Квазирезонансная установка конденсаторная для компенсации реактивной мощности
Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована в системах автономного электроснабжения на передвижных дизельных электростанциях для повышения коэффициента мощности электрооборудования путем автоматической компенсации реактивной индуктивной мощности.
Содержит блоки автоматики 1, коммутации 3, конденсаторов 4 и широтно-импульсный модулятор 2, что позволяет повысить точность регулирования реактивной мощности при изменении нагрузки в широком диапазоне, при этом обладает минимальными массой и габаритами.
Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована в системах автономного электроснабжения на передвижных дизельных электростанциях для повышения коэффициента мощности электрооборудования путем автоматической компенсации реактивной индуктивной мощности.
Известен конденсаторный компенсатор реактивной мощности, состоящий из трех конденсаторов и блока коммутации [1].
Известный конденсаторный компенсатор реактивной мощности обеспечивает компенсацию реактивной мощности и поддержание коэффициента мощности равного единице только при постоянной по значению активно-индуктивной нагрузки трехфазной сети. При изменении активно-индуктивной нагрузки трехфазной сети в широком диапазоне появляется ошибка компенсации.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемой полезной модели является комплектная конденсаторная установка [2], состоящая из блока автоматики, блока коммутации и блока конденсаторов, входы блока автоматики соединены с линейными проводами трехфазной цепи, а его выходы соединены с входами блока коммутации, одни выходы блока коммутации соединены с линейными проводами трехфазной цепи, другие выходы блока коммутации соединены с блоком конденсаторов.
Недостатками прототипа являются низкая точность регулирования реактивной мощности при изменении нагрузки из-за ступенчатого характера изменения емкости параллельно подключаемых конденсаторов и большие масса и габаритные размеры компенсатора, обусловленные большим числом используемых конденсаторов.
Целью полезной модели является повышение точности регулирования реактивной мощности при изменении нагрузки в широком диапазоне с минимальными массой и габаритными размерами установки конденсаторной.
Указанная цель достигается тем, что в комплектную конденсаторную установку, содержащую блок автоматики, блок коммутации и блок конденсаторов, входы блока автоматики соединены с линейными проводами трехфазной цепи, одни выходы блока коммутации соединены с линейными проводами трехфазной цепи, другие выходы блока коммутации соединены с блоком конденсаторов, дополнительно включен широтно-импульсный модулятор, одни входы широтно-импульсного модулятора соединены с линейными проводами трехфазной цепи, а его другие входы соединены с выходами блока автоматики, выходы широтно-импульсного модулятора соединены с входами блока коммутации.
Новизна полезной модели состоит в том, что в квазирезонансную установку конденсаторную для компенсации реактивной мощности дополнительно включен широтно-импульсный модулятор, одни входы широтно-импульсного модулятора соединены с линейными проводами трехфазной цепи, а его другие входы соединены с выходами блока автоматики, выходы широтно-импульсного модулятора соединены с входами блока коммутации, что обеспечивает заданную точность регулирования реактивной мощности при изменении нагрузки в широком диапазоне с минимальными массой и габаритными размерами установки конденсаторной.
На фиг.1 показана структурная схема, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу квазирезонансной установки конденсаторной для компенсации реактивной мощности.
На фиг.1 обозначено:
1 - блок автоматики;
2 - широтно-импульсный модулятор;
3 - блок коммутации;
4 - блок конденсаторов.
В исходном положении в предлагаемой квазирезонансной установке конденсаторной входы блока автоматики 1 соединены с линейными проводами трехфазной цепи, выходы блока автоматики 1 соединены с одними из входов широтно-импульсного модулятора 2, другие входы широтноимпульсного модулятора 2 соединены с линейными проводами трехфазной цепи, выходы широтно-импульсного модулятора 2 соединены с входами блока коммутации 3, одни выходы блока коммутации 3 соединены с линейными проводами трехфазной цепи, другие выходы блока коммутации 3 соединены с входами блока конденсаторов 4.
