RU2368051C1

RU2368051C1 - Reactive power compensation device

Info

Publication number: RU2368051C1
Application number: RU2008110451/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Мазнев (RU); Александр Сергеевич Мазнев; Андрей Михайлович Евстафьев (RU); Андрей Михайлович Евстафьев
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used on alternating current electric stock. In the reactive power compensation device a control unit generates control pulses for controlling insulated-gate bipolar transistors based on output signals of current and voltage sensors. The said control pulses are synchronised with mains frequency, and the pulse ratio is varied in proportion to voltage across the secondary winding of the traction transformer. Current flows through the capacitor, equal to reactive current flowing in the diode bridge rectifier circuit, anchor winding and exciting winding of the pulse current traction motor, but with opposite phase. As a result, mains current contains only the in-phase component of load current. ^ EFFECT: increased reliability and power factor on the entire control range. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено на электроподвижном составе переменного тока для повышения коэффициента мощности.The invention relates to electrical engineering and can be applied on electromotive composition of alternating current to increase the power factor.

Известно устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее тяговый трансформатор, преобразователь, тяговый двигатель пульсирующего тока, два источника реактивной мощности, датчики тока и напряжения, блок управления, коммутатор (RU 2212086, кл. H02J 3/18, B60L 9/12, Бюл. №25, 10.09.2003).A device for compensating reactive power, comprising a traction transformer, a converter, a pulsating current traction motor, two reactive power sources, current and voltage sensors, a control unit, a switch (RU 2212086, class H02J 3/18, B60L 9/12, Bull. No. 25, 09/10/2003).

Недостатком устройства является возникновение ударных токов при подключении коммутатором источника реактивной мощности к вторичной обмотке трансформатора в случае несоответствия напряжения на обмотке трансформатора и на конденсаторе источника реактивной мощности, что снижает надежность устройства. Появление ударных токов снижает коэффициент мощности.The disadvantage of this device is the occurrence of shock currents when the switch connects the source of reactive power to the secondary winding of the transformer in case of voltage mismatch on the transformer winding and on the capacitor of the reactive power source, which reduces the reliability of the device. The appearance of shock currents reduces the power factor.

Известно устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее тяговый трансформатор, преобразователь, тяговый двигатель пульсирующего тока, два источника реактивной мощности, блок управления, коммутатор, датчики тока и напряжения (RU 2256994, кл. H02J 3/18, B60L 9/12, Бюл. №20, 20.07.2005 - прототип).A device for compensating reactive power, comprising a traction transformer, a converter, a pulsating current traction motor, two reactive power sources, a control unit, a switch, current and voltage sensors (RU 2256994, class H02J 3/18, B60L 9/12, Bull. No. 20, 07.20.2005 - prototype).

Недостатком устройства, принятого за прототип, является дискретный способ регулирования реактивной мощности с большим шагом дискретности, что снижает коэффициент мощности во всем диапазоне регулирования, большое количество элементов и наличие коммутатора снижают надежность устройства.The disadvantage of the device adopted for the prototype is a discrete method of regulating reactive power with a large step of discreteness, which reduces the power factor in the entire control range, a large number of elements and the presence of a switch reduce the reliability of the device.

Задача изобретения - повысить надежность устройства для компенсации реактивной мощности во всем диапазоне регулирования за счет исключения коммутатора и сокращения числа элементов и повысить коэффициент мощности за счет непрерывного регулирования величины реактивного тока пропорционально напряжению сети.The objective of the invention is to increase the reliability of the device for reactive power compensation in the entire control range by eliminating the switch and reducing the number of elements and to increase the power factor due to the continuous regulation of the reactive current in proportion to the network voltage.

