ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСКОНТАКТНОГО РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются вопросы экспериментального анализа показателей качества электроэнергии при использовании стабилизатора напряжения с использованием оптоэлектронного бесконтактного реле напряжения. Где, вольтодобавочного стабилизатора напряжения под-магничивающие обмотки, которые коммутируются при помощи бесконтактных реле напряжения выполненных на базе полупроводниковых приборов, а также длительность переходного процесса при коммутации активной и активно-индуктивной нагрузки подключенной к выходу стабилизатора.

ABSTRACT

This article discusses the issues of experimental analysis of power quality indicators when using a voltage stabilizer using an optoelectronic non-contact voltage relay. Where, the voltage booster voltage stabilizer is the magnetizing windings, which are switched using non-contact voltage relays made on the basis of semiconductor devices, as well as the duration of the transient process when switching an active and active-inductive load connected to the output of the stabilizer.

Ключевые слова: показателей качества электроэнергии, вольтодобавоч-ный трансформатор, стабилизатор напряжения, оптоэлектронного бесконтакт-ного реле напряжения.

Keywords: power quality indicators, booster transformer, voltage stabilizer, optoelectronic non-contact voltage relay.

По требованиям рыночной экономики при обеспечении потребителей качественной электроэнергией действуют юридические нормы и требования для всех участников, от производства электроэнергии до ее потребления. Каждый бытовой электроприемник для нормальной работы, требует определенных показателей параметров сети, таких как: номинальная частота, напряжение, синусоидальность тока и напряжения и т.п., т.е. обеспечение качественной электрической энергией. Также нужно отметить, что надежность электроснабжения зависит от качества электроэнергии, когда потребители обеспечиваются электроэнергией требуемого количества и бесперебойно [1, 2, 3].

В Узбекистане показатели качества электрической энергии в системе электроснабжения характеризуются одиннадцатью показателями, утвержден-ными Государственным стандартом Узбекистана O’zDSt 1044:2003 [2] и Межгосударственным стандартом ГОСТ 32144-2013 [3].

В данной статье рассматриваются анализа опытного образца стабилизатора напряжения с использованием оптоэлектронного бесконтактного реле напряжения.

В системах электроснабжения в качестве стабилизирующих устройств применяются специальные технические средства регулирования для улучшения качества напряжения у потребителей. Распространенными причинами которые приводят к отказу или выводу из строя электрооборудования и сбою технологического процесса, являются скачки напряжения непосредственно у потребителя. Любой производитель электрооборудования проектирует исходя из того, что все электрические оборудования и приборы должны быть рассчитаны на работу в сети, удовлетворяющей требованиям стандарта [4-5].

Изменение величины или формы напряжения обычно называют искажениями напряжения. Эти искажения ухудшают работу электроприборов, вплоть до вывода их из строя. Поэтому возникает вопрос защиты электро-приборов от изменения напряжения. Чтобы избежать от нежелательных влияний изменения напряжения, как правило, используют аппарат (стабилизатор напряжения) позволяющий автоматически регулировать в электрической сети заданное напряжение [6-7].

Стабилизатор напряжения предназначен для автоматического регулирования сетевого напряжения питания различных бытовых приборов большой мощности и электронной техники. Допускается использование стабилизаторов для питания оборудования производственно-технического назначения.

Стабилизатор может эксплуатироваться в помещении с температурой окружающего воздуха от плюс 1°С до плюс 40°С, относительной влажности 80% при 25°С. Режим работы - продолжительный, под надзором.

Стабилизатор представляет собой оптоэлектронного бесконтактного реле напряжения вольтодобавочных обмоток трансформатора [8-9].

Конструктивно стабилизатора напряжения с использовании бесконтакт-ного устройства выполнен в виде металлического корпуса. На лицевой панели расположен светодиодный индикатор входного напряжения. На боковой стенке - клеммник для подключения входных и выходных проводов, автоматический выключатель и болт заземления. Внутри корпуса расположен вольтодобавоч-ный трансформатор, электронная плата управления и бесконтактный релейный блок [6-9].

