, інтервал Tδ = t4-t3 надається схемою для виключення тиристорів. У момент t5 подається наступний імпульс управління, і коливальний процес повторюється.
Вітчизняною промисловістю освоєно виробництво швидкодіючих тиристорів з часом вимикання до 30 мкс (на струм до 1000 А, напруга до 3000 В) і до 2. 4 мкс на струм до 50 А. На таких тиристорах можна будувати компенсатори з частотою коливального контуру і максимальним значенням частоти управління (Fymax) від 6 до 180 кГц відповідно. Тому на одній полуволне періоду мережевої напруги (10 мс) компенсатор здатний генерувати, округлено, від 500 до 15000 коливань (квантів). Дане дуже великий співвідношення частот генерації квантів і частоти мережі дозволяє (шляхом регулювання частоти генерації квантів по
фаз мережі, тобто частоти управління по фазах від 0 до Fymax (6. 180 кГц) і величини струму підмагнічування In) керувати генерується або споживаної з мережі реактивної потужністю від нуля до максимально можливої величини (згідно з розрахунковими параметрами схеми). Модуляція частоти генерації квантів в мережевому струмі за синусоїдальним законом дозволяє досягти низького вмісту вищих гармонік в мережевому струмі компенсатора. Фільтр 3 на вході компенсатора повинен придушувати в мережевому струмі компенсатора лише гармоніки високого порядку і невеликі за величиною гармоніки з низькими номерами, що дозволяє виконати компенсатор з малими втратами, масою і габаритами, тобто досягти поставленої мети.
Формула корисної моделі
Компенсатор реактивної потужності мережі, що містить преосвітній міст з ключовими елементами в плечах моста, висновки змінного струму якого підключені до зазначеної мережі, а на стороні постійного струму включений конденсатор, який відрізняється тим, що в нього введений реактор з обмоткою підмагнічування, який утворює з конденсатором коливальний LC- контур, підключений до висновків постійного струму моста, причому в якості ключових елементів моста використані тиристори, а обмотка підмагнічування реактора включена в ланцюг протікання струму подмагніч ивания.