WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

1- kM = (6) j 1± e kM (1- kM ) где: I1( p), I2( p) - токи в первичной и вторичной обмотках; eM 1( p) = pMI2( p) - активное напряжение в первичном контуре, управляемое с вторичного контура; eM 2( p) = pMI1( p) - реакция во вторичном контуре, вызванная током первичного контура; Z2( p) = R2 + pL2 + Z0( p) - суммарное комплексное сопротивление вторичного контура; Ud ( p) - управляемое напряжение; M - взаимная индуктивность обмоток трансформатора; Z0( p) - комплексное сопротивление нагрузки во вторичном контуре; kM - коэффициент магнитной L1 M связи трансформатора; =, а kM =.

L2 LПри 1 =0 =1- kM <<1 и трансформатор замкнут накоротко, kM при = 2 = 1 и трансформатор находится в состоянии (1- kM ) холостого хода (является дросселем с сопротивлением Z1,), при = =, 3 = + это значит, выходное сопротивление, 2 kM (1- kM ) kM имеющее индуктивный характер, равно бесконечности (трансформатор отключен - обрыв первичной обмотки), при > 3, 4 > -, индуктивное сопротивление переходит в емкостное, а реактивную индуктивную мощность выдает источник напряжения Ud.

Для расчета параметров активной части гибридного фильтра с компенсирующим трансформатором составлена математическая модель усилителя активной части фильтра, основные параметры представлены выражениями (7)-(13):

1 GW ( p) = + + kp (7) p2T12 pTгде T12 = CM1 kM ; (8) M1 kM T2 = ; (9) R L - kM Lkp = (10) M1 kM - граничный выходной ток I I2гр = (11) C kM L1L- граничное напряжение I U2гр = (12) C kM - граничная мощность усилителя I 2 QC S2гр = U2гр I2гр = = Q2 (13) 3 2 C2 kМ L1 K kM гр pas Выражение (7) показывает, что в случае полной компенсации, усилитель должен быть выполнен (в аналоговом либо цифровом виде) как система трех внутренних каналов - PInD-регуляторов.

Кроме того, в канале активной фильтрации необходимо установить фильтр высоких частот, пропускающий только гармонические, нескомпенсированные пассивным фильтром.

Емкость конденсатора для компенсации реактивной мощности может быть определена из следующего выражения QC C = = (14) (U12 - LQC ) U1 - L 1 Q Выражения (1)-(14) являются математической моделью гибридного фильтра с компенсирующим трансформатором.

В четвертой главе для оценки эффективности предложенной топологии силового гибридного фильтра было проведено компьютерное моделирование для которого исходными данными послужили параметры экспериментального стенда с комбинированным фильтром, разработанным на кафедре Электроснабжения Промышленных Предприятий. На рис. 3-представлены основные осцилограммы работы фильтра.

Рис.3. Осциллограмма тока сети при подключенном шестифазном выпрямителе и отсутствии фильтрующих устройств.

Рис. 4. Осциллограмма тока ветви гибридного фильтра.

Рис. 5. Осциллограмма тока вторичной цепи датчика тока.

Рис. 6. Осциллограмма напряжения на первичной обмотке трансформатора.

Рис. 7. Осцилограмма тока сети при подключенном шестифазном выпрямителе и работающем фильтре высших гармоник.

Из рис.4. видно, что ток сети, помимо высших гармонических составляющих, содержит и часть основной гармоники 50Гц. При этом амплитуда кривой тока достигает 3А. На рис. 5. приведена осциллограмма тока на измерительном резисторе системы управления. При этом видно, что в полученном с датчика тока токовом сигнале, отфильтрована основная гармоника, и амплитуда полученного сигнала существенно ниже и составляет только 1,2А. По этим данным была определена мощность активной части (без учета внутренних потерь), которая составила – 305,3ВА.

Сравнение рис.3 и рис.7 показывает, что разработанный фильтр существенно улучшает форму кривой тока сети. Расчеты показали, что при этом суммарный коэффициент искажения синусоидальности тока Ki,% составил 7,62%, В табл. 1 приведены значения высших гармоник тока при подключенном и отключенном фильтре, а также нормы стандарта ГОСТ Р 51317.3.3-99 для данного класса ТС с потребляемым током менее 16А (в одной фазе).

Таблица 1 - Коэффициенты искажения синусоидальности тока для -ой гармоники.

5 7 11 13 17 Ki( ),% 20 14,29 9,09 7,69 5,88 5,без фильтра Ki( ),% 3,69 2,82 2,53 1,92 1,81 1,с ГФ Ki( ),% 10,7 7,2 3,1 2 1,2 1,ГОСТ Р 51317.3.3-В целом, содержание высших гармонических составляющих в сети удовлетворяет требованиям стандарта, однако есть небольшое превышение норм для гармоник с порядковым номером, начиная с 19. Это объясняется тем, что параметры пассивной части гибридного фильтра с компенсирующим трансформатором были выбраны аналогично комбинированному фильтру, а не оптимизированы под данный новый тип фильтра.

В пятой главе проведена оптимизация параметров фильтра. Были выбраны следующие критерии: коэффициент искажения синусоидальности тока сети, мощность активной части, составляющая тока основной гармоники I50 в первичной цепи фильтра.

Оптимизация выбора емкости конденсатора пассивной части фильтра показала, что емкость конденсатора должна выбираться исходя из двух основных требований – компенсации реактивной мощности и уменьшения доли основной гармоники, проходящей через фильтр. Составлен алгоритм поиска оптимального значения емкости и сформулированы основные требования и рекомендации.