Входное напряжение подается с клеммника, через автоматический выключатель, на входные обмотки, а снимается с дополнительных обмоток, через дискретную схему переключения. Оптоэлектронная схема контролирует входное напряжение и, в случае отклонения его за установленные пределы, выдает команду на бесконтактное реле для переключение обмоток вольто-добавочного трансформатора [7-8].

К монтажу и обслуживанию стабилизатора допускаются только специалисты, имеющие группу допуска не ниже 3, знающие технику безопасности при эксплуатации электроустановок. Перед включением стабилизатора необходимо убедиться в его исправности, т.е. в отсутствии механических повреждений и правильности подключения электрических проводов и контура заземления [8-9].

Недопустимо: включать стабилизатор напряжения с использованием бесконтактного устройства в сеть с другой частотой или в сеть постоянного тока; включать стабилизатор без заземления; вскрывать или перемещать стабилизатор во включенном состоянии; размещать стабилизатор рядом с батареями отопления, печами и другими нагревательными приборами или накрывать его; ремонтировать стабилизатор в домашних условиях [8-10].

При подключении стабилизатора должно быть обеспечено правильное подсоединение фазного и нулевого провода. В качестве защиты от короткого замыкания и перегрузки по току в стабилизаторе установлен автоматический выключатель, включенный в фазный провод на входе стабилизатора [7-9].

Стабилизатор установить вертикально в отведенное для него место, не подвергаемое толчкам и вибрациям. Подключить стабилизатор к контуру заземления через болт заземления на его боковой стенке. Снять крышку, закрывающую клеммник, и подключить входные провода, соблюдая поляр-ность фазного и нулевого провода [9, 11].

Подать напряжение сети. Включить автоматический выключатель на стабилизаторе и убедиться в его работоспособности без нагрузки путем измерения вольтметром входного и выходного напряжения. Они должны соответствовать электрическим (паспортным) параметрам. Отключить входное напряжение и подключить провода нагрузки [8-9, 11].

При выборе стабилизатора необходимо помнить, что диапазон его регулирования не бесконечен и мощность ограничена. Определите необходимость установки в стабилизаторе дополнительно блока защиты от высокого напряжения и порог его срабатывания. Рекомендуется установить порог срабатывания 150-260 В [9].

Стабилизатор напряжения не гарантирует на его выходе напряжения 220 В, так как регулировка производится ступенчато с шагом 15 В, при этом на выходе допустимы колебания напряжения от 205 В до 235 В, что является нормальным для удовлетворительной и безаварийной работы бытовой техники и промышленного оборудования. В процессе автоматического регулирования допустимо незначительное моргание ламп освещения, что не влияет на качество работы оборудования [11-12].

Рекомендуется установить стабилизатор в непосредственной близости от вводного щита, в закрытом помещении, защищенном от воздействия влаги и химических веществ. Стабилизатор включается в разрыв между вводным автоматом и нагрузкой, после счетчика, медным многожильным проводом или кабелем. Нулевой провод является общим для входа и выхода. В качестве защиты стабилизатора от короткого замыкания или перегрузки по току применен автоматический выключатель [6-8].

Стабилизатор рассчитан на долговременную непрерывную работу, не менее 15 лет. Этот срок обусловлен сроком эксплуатации коммутирующих оптоэлектронное бесконтактное реле напряжения. По истечении данного срока рекомендуется заменить бесконтактного релейного блока. В процессе работы стабилизатора стабилизатора напряжения с использовании бесконтактного устройство, при соблюдении правил эксплуатации и отсутствии перегрузки, он не гудит, не искажает форму входного напряжения, не вносит помех. Светодиодный индикатор входного напряжения не является точным измерительным прибором, его показания являются приблизительными и могут отличаться от реального напряжения сети на величину до 3% [8-9, 12].