Квазирезонансная установка конденсаторная работает следующим образом.
Блок автоматики 1 непрерывно осуществляет измерение угла сдвига фаз 
между фазными токами и фазными напряжениями, поступающими на входы блока автоматики 1, и определяет длительность импульсов управления 
блоком коммутации 3 по алгоритму
где k - некоторый коэффициент, определяемый выражением
С0=CAB=C BC=CCA - емкость конденсаторов блока конденсаторов 4;
I, U - действующие значения фазного тока и напряжения;
- угол сдвига фаз между током и напряжением;
Т - период синусоидального напряжения.
Значение длительности импульсов управления в виде двоичного восьми разрядного кода с выходов блока автоматики 1 поступают на одни входы широтно-импульсного модулятора 2, который формирует импульсы управления длительностью и напряжением Uупр, которые с выхода широтно-импульсного модулятора 2 поступают на входы блока коммутации 3. Импульсы управления синхронизируются с фазными напряжениями, которые поступают на другие входы широтно-импульсного модулятора 2.
При наличии импульса управления блок коммутации 3 соединяет свои выходы, тем самым подключает к трехфазной цепи конденсатор емкостью С0 на время . Таким образом, в различные моменты времени параллельно трехфазной нагрузке оказываются включенными конденсаторы емкостью С0. Компенсация реактивной мощности достигается тем, что происходит обмен энергией между индуктивной нагрузкой и конденсатором емкостью С0. При равенстве энергий индуктивной нагрузки и конденсатора
в электрической цепи будет наблюдаться явление резонанса, при котором угол сдвига фаз между током и напряжением равен нулю =0, а коэффициент мощности - единице cos=1. Равенство энергий изменяющейся индуктивной нагрузки и конденсатора с постоянной емкостью С0 достигается временем заряда - разряда конденсатора. Дело в том, что энергия индуктивного элемента за один период синусоидального напряжения определяется выражением
энергия конденсатора -
В выражении (5) действующее напряжение U представляет собой среднеквадратическое за период
Меняя пределы интегрирования можно управлять потоком энергии конденсатора и добиваться условия равенства энергий
Добиться равенства левой и правой части уравнения (3) можно при условии
Правую часть выражения (7) после несложных преобразований можно привести к виду
что соответствует правой части выражения (2).
Разрешая уравнение (7) относительно с учетом выражений (8) и (2) получаем алгоритм определения длительности импульсов управления блоком коммутации 3, который обеспечивает достижение равенства энергий индуктивной нагрузки и конденсатора (3).
Промышленная осуществимость заявляемой полезной модели обосновывается тем, что в ней используются известные в аналоге и прототипе блоки, узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена модель установки в 2009 году.
Технико-экономическая эффективность заключается в том, что предлагаемая полезная модель позволяет повысить точность компенсации реактивной мощности при изменении нагрузки в широком диапазоне при наличии всего трех конденсаторов постоянной емкости С0, следовательно, обладает минимальными массой и габаритными размерами в сравнении с прототипом.
Источники информации:
1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию Том 1 // Под ред. А.А. Федорова М.: Энергоатомиздат., 1987, с.237, 238, (аналог).
2. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок М.: Высшая школа, 1975, с.192-199, (прототип).
Квазирезонансная установка конденсаторная для компенсации реактивной мощности, содержащая блок автоматики, блок коммутации и блок конденсаторов, входы блока автоматики соединены с линейными проводами трехфазной цепи, одни выходы блока коммутации соединены с линейными проводами трехфазной цепи, другие выходы блока коммутации соединены с блоком конденсаторов, отличающаяся тем, что содержит широтно-импульсный модулятор, одни входы которого соединены с линейными проводами трехфазной цепи, а его другие входы соединены с выходами блока автоматики, выходы широтно-импульсного модулятора соединены с входами блока коммутации.
