SU1310790A1 - Power factor controller - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано дл  автоматического регулирова/ S ни  коэффициента мощности в электрических сет х путем изменени  тока возбуждени  синхронных двигателей либо мощности конденсаторных батарей . Цель изобретени  - повьшение . точности работы регул тора. С этой целью в устройство введены второй трансформатор напр жени  2, а фазо- чувствительньш блок 4 и блок задани  5 коэффициента мощности снабжены емкостными накопител ми 13 и 17. Блок задани  5 выполнен с управл емым выпр мителем, работающим с углом открывани , обеспечивающие выходное напр жение блока, пропорциональным коэффициенту мощности сети, равным единице. В результате не требуетс  предварительна  настройка и повышаетс  надежность работы регул тора. 2 ил. с (Л со Фи.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to automatically adjust the / S power factor in electric networks by changing the excitation current of synchronous motors or the power of capacitor banks. The purpose of the invention is to increase. accuracy of the regulator. For this purpose, a second voltage transformer 2 is introduced into the device, and the phase-sensitive unit 4 and the power factor setting 5 unit are equipped with capacitive accumulators 13 and 17. Task set 5 is made with a controlled rectifier operating at an opening angle unit is proportional to the network power factor equal to one. As a result, no pre-tuning is required and the reliability of the controller is improved. 2 Il. c (l with fi.

Description

1 131 13

Изобретение относитс  к автоматическому регулированию коэффициента мощности в электрических сет х путем изменени  тока возбуждени  синхрон- ных двигателей либо мощности конденсаторных батарей.The invention relates to the automatic regulation of the power factor in electric networks by changing the excitation current of synchronous motors or the power of capacitor banks.

Цель изобретени  - повышение точности работы регул тора.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the controller.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема автоматического регул тора; на фиг. 2 - схема фазоч-увстви- тельного блока и блока задани  коэффициента мощности с подключенными к ним трансформаторами напр жени  и тока.FIG. 1 shows a functional diagram of an automatic controller; in fig. 2 is a diagram of a phase-voltage unit and a power factor setting unit with voltage and current transformers connected to them.

Регул тор содержит трансформаторы 1 и 2 напр  жени , трансформатор 3 тока , фазочувствительный блок 4, блок 5 задани  коэффициента мощности, элемент 6 сравнени , блок Включить 7, блок Отключить 8, логическую схему ;9 управлени  компенсирующим устройством . Фазочувствительный блок 4 содер . жит выпр митель 10 с системой 11 управлени , на вход которой подключена вторична  обмотка трансформатора 3 тока. Выход системы 11 управлени  подключен на управл ющий электрод тиристора выпр мител  10. Выход выпр мител  10 подключен на нагрузочный резистор 12, соединенный с емкостным накопителем 13. Блок задани  коэффициента мощности 5 содержит выпр митель 14 с системой 15 управлени , на вход которой подключена вторична  обмотка трансформатора 2 напр жени , первична  обмотка которого подключена в ту же фазу, что и трансформатор 3 тока. Выход системы 15 управлени  подключен на управл ющий электрод тир.истора выпр мител  1 4. Выход выпр мител  подключен на нагрузочный резистор 16 .соединенный с ем KOCTHbiM накопителем 17. Тиристоры вьтр мителей 10 и 14 подключены к вторичной обмотке трансформатора 1 напр жени , первична  обмотка которого подключена к фазе,сдвинутой на 120 в сторону опережени  по отношению к фазе сети, на которую подключен трансформатор 2 напр жени . Системы 11 и 15 управлени  тиристорами 10 и 14 состо т из известных усилителей-ограничителей входного сигнала, дифференцирующего звена и формировател  импульсов. Блок Включить 7 и блок Отключить 8 представл ют собой пороговые устройства, работающие на исполнительный орган, например.The regulator contains voltage transformers 1 and 2, current transformer 3, phase-sensitive unit 4, power factor setting unit 5, comparison element 6, Switch on unit 7, Switch off unit 8, logic; 9 control of the compensating device. Phase sensitive block 4 soder. A rectifier 10 with a control system 11 is fed, to the input of which the secondary winding of the current transformer 3 is connected. The output of the control system 11 is connected to the control electrode of the rectifier thyristor 10. The output of the rectifier 10 is connected to the load resistor 12 connected to the capacitive storage 13. The power factor setting unit 5 contains the rectifier 14 with the control system 15 to which the secondary winding is connected voltage transformer 2, the primary winding of which is connected to the same phase as current transformer 3. The output of the control system 15 is connected to the control electrode of the rectifier 1 stator 4. The rectifier output is connected to a load resistor 16 connected to a KOCTHbiM drive 17. The thyristors of the drives 10 and 14 are connected to the secondary winding of the voltage transformer 1, the primary winding which is connected to the phase shifted by 120 in the direction of advance with respect to the phase of the network to which the voltage transformer 2 is connected. The thyristor control systems 11 and 15 consist of the well-known limiting amplifiers of the input signal, the differentiator, and the pulse former. The Enable 7 block and the Disconnect 8 block represent the threshold devices operating on the executive body, for example.

79027902

обмотку реле, причем блок Включить срабатывает, когда напр жение рассогласовани  &U, равное разности напр жени  задани  и напр жени  об5 ратной св зи Ug больше нул , а блок Отключить - когда &U меньше нул . Логическа  схема 9 управлени  компенсирующим устройством представл ет известную релейно-контактнуюthe relay coil, and the Enable block is triggered when the error voltage & U is equal to the difference of the reference voltage and feedback voltage Ug is greater than zero, and the Disable block is when & U is less than zero. The compensating control logic 9 represents a known relay contact

О либо бесконтактную схему.About either contactless circuit.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Синусоидальный входной сигнал с вторичной обмотки трансформатора 3Sinusoidal input signal from the secondary winding of the transformer 3

5 тока поступает на вход системь 11 управлени  выпр мител  10. В момент перехода напр жени  с отрицательного значени  на положительное формируетс  положительный импульс, который5 current is fed to the input of the system 11 of the control of the rectifier 10. At the time of the transition of the voltage from a negative value to a positive, a positive pulse is formed, which

0 усиливаетс  и поступает на управл ющий электрод тиристора, включенного на анодное напр жение, сдвинутое на 120° в сторону опережени  по отношению к напр жению фазы, в которую0 is amplified and supplied to the control electrode of the thyristor connected to the anode voltage, shifted by 120 ° in the direction of advance with respect to the voltage of the phase in which

включен трансформатор тока. При от- крьшании тиристора на баластном резисторе 12 выдел етс  импульс с амплитудой напр жени  Ие., Под действием этого напр жени  конденсаторы 18 current transformer is on. When a thyristor is opened on a ballast resistor 12, a pulse is produced with an amplitude of the voltage Ie. Under the influence of this voltage, the capacitors 18

и 19 емкостного накопител  зар жаютс  через диод 20 до напр жени , обратно пропорционального их ёмкост м. При закрывании тиристора конденсатор 18 быстро разр жаетс  через резистор and 19 capacitive storage is charged through diode 20 to a voltage inversely proportional to their capacitance. When closing the thyristor, capacitor 18 is quickly discharged through a resistor

35 12 и диод 21. Конденсатор 19 при этом удерживает полученный зар д. При очередном открьшании тиристора конденсаторы снова зар жаютс  и т.д., а напр жение на конденсаторе С2 на4035 12 and diode 21. The capacitor 19 at the same time holds the charge obtained. At the next opening of the thyristor, the capacitors are again charged, etc., and the voltage on the capacitor C2 is 40

растает ступенчато по законуmelts stepwise by law

()и()and

60IX 60IX

где у - where y -

«,п",P

п - число импульсов (периодов)n - the number of pulses (periods)

напр жени , Амплитуда импульса напр жени  равнаvoltage, the voltage pulse amplitude is equal to

0 где и0 where and

Ug и„,,.Ug and „,,.

fttjKcfttjKc

Sinci,Sinci

- максимальное напр жение вторичной обмотки трансформатора 1 напр жени ;  . - угол открьшани  тиристора .- the maximum voltage of the secondary winding of the transformer 1 voltage; . - the angle otkryshan thyristor.