Стабилизаторы должны храниться в упакованном виде, в отапливаемом помещении при температуре от плюс 1°С до плюс 40°С и относительной влажности 80% при 25°С. В помещении не должно быть кислот, щелочей и других вредных примесей, вызывающих коррозию металлов, разрушающих изоляцию [9, 12].

Устройство предназначено для выбора оптимального режима работы бытовой техники и промышленного оборудования. Оптимальность режима достигается путем определения наилучших параметров фазного напряжения и выбора одной фазы из трех приходящих.

На вход устройства через автоматические выключатели подают три фазы и ноль. Устройство определяет параметры входного напряжения на каждой фазе. Если параметры первой фазы в норме, то она подключается к выходу [7, 13]. На рис.1÷13 показаны осциллограмма напряжение “вход-выход” бесконтактной реле напряжения с выдержкой времени в системе управления стабилизатора напряжения для коммутации обмоток вольтодобавочного трансформатора [7-9, 13].

В научно-исследовательской лаборатории кафедре «Электроснабжение» Ташкентской государственной технической университете при помощи осциллографа типа LeCroy WaveRunner 64 Xi-A приведено опыт и получены экспериментальные данные для амплитудного значения напряжения [14].

Предложенный стабилизатор напряжения испытано в научно-исследовательской лаборатории кафедры «Электроснабжение», в цепи управление в качестве тиристоров (VT₁, VT₂, VT₃) - КУ202Н, КУ201Р, КУ202И, в качестве диодов (VD₁, VD₂) - Д226Б, в качестве активное сопротивление R₁=1,1 кОм, R₂=5,1 кОм, R₃=1,3 кОм, R₄=6,8 кОм, R₅=22 кОм, R₅=24 кОм, R₇=6,8 кОм, в качестве емкости (C₁, C₂) конденсатора 50 В переменное напряжение 1 мкФ, в качестве диодного моста (VD₃-VD₆, VD₇-VD₁₀) - КВВ0808, в качестве оптоэлектрона (VU₁, VU₂) оптотиристора типа 3052219Q, 3042025Q, а также в качестве оптореле VR применено МОС. Здесь, приведены составляющие элементы I-реле, составляющие элементы II,III-реле аналогично как I-реле. Сопративление II-реле R₁=820 Ом и для III-реле R₁=500 Ом [15-18].

На рис.1 приведены экспериментальные осциллографные данные изменение входного напряжения в пределах 176÷241 В и выходные изменение 217÷224 В, где изменяя входного напряжения при помощи ЛАТР, получены стабилизация напряжения активное нагрузки [19-23].

Рисунок 1. Характеристики изменение напряжение “вход-выход” стабилизатора напряжения

Результаты эксперимента показывают что, предложенный стабилизатор напряжения в зависимоти от изменения напряжения сети обеспечивает стабильность напряжения нагрузки лучше в допустимых пределах по государственному стандарту ±5%, ориентировочно ±2%.

На рис.2 приведены экспериментальные осциллограмные изменение характеристики «вход-выход», стабилизатора напряжения для активной нагрузки. Известно что, для бытовых потребителей стандартное номинальное напряжение системе электроснабжение, 220 В и разрешается отклонение ±5% (предельный ±10%).

Результаты анализа осциллограммы напряжений видно что, при изменений входного напряжения в от -20,4% до +8,71%, при помощи стабилизатора напряжения добываеться напряжение на выходе в пределах от -2,72% до +1,78%. Отсюда видно что, разработанный опытный образец стабилизатора напряжения обеспечивает требованию государственного стандарта - стабильность напряжения в пределах ±5% [6].

Рисунок 2. Осциллограмма изменение напряжения «вход-выход» стабилизатора напряжения для активной нагрузки: U_вх=176 В; U_вых=217 В

На рис.3-4 показаны полученные опытным путем осциллограмма изменения напряжений для активной нагрузки с применением в системе управления бесконтактного реле напряжения с выдержкой времени для коммутации обмоток вольтодобавочного трансформатора.

На рис.3 приведен процесс срабатывания в 0,198 секунд, бесконтактное реле напряжения с выдержкой времени в системе управления при повышении входного напряжения.

