Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Анализ причин искажения формы питающего
напряжения, существующие способы и устройства
восстановления формы напряжения 12
Искажение формы напряжения при работе электропотребителей 12
Моделирование работы электропотребителя, искажающего форму питающего напряжения 23
Анализ существующих устройств восстановления
формы напряжения 37
Выводы к первой главе 50
Глава 2. Разработка способов коррекции формы
питающего напряжения 51
Разработка способа, основанного на распределении потребления электроэнергии между потребителями в течение полуволны питающего напряжения 52
Моделирование совместной работы устройства
коррекции и электропотребителей 55
2.3. Разработка способа, основанного на перераспределении
потребления электроэнергии в течение полуволны питающего
напряжения за счет накопления электроэнергии 62
Выводы ко второй главе 68
Глава 3. Разработка устройств коррекции формы
питающего напряжения 69
3.1. Разработка устройств, реализующих способ, основанный на распределении потребления электроэнергии между потребителями в течение полуволны питающего напряжения 69
Исследование макетного образца устройства коррекции 80
Разработка устройств, реализующих способ,
основанный на перераспределении потребления электроэнергии 84
Выводы к третьей главе 93
Глава 4. Применение устройств коррекции формы
питающего напряжения 94
4.1. Коррекция формы напряжения в первичной и
вторичной цепях силового трансформатора 97
Выбор места подключения устройства коррекции 110
Выбор параметров настройки устройства коррекции 116
Выбор параметров накопителей энергии в
устройствах коррекции 119
Выводы к четвертой главе 124
Заключение 125
Список литературы 127
Приложение 1. Перечень элементов устройства
коррекции на микроконтроллере 136
Приложение 2. Макет устройства коррекции на
таймере и платы управления 138
Приложение 3. Макет устройства коррекции на
компараторе и платы управления 139
Приложение 4. Макет устройства коррекции с
использованием оптронов 140
Приложение 5. Программа для устройства коррекции на
микроконтроллере РІС 12F629I/P 141
Приложение 6. Схема электрическая принципиальная
блока гальванической развязки для исследования трансформатора 146
Введение к работе
Современное состояние техники характеризуется бурным развитием электроники. Создаются все более новые и сложные электронные устройства. При создании электронных устройств к ним предъявляются требования по уменьшению энергопотребления, габаритов, увеличению срока службы и т.д. В большинстве электронных устройств, питающихся от сети 380/220В, 50 Гц, применяются схемы выпрямителей с фильтрами. К таким устройствам относятся компьютеры, принтеры, зарядные устройства, телевизоры, энергосберегающие лампы, всевозможные вторичные источники питания постоянного напряжения, входящие в состав электронных устройств и т.д. При их работе происходит искажение формы питающего напряжения. Это связано с падением напряжения на элементах системы электроснабжения при несинусоидальной форме тока.
Кроме рассмотренных устройств, которые вносят искажения в форму напряжения, в промышленности широко используются мощные выпрямители, дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки, которые также искажают форму напряжения.
С ростом количества электропотребителей, подключенных к источнику питания и имеющих несинусоидальную форму тока, искажение формы питающего напряжения становится повсеместно распространенным явлением.
Искажение формы питающего напряжения приводит к перегреву и разрушению нулевых рабочих проводников (для трехфазных сетей), снижению уровня выпрямленного напряжения в источнике питания, дополнительным потерям в трансформаторах, силовых кабелях и машинах переменного тока, появлению электромагнитных помех, сокращению срока службы электрооборудования.
Электрическая энергия обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует в создании различных видов продукции, влияет на
их качество. Каждый электропотребитель должен работать при определенных параметрах питающего напряжения. Для стабильной работы большинства потребителей необходимо обеспечивать синусоидальную форму питающего напряжения.
Показатели качества электрической энергии должны соответствовать ГОСТу 13109-97. С этой целью производится сертификация качества электроэнергии и разрабатываются организационные и технические мероприятия по улучшению показателей качества. Одним из показателей качества электроэнергии является несинусоидальность напряжения.
Для работы электропотребителей в номинальном режиме, уменьшения отрицательных воздействий несинусоидального напряжения разрабатываются способы и устройства по восстановлению формы питающего напряжения до формы, близкой к синусоидальной.
Большинство способов восстановления формы питающего напряжения основано на фильтрации или компенсации отдельных гармонических составляющих напряжения. При этом компенсация высших гармонических составляющих напряжения получается не полной.
Для коррекции формы питающего напряжения используются корректоры коэффициента мощности, входящие в состав электропотребителей. Регламентируется установка корректоров коэффициента мощности в электропотребителях мощностью более 75 Вт в соответствии со стандартом IEC 6100-3-2. С учетом того, что количество электропотребителей мощностью менее 75 Вт, искажающих форму напряжения, достаточно велико и имеет тенденцию к росту, искажение формы напряжения за счет их эксплуатации принимает повсеместный характер.
Актуальность работы
Разработка способов и устройств по уменьшению искажения формы питающего напряжения является актуальной задачей как для улучшения
7 режимов работы системы электроснабжения и электропотребления, так и для уменьшения потерь.
Работа выполнена при поддержке «Фонда содействия малых форм предприятий в научно-технической сфере» по программе «У.М.Н.И.К. - 2008» по теме «Устройство коррекции формы питающего напряжения сети» госконтракт №6561р/8526, а также при участии в проекте НК-347П «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области технических наук в рамках мероприятия 1.4. Программы» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы с научно-исследовательской работой «Методы коррекции формы питающего напряжения в сетях 0,4 кВ».
Цель работы заключается в разработке способов и устройств по уменьшению искажения формы питающего напряжения на основе анализа причин искажения напряжения и моделирования способов и устройств коррекции и их схемотехнической реализации, разработке методики применения устройств коррекции.
Основные задачи, решаемые в работе для выполнения поставленной цели:
