ВКР (1231544), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Рисунок 7.1 – Модель системы автоматического регулирования трехфазного напряжения силового трансформатора 6/0,4 кВ в составе предприятия в среде MatLab.
Из численных экспериментов установлено, что глубина модуляции добавочного напряжения не пропорциональна коэффициенту трансформации ВДТ. В процессе изменения сигнала управления при переходе из режима вольтоприбавления в режим вольтовычитания наблюдается эффект плавно меняющейся глубины модуляции. Этот эффект обуславливает улучшенный гармонический состав выходного напряжения по сравнению с известными способами импульсного регулирования переменного напряжения.
Рисунок 7.2 - Форма токов на входе подстанций на интервале полупериода (сверху) и их растянутый фрагмент (снизу), 1– ток первичной обмотки ВДТ; 2 – ток потребляемый из сети и он же суммарный ток на входе силовых трансформаторов; 3– ток конденсатора БФК.
Процесс создания конденсатором БФК «зеркальных» антиискажений для тока первичной обмотки ВДТ иллюстрируют осциллограммы, приведенные на рисунке 7.2. Здесь искажения тока 1 находятся в противофазе с током 3. Поскольку ток сети 2 является суммой токов 1 и 3, то он будет без искажений. При этом, как следует из осциллограмм (рисунки 7.2 – 7.5) устраняются также искажения напряжения.
Результаты расчета напряжений и токов в квазиустановившихся режимах работы электронного энергосберегающего устройства представлены на рисунках 7.2 – 7.5.
Рисунок 7.2 – Фазные напряжения нагрузки в режиме вольтодобавки
(без блока конденсатора БФК)
Рисунок 7.3 – Фазные напряжения нагрузки в режиме вольтовычета
(без блока конденсаторов БФК)
Рисунок 7.4 – Фазные напряжения нагрузки в режимах вольтодобавки и вольтовычета с конденсатором БФК
На этих рисунках представлена трехфазная система напряжений нагрузки соответственно при длительности импульса составляющей 3/4 и 1/4 от периода коммутации. Здесь желтым цветом показана фаза А, зеленым цветом – фаза В и красным цветом – фаза С.
а) б)
в) г)
Рисунок 7.5 - Напряжения и токи сети (а) и (в) и нагрузки (б) и (г) при отключенных (а) и (б) и подключенных (в) и (г) конденсаторах
БФК и БФКК.
Численными экспериментами установлено и иллюстрировано на рисунках 7.4 – 7.5 что во всех режимах при подключении блока конденсаторов БФК искажения напряжения полностью отсутствуют. При этом в масштабе, представленном на рисунке 7.5 (а), не видны остаточные искажения тока в сети и в первичных обмотках силовых трансформаторах. Эти остаточные искажения показаны на рисунке 7.6 (кривая 1), где представлен увеличенный фрагмент кривой тока сети в области амплитудного значения (от 144 А до 154 А). На этом же рисунке показана кривая 2, которая получена при подключении фильтро-компенсирующего конденсатора БФКК, нейтрализующего индуктивность нагрузки СТ2.
Рисунок 7.6 - Ток сети с одним блоком конденсаторов БФК (кривая 1)
и блоками конденсаторов БФК и БФКК (кривая 2)
Из этого численного эксперимента видно (рисунок 7.6), что подключение вместе с блоком БФК блока конденсаторов БФКК полностью устранило искажения входного тока с уменьшением его величины и фазы. Это наглядно демонстрирует повышение эффективности потребления и использования электрической энергии, которая характеризуется произведением коэффициентов мощности и полезного действия.
Дальнейшее уменьшение фазы и амплитуды входного тока может быть достигнуто подключением батареи косинусных конденсаторов БКК (рисунок 2.1) на входе энергосистемы.
На рисунке 7.7 показаны напряжения на первичной (последовательной) обмотке ВДТ для фазы А при различных фиксированных значениях сигнала управления. Расчеты произведены в разомкнутой системе при равномерном изменении относительного значения сигнала управления от 1 до -1 через 0,1.