Рисунок 3. Осциллограмма измеенение напряжение «вход-выход» стабилизатора напряжения для активной нагрузки

На рис.4 приведен процесс срабатывания в 0,199 секунд бесконтактного реле напряжения с выдержкой времени в системе управления при понижений входного напряжения.

Результаты анализа стабилизатора напряжения с применением в системе управления бесконтактного реле напряжения с выбержкой времени для активной нагрузки время коммутации обмоток вольтодобавочный стабилизатор составляет 0,19 секунд.

Рисунок 4. Осциллограмма измеенение напряжение «вход-выход» стабилизатора напряжения для активной нагрузки

На рис.5 приведена осциллограмма изменения характеристики «вход-выход» полученный опытным путем, а также характеристика переходного процесса проходяющее на нагрузке.

Рисунок 5. Осциллограмма изменению напряжение «вход-выход» стабилизатора напряжения для активно-индуктиного нагрузки: U_вх=176 В и U_вых=214 В

Результаты анализа осциллограммы, изменение напряжение на входе от -20,4% до +8,71%, стабилизированный напряжение на выходе изменяеться в пределах от -3,18% до +1,35%. Отсюда видно что, предложенный стабилизатор напряжения отвечает всем требованием государственного стандарта и при активно-индуктивной нагрузки обеспечит отклонение напряжение в пределах ±5%.

На рис.6 показана осциллограмма изменения переходного процесса при U_вх=214 В, приведено время срабатывания при активно-индуктивной нагрузки без стабилизатора напряжения.

Рисунок 6. Осциллограмма изменение переходного процесса при активно-индуктивной нагрузки без стабилизатора напряжения

Осциллограмма показывает что, без стабилизатора напряжения продолжение переходного процесса при активно-индуктивной нагрузки 0,52 секунд.

На рис.7 показана осциллограмма изменение переходного процесса при U_вх=214 В, приведена время срабатывания при активно-индуктивной нагрузки с стабилизатором напряжения.

Рисунок 7. Осциллограмма изменение переходного процесса при активно-индуктивной нагрузки с стабилизатора напряжения

Заключение

Осциллограмма показывает что, с стабилизатором напряжения продолжение переходного процесса при активно-индуктивной нагрузки составляет 0,32 секунд.

Сравнение осциллограммы показывает что, с применением стабилизатора напряжения, время продолжения переходного процесса при активно-индуктивной нагрузкой сокращается на 0,2 секунд.

На основе научно-исследовательской работы результаты эксперимента показывает что, бесконтактное реле напряжение с выдержкой времени в системе управления производит коммутации обмоток вольтодобавочного трансформатора при напряжение управления 18 В за 0,32 секунды.

Таким образом, получены резултаты исследования: разработана бесконтактное реле напряжения с выдержкой времени; с применением в системе управления для коммутации обмоток вольтодобавочного трансформатора предложена схема стабилизатора напряжения; применение устройства привело к энергосбережению, уменьшению потребления энергоресурсов.

Испытание опытного образца стабилизатора напряжения обеспечило отклонение напряжения в допустимых пределах ±5%, что приводит к улучшению качества электроэнергии.

Список литературы:

