СИСТЕМА ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье исследуются особенности колебательного контура с целью определения возможности их применения для управления тиристорами при построении новых, простых и надёжных схем для регулирования вольтодобавочных стабилизаторов напряжения от величины значения напряжения питающей сети. В феррорезонансных цепях, присоединённых к источнику напряжения с малым внутренним сопротивлением, при определённом сочетании параметров наблюдается возбуждение колебаний на основной частоте, начальная фаза которых имеет сдвиг по отношению к начальной фазе приложенного напряжения.

ABSTRACT

In this article, the features of the oscillatory circuit are investigated in order to determine the possibility of their application for controlling thrusters when building new, simple and reliable circuits for regulating booster voltage stabilizers from the value of the supply voltage. In Ferro resonant circuits connected to a voltage source with low internal resistance, with a certain combination of parameters, oscillations are excited at the fundamental frequency, the initial phase of which has a shift relative to the initial phase of the applied voltage.

Ключевые слова: вольтодобавочных стабилизаторов напряжения, качества электрической энергии.

Keywords: regulating booster voltage stabilizers, quality of electrical energy.

Электроэнергия, как особый вид продукции, обладает определенными характеристиками, которые позволяют судить о ее пригодности в различных производственных процессах.

Совокупность характеристик, при которых приемники электроэнергии способны выполнять заложенные в них функции, объединены общим понятием качество электроэнергии. Качество электроэнергии оценивается по причинённый народному хозяйству ущербу.

Качество электроэнергии, наряду с надежностью, безопасностью, является одним из обязательных требований, предъявляемых к системам электроснабжения. Качество электроэнергии характеризуется совокупностью свойств и показателей качества энергии.

Обеспечение необходимого качества электрической энергии – это проблема, которая присутствует на всех этапах существования электрической энергии, включая генерацию, передачу, распределение и потребление. Основным параметром и показателем качества электрической энергии принято считать напряжение и его качество.

Одним из причин ухудшения качества электроэнергии является, так называемые «провалы» напряжения, которые наблюдаются при коммутации мощных сталеплавильных электропечей, полупроводниковых преобразователей и т.п. Провалы напряжения могут быть как кратковременными, так и длительными, одноразовые и многоразовые за рабочую смену в предприятиях с непрерывным характером производства. Провалы напряжения приводят не только к ухудшению работы электроприемников в данных предприятиях, но и к полной остановке всего технологического процесса. Например, в прядильных цехах текстильных комбинатах, при остановке прядильного станка, для полного восстановления их работы требуется до трех часов, что приводит к большому народнохозяйственному ущербу.

Устройства, которые могли бы компенсировать провалы напряжения в питающей сети должны отвечать следующим требованиям: большую чувствительность к изменениям величины напряжения на входе данного устройства и быстродействие регулирования величины напряжения, источника питания.

Имеются большое количество работ, посвященных регулированию напряжения при помощи вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) система управления которых выполнены на базе полупроводниковых элементов.

Необходимо отметить, что данные системы имеют относительно сложную полупроводниковую схемную базу, а также в регионах, где средняя температура окружающей среды в летнее время может достигать 50⁰С и выше, малогабаритные полупроводниковые приборы начинают работать с большой погрешностью или полностью выйти из строя.

Несмотря на бурный рост в последнее время полупроводниковой техники разнообразие физических свойств и многочисленные возможности электроферромагнитных цепей и сейчас привлекают к ним внимание исследователей.

В настоящей статье рассматривается вопрос создания простых и надежных систем управления ВДТ на базе параллельного колебательного контура, последовательно соединенного с линейной индуктивностью (рис.1).

Рисунок 1. Параллельного колебательного контура

Для проведения теоретического анализа, примем следующие допущения [1-2]:

1. Потери на гистерезис, вихревые токи и активное сопротивление обмотки нелинейного ФЭ, считаются постоянными и учитываются проводимостью g, включенной параллельно ФЭ.
2. Пренебрегаем потерями в ёмкости С и индуктивностью рассеяния обмоток ФЭ.
3. Учитывается лишь основная гармоника гармонически изменяющейся величины магнитного потока.
4. Кривая магнитного потока ФЭ относится к категории симметричных характеристик, поэтому она должна быть аппроксимирована степенной функцией нечётной степени.