Жестко выбранный параметр емкости конденсатора пассивной части определяет выбор параметров индуктивности датчика тока и компенсирующего трансформатора. Предложен алгоритм расчета параметров, разработаны методики выбора датчика тока и компенсирующего трансформатора.

Для оценки влияния индуктивности (коэффициента трансформации) датчика тока и компенсирующего трансформатора на коэффициент искажения синусоидальности тока сети и мощность активной части фильтра, был проведен ряд экспериментов в ходе которого менялись коэффициенты трнасформации как датчика тока так и компенсирующего трансформатора в пределах от 0,1 до 10. Полученные результаты показали, что лучшую форму (более близкую к идеальной синусоиде) ток сети имеет при КТТ = ККТ стремящихся к 1, при больших значениях коэффициентов трансформации кривая тока сети искажена сильнее. При КТТ и ККТ <1 форма тока сети также ухудшается, хотя и меньше, чем при КТТ и ККТ >1. Так коэффициент искажения синусоидальности тока сети Кi,% стремится к минимуму в 1,75% при коэффициентах трансформации как датчика тока так и компенсирующего трансформатора близких к 1. Однако, при этом, мощность активной части составляет 412,3ВА (35% от мощности искажений). Поэтому необходим поиск оптимальных значений коэффициентов трансформации датчика тока и компенсирующего трансформатора в зависимости от установленных требований – минимума коэффициента искажения синусоидальности тока сети или минимума мощности активной части фильтра.

На рис.8 и рис.9 представлено семейство кривых (зависимость коэффициента искажения синусоидальности тока сети от минимума мощности активной части фильтра при различных сочетаний коэффициентов трансформации датчика тока и компенсирующего трансформатора), позволяющее выбирать оптимальные параметры компенсирующего трансформатора и датчика тока при заданном значении Кi, % и определить мощность активной части фильтра и наоборот.

Рис.8 Зависимость мощности активной части от различных сочетаний КТТ и ККТ.

Рис.9 Зависимость коэффициента искажения синусоидальности тока сети от различных сочетаний КТТ и ККТ.

В случае, когда определяющее значение имеет мощность активной части. выбираем коэффициенты трансформации КТТ и ККТ, равные 10. При этом мощность активной части расчитывается согласно выражению (3.28) и составляет 240,5ВА, а коэффициент Кi, % равен 2,5%.

Фильтр с оптимизированными параметрами пассивной части уменьшает коэффициент искажения синусоидальности тока сети до 2,5%, против 7,62% при подключении фильтра с неоптимизированными параметрами. Таким образом, удается снизить Кi примерно в 3 раза.

Сравнение разарботанного гибридного фильтра с комбинированным фильтром показало, что при одинаковых коэффициентах искажения синусоидальности токов в питающей сети, мощность активной части гибридного фильтра с КТ на 30% меньше, чем у комбинированного фильтра.

Основные выводы Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в работе, позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Анализ регламентирующих документов показал, что зарубежные стандарты направлены на ограничение высших гармоник тока от ТС, тогда как российские ГОСТ на снижение высших гармоник напряжения.

2. Проведенный анализ литературы показал, что в трехфазных сетях переменного тока 0,4кВ для уменьшения электромагнитных помех наряду с традиционными резонансными LC-фильтрами находят применение силовые активные и гибридные фильтры. Для исследований предложен гибридный фильтр с компенсирующим трансформатором в активной части и конденсатором в пассивной части без фильтрующего реактора, что позволяет уменьшить массо-габаритные параметры фильтрующего устройства.

3. Разработана принципиальная схема гибридного фильтра с компенсирующим трансформатором, работающим по принципу активного двухполюсника, управляемого с его вторичной стороны.

4. Предложено для уменьшения мощности активной части исключить основную гармонику в цепи активной части фильтра введением в схему фильтра 50Гц, включив его на вторичной стороне датчика тока.

5. Разработаны математическая и компьютерная модели гибридного фильтра с КТ, которые позволяют: получить семейство характеристик оптимизации для фильтров разной мощности; исследовать работу фильтра для разного вида нелинейных нагрузок; оптимизировать значение емкости конденсатора фильтра в зависимотси от коэфициента мощности нагрузки и мощности искажения по компенсируемой гармонике.

6. Проведенное математическое и компьютерное моделирование работы гибридного фильтра с КТ показало, что при одинаковых коэффициентах искажения синусоидальности токов в питающей сети, мощность активной части гибридного фильтра с КТ на 30% меньше, чем у комбинированного фильтра.

7. Получено семейство характеристик, позволяющее выбрать оптимальные парметры компенсирующего трансформатора и датчика тока при заданном коэффициенте искажения синусоидальности тока сети и определить мощность активной части фильтра.

8. Разработана инженерная методика расчета и выбора параметров пассивной и активной частей гибридного фильтра с компенсирующим трансформатором.

Список публикаций по теме диссертации 1. Кирюхин А.Ю., Буре И.Г. Оптимизация параметров гибридного фильтра высших гармоник для трехфазных сетей переменного тока 0,4кВ // Вестник МЭИ. – 2008. – № 2.– С. 26–32.

2. Буре И.Г., Кирюхин А.Ю. Оптимизация гибридного фильтра для силовых цепей переменного тока// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Двенадцатая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2007. Т.2. - С. 382-383.

3. Буре И.Г., Кирюхин А.Ю. Выбор критериев при оптимизации устройств компенсации реактивной мощности // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Одиннадцатая междунар. науч.-техн. конф.

студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2006. Т.2. - С. 340.

4. Буре И.Г., Кирюхин А.Ю. Устройства компенсации реактивной мощности в цеховых сетях и их элементная база // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Десятая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. - М.: МЭИ, 2005. Т.2. - С. 296-297.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»