СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
METHOD OF REACTIVE POWER COMPENSATION IN AC SUPPLY NETWORK

Изобретение относится к электротехнике, прежде всего, - к способам и устройствам для компенсации или регулирования коэффициента мощности в преобразователях или инверторах и, в частности, касается способов компенсации реактивной мощности в питающей сети переменного тока промышленных предприятий и/или, индивидуальных потребителей этой мощности для обеспечения требований энергосистемы к потреблению реактивной мощности.
Известен способ подключения компенсатора реактивной мощности к рабочему напряжению, содержащего несколько расположенных параллельно друг к другу компенсационных компонентов (RU, 2342759, С2). Согласно такого известного способа для подключения компенсатора реактивной мощности к рабочему напряжению (U) сначала компенсационные компоненты (К1-К3) с помощью блока управления (CU) подключают к рабочему напряжению (U) последовательно друг за другом через добавочное сопротивление (R), а затем без добавочного сопротивления. В качестве подключенной компенсационной компоненты (К1) применяют активную компоненту (К1) с по меньшей мере одним управляемым элементом реактивной мощности, например, с управляемым тиристором реактивным сопротивлением (TCR). Хотя этот способ и позволяет устранить недопустимо высокие обратные воздействия на рабочее напряжение, однако не может избежать потерь активной мощности на добавочном сопротивлении.
Известно устройство для компенсации реактивной мощности, содержащее конденсаторную батарею и устройство ее защиты от перенапряжения, подключаемого параллельно к конденсаторной батареи (RU, 66620, U1).
Устройство снабжено блоком измерения напряжения, вход которого подсоединен ко входу конденсаторной батареи, а выход блока управления соединен с блоком коммутации, при том его коммутирующие части включены в цепь конденсаторной батареи, выполненной из трех конденсаторов разных емкостей в соотношении 0,8:1,0:1,2 номинального значения. Данное устройство достаточно сложное, предназначено исключительно для электрических сетей высокого напряжения и, соответственно, решает задачу компенсации реактивной мощности с учетом специфики таких сетей.
Известен светодиодный источник света, содержащий понижающий преобразователь напряжения, который через выпрямительный диодный мост соединен с по меньшей мере одним светодиодом, а между выпрямительным диодным мостом и светодиодом параллельно с ним включен емкостной фильтр (RU, 79741, U1). Понижающий преобразователь напряжения выполнен из цепочки последовательно соединенных конденсаторов, по меньшей мере один из которых, являющийся конденсатором отбора мощности, соединен с выпрямительным диодным мостом. Так как в понижающем преобразователе напряжения отсутствуют активные сопротивления, работа предлагаемого светодиодного источника света отличается сверхнизким потреблением активной электроэнергии, однако для такого источника характерна неустойчивая работа в переходных режимах, особенно в моменты кратковременного многократного повторяющегося включения-выключения.
Известен также компенсатор реактивной мощности, содержащий вентильный мост, в плечах которого установлены полупроводниковые ключи в виде транзисторов или полностью управляемых тиристоров. В цепи переменного тока моста, соединенного с сетью, установлен конденсатор, а в цепи постоянного тока мост закорочен через реактор (US, 4647837).
Поскольку полностью управляемые ключи переключаются при больших значениях токов и напряжений, это приводит к значительным коммутационным потерям, повышению массы и габаритов устройства.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ компенсации реактивной мощности в питающей сети переменного тока промышленных предприятий и/или индивидуальных потребителей, описанный в патенте RU, 45572, U1. Согласно этого известного способа в каждой линии питающей сети устанавливают вентильный мост, входная цепь которого со стороны питающей сети содержит конденсатор 3, и пропускают выходной ток вентильного моста через нагрузку, представляющую собой колебательный LC-контур, подключенный к выводам постоянного тока моста, причем в качестве ключевых элементов моста используют тиристоры, что обеспечивает регулирование током конденсатора.
Реализация данного способа также приводит к коммутационным потерям, для способа-прототипа характерна неустойчивая работа в переходных режимах и ограниченность применения.
В основу изобретения поставлена задача создать такой способ компенсации реактивной мощности в питающей сети переменного тока промышленных предприятий и/или индивидуальных потребителей, в котором благодаря использованию по меньшей мере одного светодиода как средства, обеспечивающего регулирование токовыми параметрами входящей цепи вентильного моста, удалось достаточно просто и без коммутационных потерь компенсировать индуктивную реактивную мощность в сети потребителей емкостной реактивной мощностью светодиодов и одновременно за счет свечения светодиодов в процессе эксплуатации обеспечить при реализации способа дополнительную функцию общего освещения.
Поставленная задача решается тем, что в способе компенсации реактивной мощности в питающей сети переменного тока промышленных предприятий и/или индивидуальных потребителей, заключающийся в установлении в каждой линии питающей сети вентильного моста, имеющего во входной цепи со стороны питающей сети по меньшей мере один конденсатор, и пропускании выходного тока вентильного моста через нагрузку, обеспечивающую регулирование тока, протекающего через этот конденсатор, согласно изобретению, в качестве нагрузки используют по меньшей мере один светодиод.
Наиболее предпочтительно, чтобы выходной ток вентильного моста, поступающий на светодиод, предварительно сглаживать резисторно-емкостным фильтром, подключенным к выходным полюсам этого моста, а затем пропускать этот ток через последовательно соединенные регулятор тока и токоограничивающий резистор, причем для формирования напряжения на управляющем электроде регулятора тока предпочтительно использовать опорный резистор, подключенный параллельно светодиоду.