Кроме этого пренебрегаем потерями в сердечнике линейного дросселя, в виду их малости.

Исследование проводятся методом медленно меняющихся амплитуд. Исследуемая цепь описывается следующим дифференциальным уравнением:

где

Здесь за базисную величину магнитного потока принято амплитудное значение первой гармоники магнитного потока, определённое из условия равенства амплитудных значений токов в обмотке ФЭ и конденсатора С, соединённых параллельно, что соответствует точке пересечения вах ФЭ и конденсатора С.

Для построения ВАХ цепи и определения его амплитудно-фазовой характеристики необходимо определить зависимости и

Полученные результаты по формуле (6) имеют как положительное, так и отрицательное значение:

• отрицательное значение угла φ соответствует опережению фазы тока нагрузки, от напряжения питающей сети;
• положительное значение угла φ соответствует отставанию фазы тока нагрузки от напряжения источника питания.  

На рис.2 и рис.3 показаны зависимости соответственно φ=f(У_m) и У_m = f(Z_m) характеристики рассматриваемой схемы, построенные с использованием уравнений 20, 21, 28 и 29.

Как видно из этих рис.3 зависимость У_m = f(Z_m) имеет падающий участок (ab) где величина тока изменяется обратно пропорционально величине приложенного напряжения, ширину и угол наклона которого можно изменять за счет изменения параметров схемы. На кривой зависимости φ=f(У_m) (рис.2), так же имеется падающий участок (cd) здесь начальная фаза сдвига фаз напряжения и тока на неразветвленном участке рассматриваемой цепи изменяется обратно пропорционально величине приложенного напряжения.

Так на основании выше изложенного можно использовать данную цепь в системе управления ВДТ для плавного регулирования напряжения на нагрузке в функции напряжения источника питания [3] (см. рис.4).

Данное устройство состоит из двух частей: I – силовой части т.е. вольтодобавочного трансформатора и II – системы управления ВДТ, которая состоит из понижающего трансформатора, параллельного колебательного контура, соединенного последовательно с линейной индуктивностью, транс реактора с двумя вторичными обмотками включенный в неразветвленный участок параллельного колебательного контура.

Рисунок 4. Схема ВДТ с системой плавного регулирования в функции напряжение

Данное устройство состоит из двух частей: I – силовой части т.е. вольтодобавочного трансформатора и II – системы управления ВДТ, которая состоит из понижающего трансформатора, параллельного колебательного контура, соединенного последовательно с линейной индуктивностью, транс реактора с двумя вторичными обмотками включенный в неразветвленный участок параллельного колебательного контура. Вторичные обмотки транс реактора через диоды и сопротивления соединяются с управляющими электродами тиристоров, расположенных в плечах мостовой схемы. Необходимо отметить, что мощность системы управления ВДТ составляет не более 10 Вт.

Выводы

1. Выявлено амплитудное значение тока нагрузки в относительных единицах и угол фаз между током нагрузки и напряжением питающей сети.
2. Проведённый анализ фазовых соотношений резонансной цепи, соединенный последовательно с индуктивностью, показало, что, начальная фаза тока на неразветвленной части цепи изменяется обратно пропорционально величине приложенного напряжения и имеет широкий диапазон зависимости от изменения входного напряжения.
3. Установлены возможности получения амплитудное - фазовых соотношений заданного вида при использовании цепи для плавного управления состояниями тиристоров в функции напряжения питающей сети и создании на их основе плавно регулируемый вольтодобавочный трансформатор.

Список литературы:

1. Бессонов Л.А. Нелинейные электрические цепи. - М.: Высшая школа, 1997, с.343.
2. Расулов А.Н., Рузиназаров М.Р. Методика расчёта электроферромагнитных цепей. Научные журналы: “GLOBUS”.(42-48бет) Сант-Петербург-2016.
3. Кадыров Т.М., Алимов Х.А., Усманов Э.Г. Анализ режимов электроферромагнитных цепей приведением уравнений состояния к относительным еденицам. Узбекский журнал проблемы информатики и энергетики, №6, 2000, с.48 -51.