5 В установившемс  режиме напр жение на конденсаторе 19 всегда равно амплитуде импульса, следовательно, характеристика вход-выход (и. f(rf))5 In the steady-state mode, the voltage on the capacitor 19 is always equal to the amplitude of the pulse, therefore, the input-output characteristic (and. F (rf))

В етХIn eTH

однозначно определ етс  углом открывани  ot, т.е. углом сдвьга f между Током и напр жением фазы и не зависит от нагрузки вьтр мител . Врем  зар да конденсатора i 9 характеризует инерционность системы регулировани , величину которой легко можно измен ть выбором соответствующей величины емкости конденсатора 18. При кратковременных бросках или снижении напр жени  сети измен етс  только врем  зар да или разр да конденсатора, что не сказьшаетс  на работе последующих блоков Включить, Отключить Включение тиристора выпр мител  10 наunambiguously determined by the opening angle ot, i.e. The angle of f between the current and the phase voltage does not depend on the load. The charge time of the capacitor i 9 characterizes the inertia of the control system, the value of which can be easily changed by selecting the appropriate value of the capacitor capacitance 18. At short-term surges or a decrease in mains voltage, only the charge or discharge time of the capacitor changes, which does not affect the operation of subsequent blocks Enable, Disable Enable thyristor rectifier 10 on

анодное напр жение, сдвинутое на 120 5 тически неизменной.the anodic voltage shifted by 120 is virtually unchanged.

в сторону опережени  по отношению к напр жению фазы сети, в которую включен трансформатор 3 тока, позвол ет работать выпр мителю на участке характеристики Ug f(o.) с наибольшим наклоном, т.е. с наибольшим коэффициентом усилени , обеспечива  тем самым большую чувствительность и точность регул тора. Синусоидальньй сигнал с вторичной обмотки трансформа- тора 2 напр жени  поступает на вход системы 15 управлени  вьтр мител  4 блока 5 задани  коэффициента мощности . В момент перехода напр жени  с отрицательного значени  на положительное системой 15 управлени  формируетс  положительный импульс, ко- торый усиливаетс  и поступает на управл ющий электрод тиристора 14, включенного также на анодное напр же- ние, сдвинутое на 120 в сторону опережени  по отношению к напр жению фазы сети, в которз включен транс-, форматор 2 напр жени . Следовательно,towards the front with respect to the voltage of the mains phase in which the current transformer 3 is connected, allows the rectifier to operate at the section of the Ug f (o.) characteristic with the greatest slope, i.e. with the highest gain, thereby providing greater sensitivity and accuracy of the regulator. A sinusoidal signal from the secondary winding of the voltage transformer 2 is fed to the input of the system 15 of the control unit 4 metel 4 of the unit 5 for setting the power factor. At the time when the voltage goes from a negative value to a positive control system 15, a positive pulse is generated, which is amplified and supplied to the control electrode of the thyristor 14, also connected to the anode voltage, shifted by 120 to the leading side with respect to the voltage network phase, which includes a trans, a format 2 voltage. Consequently,

тиристор всегда открьтаетс  с углом управлени , равным. 1 20, а выходноеthe thyristor is always open with a control angle equal to. 1 20, and the output

