[其他]强迫换流自动无功补偿装置

说明书

本实用新型适于供电电网中提高功率因数之用，涉及电工技术。

目前，国内外使用的无功功率补偿装置大都设备复杂、投资大、控制困难。如美国的《C－1型直流饱和电抗器式无功补偿装置》，日本的《强制整流－逆变式动态无功补偿装置》。1985年波兰华沙工业大学的FABIJANSKI    Pawel提出了一种先进的无功功率补偿装置。该装置是利用强迫换流原理来实现晶闸管的超前导通控制从而获得容性无功功率。但是由于该装置所采用的线路控制角α的控制范围在＋π／2或－π／2附近，为防止短路，则必在主电路图中的直流支路中接上限流电阻Rd或在直流支路两端另加一套晶闸管整流桥来配合调节，前者导致Rd上的大量功率损耗，后者使装置复杂化。

本实用新型的任务是在波兰技术的基础上，提出新的控制规律，研制出一种设备简单、效率高、可靠性高、调节线性度好的自动无功功率补偿装置。

关于无功功率补偿装置的控制，现在传统的观点是：可控硅如果要控制在逆变区（π／2≤α≤3π／2）工作，则必须外加辅助电源，否则不能工作。但是本发明者却证实在所提出的强迫换流线路条件下逆变器在第三象限工作，完全可以不需要外加辅助电源。在大量实验基础上，本发明者首次提出如下调节容性无功电流I的控制规律：

令：φ＝α－π

有：Iω C UT m=42/3π-2φ]]>φ≥π／6

及：有：Iω C UT m=]]>2（3／π）²2/3]]>〔π／3＋Sin（φ＋π／6）－COSφ〕

φ≤π／6

其中I－－容性无功电流；

α－－晶闸管强迫换流控制角；

ω－－市电角频率，314／秒；

C’－－强迫换流环节等效电容，C’＝3／2C已知；

U_Tm－－供电电源线电压峰值，已知；

从上可知，当把α角控制在第三象限时，通过调节α角，可很容易调节I，又由于直流支路电流Id受I控制，故只要控制α角，就可控制Id，省去限流电阻Rd，也不会发生短路危险。同时，由于控制角α可控范围大，则控制可靠性高，调节线性度好。

以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的主电路图。

图2是FABIJANSKI    Pawel的主电路图。

图2中，由于其采用的控制角α在＋π／2或－π／2附近，故必在直流支路中接上电阻Rd；图1中，由于其采用控制角α在π到3／2π范围内，故可省去Rd。为了防止晶闸管T换流时出现电流变化率过大而损坏元件，本实用新型采用磁芯材料与铜棒组成的小电抗L_S接在每个晶闸管的桥臂中，位置如图1所示，这种小电感结构简单，损耗小，造价低廉。

为了实现自动检测无功功率的状况并进行自动调节，发明者提出采用一只功率因数角检测器来检测电流I与电压U之间的相位差角。在具体实施时，另加一台晶闸管脉冲控制触发器，一般的整流或逆变装置均有这类触发器，只要按发明者提出的控制规律调整一下触发脉冲控制角α的控制范围即可。

另外，现有技术中存在着平波电抗器Ld受六次谐波的电流影响，容易饱和，故往往将平波电抗器Ld做得极大。本实用新型的最佳实施方式是在电路的直流支路中串联一个六次谐波抑制环节，它由体积很小的空芯电感L₆和单相电容C₆并联组成。这样，流过平波电抗器Ld的直流电流Id谐波幅值很小，对Ld的饱和影响减小，故Ld的体积和重量可大大减小。

图1，图2中的符号表示：T₁至T₆为晶闸管；Z₁至Z₆为隔离二极管；C为强迫换流电容；L_S为强迫换流电感；Ld为平波电抗器；L₆为空芯电感；C₆为单相电容；Rd为限流电阻；A、B、C端与三相交流电源连接。