2. Управляемые компенсаторы реактивной мощности

Поддержание коэффициента мощности на максимальном уровне при изменении реактивной мощности, потребляемой преобразовате­лями, возможно при использовании управляемых конденсаторно-тиристорных источников реактивной мощности. Схема такого од­нофазного устройства приведена на (рис.3, а). В трехфазных системах используются три аналогичные схемы. Управляемый источник реактивной мощности состоит из двух LC-фильтров, настроенных на частоты наиболее интенсивных высших гармоник (пятой и седьмой) и регулируе­мого вентильного преобразователя. Преобразователь, который часто назы­вают индуктивно-тиристорным регулятором, состоит из двух тиристоров (VI V2), и имеет нагрузку в виде индуктивности L. При отсутствии управляющих импульсов тиристоры VI и V2 закрыты, устройство подав­ляет гармонические искажения напряжения сети на 5-й и 7-й гармо­никах, а конденсаторы C₅ и С₇ генерируют реактивную мощность Qc.

Рис. 3. Регулируемый источник реактивной мощности (а), временные диаграммы токов и на­пряжений в регулируемом преобразователе переменного напряжения с индуктивной нагрузкой (б, в, г) и зависимость реактивной мощности от угла управления (д).

При и широких управляющих импульсах преобразовательработает в режиме непрерывного тока, когда и поочередно от­крыт то один, то другой тиристор. Через индуктивность протекает синусоидальный ток, равный вынужденной составляющей (рис.3,б)

.

При увеличении (рис.3,в, г) энергия, накапливаемая на интерва­ле в индуктивности, уменьшается, при этом уменьшается и ин­тервал, на котором индуктивность отдает энергию в сеть. В результате между полуволнами тока в индуктивности возникают разрывы (рис.3, в и г), ток становится несинусоидальным. При этом кривая то­ка в индуктивности, по-прежнему, остается симметричной относительно показан­ной на рисунке оси, а угол, в течение которого тиристоры проводят ток, равен . Таким образом,первая гармоника тока индуктивности отстаёт по фазе от напряжения u₁ на угол при любом угле управления.

Ток в индуктивности равен сумме принужденной и свободной со­ставляющих процесса:

.

Учитывая, что при включении тиристора , а, получим

. (1)

Разложении функции (1) в ряд Фурье позволяет найти 1-ю гармонику тока через индуктивность:

_. (2)

Реактивная мощность, потребляемая индуктивно-тиристорным преобразователем, определяется формулой Q_l=U₁I_l1 . Эта мощность в соответствии с (2) уменьшается с ростом угла управления (график зависимости приведён нарис.3, д). Таким образом, рассматриваемая цепь при изменении угла α выполняет роль управляемой индуктивности

.

Результирующая реактивная мощность схемы (рис.3, a) равна разности Q = Q_C – Q_L. Если выбрать Q_Lmax ⁼ Qc, реактивная мощность Q всегда будет иметь емкостной характер. Зависимость Q от угла управления приведена на рис.3, д.

Таким образом, рассмотренный источник реактивной мощности генерирует реактивную мощность и осуществляет ее регулирование, подавляя при этом искажения в сети. Поэтому такие источники ре­активной мощности находят все более широкое применение для по­вышения коэффициента мощности вентильных преобразователей и других установок.

Лекция 5.