напр жение на конденсаторе 19 емкост- сдвига между током и напр жением, кого накопител  17  вл етс  задающим равным нулю, то регул тор работает напр жением, соответствующим коэф- на поддержание коэффициента мощнос- фициенту мощности, равному единице. 45 ти сети, равного единице. При этом Такое включение тиристора позвол ет исключаетс  проведение меропри тий формировать .напр жение задани  всег- по предварительной настройке и регу- да соответствующее углу сдвига, рав -. л рным поверкам в процессе эксплуа- ному нулю,независимо от измен ющих- тации, что обеспечивает малые экс- с  параметров сети (частоты, напр же-50 плуатационные расходы. ни ). Сравнение напр жени  задани  Кроме того, в регул торе сигнал и напр жени  обратной св зи происхо- рассогласовани  ди остаетс  практи- дит на накопительных конденсаторах чески неизменным и в переходных ре- 19 емкостньЬс накопителей, и разность жимах, например в момент подачи на- этих напр жений подаетс  на блоки 55 пр жени  в сеть. При подаче напр жени  за счет введени  одинаковой инерционности (емкостного накопител ) в фазочувствительный блок и блок задани  коэффициента мощности напр жениеthe voltage on the capacitor 19 of the capacitance-shift between the current and the voltage, of which the accumulator 17 is set equal to zero, the regulator operates with a voltage corresponding to the coefficient maintaining the power factor equal to one. 45 networks equal to one. In this case, the inclusion of a thyristor makes it possible to prevent the formation of an exercise task to always pre-tune and adjust the shift angle, equal to -. In the process of zero-phase calibration, irrespective of the varia- tion, this provides small ex- from the network parameters (frequencies, eg-50 operational costs, nor). Comparison of the voltage setting In addition, in the controller, the signal and the feedback voltage of the error mismatch remain practically unchanged on the storage capacitors and in the transient capacitances of the accumulators, and the difference in the press, for example, at the moment of supplying these voltages are applied to the voltage blocks 55 to the network. When applying voltage by introducing the same inertia (capacitive storage) into the phase-sensitive unit and the power factor setting unit

Включить 7 и Отключить 8. Когда эта разность (напр жение рассогласовани ) больше нул , то срабатывает блок Включить, вызыва  включениеEnable 7 and Disable 8. When this difference (the error voltage) is greater than zero, the Enable block is activated, causing the activation

4four

конденсаторной батареи или увеличение тока возбуждени  синхронного двигател . Если эта разность меньше нул , то срабатывает блок Отключить, вызьша  отключение конденсаторной батареи или уменьшение тока возбуж дени  синхронного двигател .capacitor bank or increase the excitation current of the synchronous motor. If this difference is less than zero, the Disconnect block is triggered, the capacitor battery is disconnected or the synchronous motor trips the excitation current.

Предлагаемое устройство регул тора оказьшаетс  не критичным к колебани м напр жени  сети. При колебани х напр жени  сети измен етс  амплитуда напр жени  на выходе выпр мителей 10 и 14, а разность этих напр жений ли при этом остаетс  пракПусть , например, напр жение сети увеличилось. В известном устройстве при работе от оперативного блока за- Дани  с посто нным напр жением задани  сигнал рассогласовани  равенThe proposed regulator device is not critical to fluctuations in network voltage. When the mains voltage fluctuates, the amplitude of the voltage at the output of the rectifiers 10 and 14 varies, and the difference between these voltages does not leave much less, for example, the network voltage increases. In the known device, when operating from an operational unit of a task with a constant voltage, setting the error signal is

0 5 5 0 5 5

.а--(и ,„ +ли,„, )&V-iU.а - (and, „+ li,„,) & V-iU

BBIX BBIX

ВЪ B

„.)„.)

}а.д х-рых} a.d x-ryh

где u. -Ugbu ;where u. - Ugbu;

в предлагаемом устройстве AU (U,.a-bAU,,a)-(Ueb,,in the proposed device AU (U, .a-bAU, a) - (Ueb,

ли +ли,,а -ли,,,.whether +, a, li ,,,.

EcлИl,UJд было бы равно A.Ug,,, то система была бы инвариантна по от- ношедию к напр жению сети. В дейст- эд вительности AU не равно AUgj,( , поэтому д Ujci -ди,1 0, но она несоизмерима мала по сравнению с величиной . Следовательно, вли ние изменени  напр жени  сети на работу регул тора незначительно, что повышает точность его работы как в установившемс , так и в переходных режимах работы сети. Вследствие того, что напр жение задани  оказьшаетс  прив занным к сети и величина этого напр жени  соответствует углуIf lj, ujd would be equal to A.Ug ,, then the system would be invariant with respect to the network voltage. In reality, AU is not equal to AUgj, (, therefore, d Ujci -di, 1 0, but it is incommensurable small compared to the value. Therefore, the effect of a change in network voltage on the controller operation is insignificant, which increases its accuracy as in steady state and in transient modes of network operation. Due to the fact that the voltage of the task is found to be connected to the network and the magnitude of this voltage corresponds to the angle