1. The state standard of Uzbekistan is O’zDSt 1050:2004. .05-02 of January 30, 53 (2004)
2. The state standard of Uzbekistan O’zDSt 1044:2003. 05-19 of July 18, P.27 (2003)
3. Interstate standard GOST 32144-2013. 55-P of March 25. P.15 (2013)
4. E.Usmanov, E.Kh.Abduraimov, R.Ch.Karimov. Using proximity relays to improve power quality (Journal "Bulletin of TSTU", Tashkent, Uzbekistan, 3-4, pp.48-51, 2012).
5. Каримов Р.Ч. Обзор стабилизатора напряжения на основе тиристоров в системах электроснабжения // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 9(90). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12285
6. M.K.Bobojanov, R.Ch.Karimov, T.H.Qosimov, Sh.Dzh.Dzhuraev. Development and experimental study of circuits of contactless device for automation of compensation of reactive power of capacitor batteries (E3S Web of Conferences, 289, 07012, 2021), https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128907012
7. Бобожанов М.К., Каримов Р.Ч., Рисмухамедов Д.А. Исследование высшего гармонического состава при работе стабилизатора напряжения // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 10(91). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12413
8. R.Karimov, and others. Modeling of kinematics and kinetostatics of planetary-lever mechanism (IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 883(1), 012129, 2020). doi:10.1088/1757-899X/883/1/012129
9. R.Ch.Karimov, A.Egamov, Sh.Dzh.Dzhuraev, B.Uzakov. New solutions for controlled compensating devices (E3S Web of Conferences, 289, 07021, 2021),  https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128907021
10. R.Karimov, and others. Reliability indicators of stabilizing devices in the agriculture electrical supply system (IOP Conf. Series: Materials Science and Eng., 883(1), 012142, 2020). doi:10.1088/1757-899X/883/1/012142
11. https://www.rlocman.ru/op/tovar.html?di=59773&/WR-64MXi-A
12. R.Karimov, and others. Non-contact controlled voltage stabilizer for power supply of household consumers (IOP Conf. Series: Materials Science and Eng., 883(1), 012120, 2020). doi:10.1088/1757-899X/883/1/012120
13. R.Karimov, M.Bobojanov. Analysis of voltage stabilizers and non-contact relays in power supply systems (E3S Web of Conferences, 216, 01162, 2020). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601162
14. R.Karimov. Study of the state of the issue of increasing the quality of electric energy in the power supply systems (E3S Web of Conferences, 216, 01163, 2020). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601163
15. R.Ch.Karimov. Improvement of capacitor battery power regulation circuit based on contactless switching devices (Journal "Problems of Energy and Soerces Saving", Tashkent, Uzbekistan, 2, pp.145-154, 2021), https://t.me/uzenergysaving
16. R.Karimov. Using optoelectronic noncontact voltage relay in electrical supply systems (Journal “Technical science and innovation”, 2, 2019). uzjournals.edu.uz/btstu/vol2019/iss2/8
17. M.Sadullaev, M.Bobojanov, R.Ch.Karimov. Creation and experimental study of a contactless device for automatic regulation of capacitor batteries power (Journal "Problems of Energy and Soerces Saving", Tashkent, Uzbekistan, 1, pp.97-106, 2021), https://t.me/uzenergysaving
18. Rasulov A.N., Karimov R.Ch. The Contactless Relay of Tension in System of Power Supply (EESJ, 4, pp.174-178, 2015), doi:10.12851/EESJ201508C05ART02
19. A.Rasulov, R.Ch.Karimov. The Contactless Thyristor Device for Inclusion and Shutdown of Condenser Instal-lations in System of Power Supply (EESJ, 4, pp.179-183, 2015). doi:10.12851/EESJ201508C05ART01
20. Dzhuraev, S.D., Karimov, R.Ch., and others. Study and Analysis of Power Quality in the Electrical Networks of the Outdoor Lighting of the Dushanbe City (Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022, 2022, pp. 1167–1169). DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755782
21. Икромов М.М., Ибайдуллаев М.Я., Каримов Р.Ч. Обзор стабилизатора напряжения на основе транзисторов в системах электроснабжения // Universum: технические науки: электронный научный журнал, 2021. 4(85). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11595
22. R.Karimov, N.Kurbanova and ofters, Experimental analysis of a prototype voltage stabilizer using an optoelectronic proximity voltage relay, Journal of Physics: Conference Series 2094(5), 052042 (2021). doi:10.1088/1742-6596/2094/5/052042
23. R.Karimov, A.Kuchkarov and ofters, Analysis and study of energy efficiency by the operation of a voltage stabilizer, Journal of Physics: Conference Series 2094, 052050 (2021). doi:10.1088/1742-6596/2094/5/052050