Технический результат достигается тем, что в устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее тяговый трансформатор, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, последовательно соединенные якорную обмотку и обмотку возбуждения тягового двигателя пульсирующего тока, датчик тока и датчик напряжения, их выходы подключены к первому и второму входам блока управления соответственно, конденсатор, в него дополнительно введены два биполярных транзистора с изолированными затворами, шесть диодов, к свободному выводу якорной обмотки тягового двигателя пульсирующего тока подключены катоды первого и второго диодов, к свободному выводу обмотки возбуждения тягового двигателя пульсирующего тока подключены аноды третьего и четвертого диодов, анод первого и катод третьего диодов соединены с общим выводом конденсатора, датчика напряжения и вторичной обмотки тягового трансформатора, свободный вывод которой соединен через датчик тока со свободным выводом датчика напряжения и общим выводом коллектора первого биполярного транзистора с изолированным затвором, анода второго, катодов четвертого и пятого диодов, анод пятого диода соединен с общим выводом анода шестого диода и эмиттеров первого и второго биполярных транзисторов с изолированными затворами, их затворы подключены к первому и второму выходам блока управления соответственно, свободный вывод конденсатора соединен с общим выводом коллектора второго биполярного транзистора с изолированным затвором и катода шестого диода.The technical result is achieved in that in a device for reactive power compensation, containing a traction transformer, the primary winding of which is connected to the supply network, the armature winding and the excitation winding of a pulsating current traction motor, a current sensor and a voltage sensor are connected in series, their outputs are connected to the first and second the inputs of the control unit, respectively, is a capacitor, two bipolar transistors with insulated gates, six diodes, are additionally introduced into it, to the free output of the armature the cathodes of the pulsating current traction motor are connected to the cathodes of the first and second diodes, the anodes of the pulsating current traction motor are connected to the free anodes of the third and fourth diodes, the anode of the first and cathodes of the third diodes are connected to the common terminal of the capacitor, voltage sensor, and secondary winding of the traction transformer, free the output of which is connected through a current sensor to the free output of the voltage sensor and to the common collector output of the first bipolar transistor with an insulated gate, and the second node, the cathodes of the fourth and fifth diodes, the anode of the fifth diode is connected to the common terminal of the anode of the sixth diode and emitters of the first and second bipolar transistors with insulated gates, their gates are connected to the first and second outputs of the control unit, respectively, the free output of the capacitor is connected to the common output of the collector a second insulated gate bipolar transistor; and a sixth diode cathode.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для компенсации реактивной мощности.The drawing shows a circuit diagram of the proposed device for reactive power compensation.

В соответствии с чертежом устройство для компенсации реактивной мощности содержит тяговый трансформатор 1, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, последовательно соединенные якорную обмотку 2 и обмотку возбуждения 3 тягового двигателя пульсирующего тока, датчик тока 4 и датчик напряжения 5, их выходы подключены к первому и второму входам блока управления 6 (например, ADAM-5510, Прософт, краткий каталог продукции 6.0, 2001, с.47) соответственно, к свободному выводу якорной обмотки 2 тягового двигателя пульсирующего тока подключены катоды первого 7 и второго 8 диодов, к свободному выводу обмотки возбуждения 3 тягового двигателя пульсирующего тока подключены аноды третьего 9 и четвертого 10 диодов, анод первого 7 и катод третьего 9 диодов соединены с общим выводом конденсатора 11, датчика напряжения 5 и вторичной обмотки тягового трансформатора 1, свободный вывод которой соединен через датчик тока 4 со свободным выводом датчика напряжения 5 и общим выводом коллектора первого 12 биполярного транзистора с изолированным затвором, анода второго 8, катодов четвертого 10 и пятого 13 диодов, анод пятого диода 13 соединен с общим выводом анода шестого диода 14 и эмиттеров первого 12 и второго 15 биполярных транзисторов с изолированными затворами, их затворы подключены к первому и второму выходам блока управления 6 соответственно, свободный вывод конденсатора 11 соединен с общим выводом коллектора второго биполярного транзистора с изолированным затвором 15 и катода шестого диода 14.In accordance with the drawing, the device for reactive power compensation contains a traction transformer 1, the primary winding of which is connected to the supply network, the armature winding 2 and the excitation winding 3 of the pulsating current traction motor, a current sensor 4 and a voltage sensor 5 are connected in series, their outputs are connected to the first and the second inputs of the control unit 6 (for example, ADAM-5510, Prosoft, a short product catalog 6.0, 2001, p. 47) respectively, to the free output of the armature winding 2 of the pulsating current traction motor are connected odes of the first 7 and second 8 diodes, the anodes of the third 9 and fourth 10 diodes are connected to the free terminal of the field winding 3 of the pulsating current traction motor, the anode of the first 7 and the cathode of the third 9 diodes are connected to the common output of the capacitor 11, voltage sensor 5 and the secondary winding of the traction transformer 1, the free output of which is connected through the current sensor 4 to the free output of the voltage sensor 5 and the common output of the collector of the first 12 insulated-gate bipolar transistor, the anode of the second 8, the cathodes of the fourth 10 and fifth 13 di Dov, the anode of the fifth diode 13 is connected to the common terminal of the anode of the sixth diode 14 and emitters of the first 12 and second 15 bipolar transistors with insulated gates, their gates are connected to the first and second outputs of the control unit 6, respectively, the free terminal of the capacitor 11 is connected to the common terminal of the collector of the second an insulated gate bipolar transistor 15 and a sixth diode cathode 14.