00

513513

обратной св зи и напр жение задани  нарастают во времени в соответствии с величиной инерционности, а разность этих напр жений ди остаетс  практически неизменной. Следовательно, в .системе отсутствует  вление форсиров- ки,что исключает включение конденсаторных батарей или увеличение тока возбуждени  синхронного-двигател  в момент подачи напр жени , тем самым снижаетс  общее число включений и отключений и повьшаетс  надежность устройства в целом.the feedback and the voltage of the task increase with time in accordance with the magnitude of the inertia, and the difference of these voltages di remains almost unchanged. Consequently, there is no force phenomenon in the system, which excludes the inclusion of capacitor batteries or an increase in the excitation current of the synchronous motor at the time of applying a voltage, thereby reducing the total number of on and off and increases the reliability of the device as a whole.

Таким образом, обеспечиваетс  высока  точность и надежность работы предлагаемого регул тора в услови х горных предпри тий, устран ютс  ложные срабатывани  компенсирующего уст- .ройства, отпадает надобность в текущих поверках и настройках.Thus, the high accuracy and reliability of the proposed controller under conditions of mining enterprises is ensured, the false alarms of the compensating device are eliminated, there is no need for current calibrations and settings.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Автоматический регул тор коэффициента мощности, содержащий трансформатор напр жени  и трансформатор тока, соединенные с входом фазочувствительного блока, выход которого подключен к входу элемента сравнени , к .другому входу которого An automatic power factor regulator containing a voltage transformer and a current transformer connected to the input of a phase-sensitive unit, the output of which is connected to the input of the reference element, to the other input of which 0606 подключен выход блока задани  коэффициента мощности, а выход элемента сравнени  через блоки управлени  Включить и Отключить подк1Ш)чен кthe output of the power factor setting unit is connected, and the output of the comparison element through the control units on and off логическому блоку управлени  -компенсирующим устройством, отличающийс  тем, что, с целью повьше- ни  точности работы регул тора, он снабжен дополнительным трансформатором напр жени , первична  .обмотка которого включена на ту же фазу,что и трансформатор тока, а фазочувстви- тельный блок и блок задани  коэффициента мощности содержит однофазныеThe logic control unit is a compensating device, characterized in that, in order to improve the accuracy of the controller, it is equipped with an additional voltage transformer, the primary winding of which is connected to the same phase as the current transformer, and the phase-sensitive unit and power factor setting unit contains single-phase однополуперйодные выпр мители на тиристорах , системы управлени  выпр ми- тел ми и одинаковые емкостные накопители , подключенные к вь ходам выпр мителей , при этом вход системы управлени  Выпр мителем блока задани  коэффициента мош,ности подключен к рто- ричной обмотке дополнительного трансформатора , а тиристоры вьтр мителей подключены к вторичной обмотке трансформатора напр жени , первична  обмотка которого подключена к фазе сети , сдвинутой на 120 в сторону опережени  по отношению к фаз.е сети, на которую подкгаочен дополнит.ельньш трансформатор напр жени .single-semiconductor rectifiers on thyristors, rectifier control systems and the same capacitive drives connected to the rectifier inputs, while the input of the control system of the rectifier of the mosch control unit is connected to the rtorical winding of the additional transformer, and the thyristors are connected The drivers are connected to the secondary winding of the voltage transformer, the primary winding of which is connected to the network phase, which is shifted by 120 in the direction of advance with respect to the phase of the network to which the additional one is connected. transformer voltage. Составитель О., Наказна  Редактор Е. Копча Техред И.Попович Корректоре. Черни :Compiled by O., Nakazna Editor E. Kopcha Tehred I. Popovich Corrector. Cherni: Заказ 1890/44 Тираж 864ПодписноеOrder 1890/44 Circulation 864 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород., ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod., St. Project, 4