Рисунок 7.7 - Напряжения на первичной обмотке ВДТ
при различных сигналах управления
Синим и красным цветом (рисунок 7.7) показано напряжение вольтодобавки, а зеленым и черным напряжение вольтовычета, причем в синей области напряжение находится в фазе с напряжением сети, а в зеленой в противофазе. В синей и зеленой области устройство производит амплитудное регулирование, а в красной и черной амплитудно-фазовое с плавным переходом от синфазной вольтодобавки к противофазной, с преобладанием при малых отклонениях фазового регулирования. Этот процесс происходит естественным путем при реостатно-импульсном регулировании, без переключения обмоток ВДТ с согласного на встречное включение. Он аналогичен более сложному по реализации способу искусственного амплитудно-фазового формирования напряжения вольтодобавки при помощи инвертора напряжения [6]. В синей и красной области регулирование напряжения вольтодобавки производится первым ключом при непрерывной подаче сигнала управления на второй ключ, а в черной и зеленой области регулирование напряжения вольтоотбавки осуществляется вторым ключом при полностью выключенном первом ключе (см. рис. 2.2). Таким образом, регулирование производится в первом и втором поддиапазонах с плавным переходом (между красной и черной областью при сигнале управления, равном нулю) из режима вольтоприбавления в режим вольтовычетания, когда напряжение на первичной обмотке ВДТ имеет минимальную амплитуду и сдвинуто по фазе в сторону опережения относительно напряжения сети на 90 град. Минимальная амплитуда напряжения на первичной обмотке ВДТ наблюдается в точках пересечения всех характеристик (рисунок 7.7) и при 10% диапазоне регулирования составляет примерно десятую часть от ее максимального значения.
На рисунке 7.8 приведены внешние характеристики, полученные на модели для трансформатора СТ1, к выходным зажимам которого подключены наиболее ответственные потребители.
Uн
Iн
Рисунок 7.8 - Внешние характеристики для СТ1 с наиболее ответственными потребителями
Здесь синяя характеристика является естественной, поскольку она получена при полностью включенном первом ключе и шунтировании добавочного сопротивления. Все остальные характеристики искусственные: черная – для номинального режима, когда в цепь вторичной обмотки ВДТ введена половина сопротивления дополнительного электронагревательного элемента ЭН2, бирюзовая – для полного вольтовычета когда в цепь вторичной обмотки ВДТ введено полное сопротивление дополнительного электронагревательного элемента ЭН2, а красная и зеленая являются промежуточными (красная между черной и синей в режиме частичного вольтоприбавления, зеленая между черной и бирюзовой в режиме частичного вольтовычетания). Характеристики получены в разомкнутой системе при равномерном изменении относительного значения сигнала управления от 1 до -1 через 0,5.
7.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРЕМЕНТА
Для исследования устройства в реальных условиях был проведен ряд экспериментов. Опыты проводились упрощенно с силовой схемой, то есть при разомкнутой системе управления, а регулирование производилось вручную. Целью экспериментов было реально доказать принцип, заложенный в систему автоматического регулирования трехфазного напряжения силовых трансформаторов 6/0,4 промышленного предприятия - принцип регулирования напряжения как в сторону его увеличения, так и в сторону уменьшения не производя при этом никаких механических переключений в схеме.
Опыт 1. Было принято решение вначале провести опыт с однофазной схемой, представленной на рисунке 7.9. Целью опыта было подтвердить принцип регулирования, определить диапазон регулирования, выявить возможность замены трехфазной схемы тремя независимыми однофазными, подобрать соотношения мощностей и сопротивлений элементов. Результаты эксперимента приведены в таблицах 7.1-7.3.
Рисунок 7.9 – Однофазная принципиальная схема эксперимента.
В качестве вольтодобавочного трансформатора ВДТ был использован трансформатор 220/22В. Опыты проводились при напряжениях сети Uсеть равным 50 и 100 В.
Таблица 7.1 - Результаты опыта при R=0-220 Ом, Z=220 Ом.
| Uсеть | U12,В | U23,В | U78,В при R=max | U56,В при R=min | U56,В при R=max | |
| 53,2 | R=max | 4 | 45,8 | 8 | 57,9 | 57,3 |
| R=min | 4,6 | 51,8 | ||||
| 100 | R=max | 7,6 | 87 | 14,7 | 108 | 107 |
| R=min | 8,7 | 98,7 | ||||
По таблице можно сделать вывод, что при малых токах нагрузки, в режиме близкому к режиму холостого хода, регулирование практически отсутствует (менее 1%).
Таблица 7.2. – Результаты опыта при R=0-220 Ом, Z=72,3Ом.
| Uсеть | U12,В | U23,В | U78,В при R=max | U56,В при R=min | U56,В при R=max | |
| 50,2 | R=max | 2,5 | 31,2 | 19 | 54,3 | 52,5 |
| R=min | 4,2 | 49,5 | ||||
| 100 | R=max | 4,9 | 60,5 | 37,4 | 107 | 102,7 |
| R=min | 8,2 | 98 | ||||
При увеличении тока нагрузки в 3 раза диапазон регулирования расширился (около 4%), но перейти в режим вольтовычета так и не удалось.
Ввиду невозможности в данных лабораторных условиях повысить ток нагрузки до больших значений, было принято решение увеличить регулируемое сопротивление R, уменьшив ток через первичную обмотку (1-2) вольтодобавочного трансформатора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