Устройство для компенсации реактивной мощности работает следующим образом. Биполярные транзисторы с изолированными затворами 12, 15 и диоды 13, 14 включены попарно встречно друг другу, таким образом, что в одном полупериоде напряжения сети ток в цепи конденсатора 11 регулирует биполярный транзистор с изолированным затвором 15, а биполярный транзистор с изолированным затвором 12 зашунтирован открытым диодом 13, в другом полупериоде рабочим является биполярный транзистор с изолированным затвором 12, а биполярный транзистор с изолированным затвором 15 зашунтирован диодом 14. Емкость конденсатора 11 выбирается из условия компенсации реактивной мощности в цепи якорной обмотки 2 и обмотки возбуждения 3 тягового двигателя пульсирующего тока при максимальном напряжении на тяговом трансформаторе 1. При снижении напряжения реактивная мощность в цепи тягового двигателя пульсирующего тока снижается. В зависимости от выходных сигналов датчиков тока 4 и напряжения 5, блок управления 6 формирует импульсы управления биполярными транзисторами с изолированными затворами 12 и 15. Импульсы управления биполярными транзисторами с изолированными затворами 12, 15 синхронизированы с частотой сети, а скважность изменяется пропорционально напряжению на вторичной обмотке тягового трансформатора 1. При этом через конденсатор 11 протекает ток, равный реактивному току, протекающему в цепи мостового выпрямителя на диодах 7, 8, 9 и 10, якорной обмотки 2 и обмотки возбуждения 3 тягового двигателя пульсирующего тока, но противоположный ему по фазе. В результате ток, потребляемый устройством из сети, содержит только активную составляющую тока нагрузки во всем диапазоне изменения напряжения сети.A device for reactive power compensation works as follows. Bipolar transistors with insulated gates 12, 15 and diodes 13, 14 are connected in pairs opposite each other, so that in one half-period of the mains voltage, the current in the capacitor circuit 11 regulates a bipolar transistor with an insulated gate 15, and a bipolar transistor with an insulated gate 12 is shunted open diode 13, in another half-cycle, the bipolar transistor with an insulated gate 12 is operational and the bipolar transistor with an insulated gate 15 is shunted by a diode 14. The capacitor 11 is selected from the condition reactive power compensation in the circuit of the anchor winding 2 and the field winding 3 of the pulsating current traction motor with a maximum voltage on the traction transformer 1. When the voltage decreases, the reactive power in the pulsating current traction motor circuit decreases. Depending on the output signals of the current sensors 4 and voltage 5, the control unit 6 generates control pulses of bipolar transistors with isolated gates 12 and 15. The control pulses of bipolar transistors with isolated gates 12, 15 are synchronized with the network frequency, and the duty cycle varies in proportion to the voltage on the secondary winding traction transformer 1. At the same time, a current equal to the reactive current flowing in the bridge rectifier circuit on diodes 7, 8, 9 and 10, the anchor winding 2 and the windings flows through the capacitor 11 3, the traction motor drive pulsed current but an opposite phase. As a result, the current consumed by the device from the network contains only the active component of the load current in the entire range of the voltage of the network.

Предлагаемое устройство для компенсации реактивной мощности реализует поставленную задачу: повышает надежность устройства для компенсации реактивной мощности во всем диапазоне регулирования за счет исключения коммутатора и сокращения числа элементов (на 11) и повышает коэффициент мощности за счет непрерывного регулирования величины реактивного тока пропорционально напряжению сети.The proposed device for reactive power compensation implements the task: it increases the reliability of the device for reactive power compensation in the entire control range by eliminating the switch and reducing the number of elements (by 11) and increases the power factor by continuously adjusting the reactive current in proportion to the network voltage.

Claims

A device for reactive power compensation, comprising a traction transformer, the primary winding of which is connected to the supply network, an armature winding and an excitation winding of a pulsating current traction motor, a current sensor and a voltage sensor, their outputs are connected to the first and second inputs of the control unit, respectively, a capacitor, characterized in that it additionally includes two bipolar transistors with insulated gates, six diodes, to the free output of the anchor winding of the traction drive a pulsating current generator, the cathodes of the first and second diodes are connected, the anodes of the third and fourth diodes are connected to the free output of the excitation winding of the traction motor of the pulsating current, the anode of the first and the cathode of the third diodes are connected to the common output of the capacitor, voltage sensor and secondary winding of the traction transformer, the free output of which is connected through a current sensor with a free output of the voltage sensor and the common output of the collector of the first bipolar transistor with an insulated gate, the anode of the second, cathodes h of the fourth and fifth diodes, the anode of the fifth diode is connected to the common terminal of the anode of the sixth diode and emitters of the first and second bipolar transistors with insulated gates, their gates are connected to the first and second outputs of the control unit, respectively, the free terminal of the capacitor is connected to the common terminal of the collector of the second bipolar transistor with isolated gate and cathode of the sixth diode.