Целесообразно также дополнительно к резисторно-емкостному фильтру подключать ограничитель напряжения, обеспечивающий защиту светодиода, срезая скачки напряжения, возникающие в питающей сети, а во входную цепь вентильного моста параллельно конденсатору, формирующему напряжение на вентильном мосту, включать сглаживающую индуктивность.
Такое выполнение способа согласно изобретению и предпочтительных вариантов его осуществления позволяет обеспечить компенсацию индуктивной реактивной мощности в питающей сети переменного тока промышленных предприятий и/или индивидуальных потребителей емкостной реактивной мощностью по меньшей мере одного светодиода, или включающей его схемы, введенной в выходную цепь постоянного тока вентильного моста.
Далее сущность изобретения поясняется более подробным описанием изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 представляет схему устройства для осуществления способа согласно изобретению;
фиг.2 - вариант устройства для осуществления способа согласно изобретению, предусматривающего дополнительное использование сглаживающего фильтра, регулятора тока и токоограничивающего резистора;
фиг.3 - вариант устройства для осуществления способа, согласно изобретению, предусматривающего дополнительное использование ограничителя напряжения;
фиг.4 - вариант устройства для осуществления способа согласно изобретению, предусматривающего дополнительное использование сглаживающей индуктивности;
фиг.5 - схему включения в трехфазную электрическую, сеть трех одинаковых устройств для осуществления способа согласно изобретению.
Для пояснения сущности заявляемого способа на фиг.1-4 представлены различные устройства для его осуществления. Так, на фиг.1 показано устройство для компенсации реактивной составляющей мощности в сетях переменного тока, потребляющих такую мощность, например, таких сетей, как осветительные сети или сети электроснабжения промышленных цехов потребителя.
Каждая линия (фаза) питающей сети 1 имеет вентильный мост 2, в котором со стороны сети 1 в его входной цепи установлены два последовательно соединенных конденсатора 3, 4, причем конденсатор 3 зашунтирован высокоомным разрядным резистором 5, подключен одним концом к одному из полюсов моста 2 и предназначен для формирования величины тока, протекающего через нагрузку, а конденсатор 4 включен между полюсами входной цепи моста 2 параллельно сети 1 и служит для формирования уровня напряжения на вентильном мосту 2.
В выходной цепи постоянного тока моста 2, согласно изобретению, установлен по меньшей мере один светодиод 6 (на фиг.1 показан один светодиод, а на фиг.2-4 показана последовательно группа светодиодов 6). Количество светодиодов 6 выбирают, исходя из требуемого светового потока для освещения окружающего пространства. При протекании выпрямленного тока светодиод 6 вспыхивает и освещает окружающее пространство. При протекании тока через конденсатор 3 возникает емкостная реактивная мощность, и согласно предлагаемому решению индуктивная реактивная мощность в сети потребителя будет компенсирована емкостной реактивной мощностью, за счет чего повышается коэффициент мощности (cosφ), и одновременно такой компенсатор может служить источником освещения.
Согласно изобретению, возможны различные модификации патентуемого способа, обеспечивающие оптимальные условия компенсации реактивной мощности для сетей, потребляющих такую мощность.
Как показано на фиг.2, в выходной цепи моста 2 до подачи выпрямленного тока в цепь светодиодов 6 выходной ток сглаживают емкостным фильтром 7, предпочтительно содержащим включенный параллельно между полюсами выходной цепи моста 2 конденсатор 8 (например, электролитический конденсатор большой емкости), зашунтированный последовательно соединенными резистором 9 и терморезистором 10. Выходной ток фильтра 7 далее пропускают через последовательно соединенные регулятор 11 тока и токоограничивающий резистор 13, причем параллельно светодиоду подключают опорный резистор 12, формирующий напряжение на управляющем электроде регулятора 11 тока. В качестве регулятора тока может быть использована микросхема серии ЕН или аналоги серии HV.
Такое выполнение позволяет сгладить пульсации выпрямленного тока и одновременно обеспечить поддержание номинальной величины тока через светодиоды 6.
Как показано на фиг.3, для защиты светодиодов 6 от скачков напряжений, возникающих в питающей сети, параллельно фильтру 7 подключают ограничитель напряжения 14.
Для обеспечения оптимальных условий компенсации и защиты от нестабильной подачи тока в питающей сети 1 во входную цепь вентильного моста 2 параллельно конденсатору 4, формирующему напряжение на вентильном мосту, включают сглаживающую индуктивность 15 (фиг.4).
Схема включения устройства 16 для компенсации реактивной мощности в трехфазную электрическую сеть согласно заявленному способу показана на фиг.5. Каждое из устройств 16 включается в свою фазу (линию), чем достигается равномерность компенсации реактивной мощности по фазам.
Вырабатываемая устройством реактивная мощность носит характер емкостной реактивной мощности и вычисляется по формуле (1):
<mrow><msub><mi>Q</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>U</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>X</mi><mi>c</mi></msub></mrow></mfrac><mtext>                                                                            (1)</mtext></mrow>
где,
c
U - напряжение в компенсируемой сети потребителя, U;
с
Х - емкостное сопротивление, рассчитываемое по формуле (2).
<mrow><mi>X</mi><mi>c</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>f</mi><mi>C</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                  (2)</mtext></mrow>
где,
f - частота переменного тока в сети потребителя;
С - емкость конденсатора 3.
Так как у потребителя генерируется значительная индуктивная реактивная мощность, то при применении предлагаемого способа компенсации реактивной мощности в сети потребителя она компенсируется емкостной реактивной мощностью, в результате улучшается коэффициент мощности (cosφ) и одновременно за счет свечения светодиодов такой способ позволяет дополнительно реализовать функции источника света общего освещения.