Электромагнитные преобразователи тока для управления источниками реактивной мощности

В настоящее время обеспечение бесперебойной работы электрооборудования требует большого внимания к совершенствованию первичных элементов преобразования сигнала о работе источников и потребителей систем электроснабжения.

При обеспечении бесперебойного электроснаб­жения особое внимание уделяется первичным информационно-измерительным средствам алгоритмов и программного обеспечения, моделей управления источниками реактивной мощности электроснабжения, связанных с величинами и параметрами стабильности, устойчивости, достоверности контроля и управления. Проблема разработки и внедрение преобразователей сигнала – датчиков процесса управления источниками систем электроснабжения на основе цифровой технологии – считается одной из важных задач.

Аназиз показал, что исследование первичных элементов системы управления источниками реактивной мощности позволяет увеличить возможности разработки новых конструкций на основе цифровой технологии. Применение специальных чувствительных элементов обеспе­чивает унифицированные значения и выходного тока (100 мА), и напряжения (20 В), создает условия для использования цифровой техники контроля, защиты и управления источниками реактивной мощности [1-3].  

Преобразование первичного электрического тока – основная величина электроснабжения, в основном на основе электромагнитных явлений, поэтому в настоящее время весьма оптимальными являются электромагнитные преобразователи сигнала о первичном токе в выходной сигнал в виде вторичного напряжения для контроля и управления [4; 5].

Широкое применение первичных электромагнитных преобразователей тока с высокой точностью, линейностью выходных характеристик, унифицированными выходными величинами, расширенными спектрами преобразуемых величин ограничено из-за недостаточного формирования принципов построения, методов расчета и проектирования распределенных магнитных систем преобразователей тока [4; 5; 8].

Результаты исследования показали, что электромагнитные первичные преобразователи с распределенными магнитными параметрами при управлении реактивными источниками электроснабжения полностью соответствуют требованиям по критерию чувствительности, оперативности, надежности и точности. Графовая модель процесса преобразования магнитного потока в магнитопроводе с распределенными параметрами представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Графовая модель процесса преобразования

На основе графовой модели можно исследовать Ф_МУ-, Ф_µ11-, Ф_µ21-, Ф_Х.О-, Ф_g1- магнитные потоки, проходящие между магнитным стержнем и воздушным зазором, U_µ10-U_µ1n-U_µ20-U_µ2n-магнитодвижущие силы, G_µ1-G_µ6-магнитные проводимости воздушного зазора, R_µ11,-R_µ21-магнитные сопротивления верхней и нижней частей стержней магнитопровода.

Графовая модель магнитной цепи преобразования первичного электромагнитного преобразователя позволяет определить значения магнитодвижущих сил в узлах графовой модели, представляющих следующие аналитические выражения [7]:

                                         (1)

Магнитные потоки в каждом из участков преобразования определяются на основе следующего выражения:

                                                                                    (2)

На основе выражений (1) и (2) определяется взаимосвязь магнитодвижущей силы первичного электромагнитного преобразователя U_µ=f(n) (a) и магнитного потока Ф_µ=f(n) (б) в зависимости от количества участков разбиения цепи преобразования – n (рис. 2).

Рисунок 2. Графики зависимости магнитодвижущей силы (а) и изменения магнитного потока (б) в зависимости от количества участков разбиения цепи преобразования – n

Как видно из графиков зависимости магнитодвижущей силы (а) и изменения магнитного потока (б) в зависимости от количества участков разбиения цепи преобразования – n, с изменением геометрических размеров – параметров датчика (1 – 50 мм, 2 – 40 мм, 3 – 30 мм, 4 – 20 мм) изменяются величины магнитодвижущих сил и значения магнитных потоков. Кроме того, когда количество участков разбиения графовой модели n = 6, точность расчета магнитного потока электромагнитного преобразователя с распределенными параметрами повышается на 0,68-1,55% [4].

Исследования показали, что при увеличении воздушного зазора магнитопровода l_в.з значение выходного напряжения U_эвых резко уменьшается (рис. 3). В результате исследования доказано, что если воздушный зазор чувствительного элемента и количество витков в нем соответственно равны: l_ч.э=0,002 ¸ 0,003 м и w_ч.в=15 ¸ 16, то обеспечивается нормированное значение выходного напряжения U_н=20 В (рис. 4).

Среднеквадратическая погрешность электромаг­нитного преобразователя с распределенными параметрами определяется на основе: 1. I_Э1→U_µ – погрешность преобразования, т. е. δ₁=0,2 (±0,2% – от первичного номинального значения); 2. U_µ →Ф_µ, т.е. δ₂=0,1 и 3. Ф_µ → U_э2, т. е. δ₃=0,1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Применение модели с распределенными параметрами повысило точность расчета сигнала управления на 0,68-1,55% при адаптивном управлении гибридными источниками реактивной мощности.

2. Проведенные на основе графовой модели эксперименты обеспечили унифицированное значение выходного сигнала (ток – 100 мА, напряжение – 100 В) при установке величины воздушного зазора магнитопровода, равного 0,002-0,003 м, и витков чувствительного элемента, равного 15-16 виткам.

3. Устойчивое значение выходного сигнала управления относительно входного сигнала достигнуто в интервале времени 0,03-0,04 сек. после включения первичного электромагнитного преобразователя тока во вторичное напряжение (по стандартным требованиям данное время не должно превышать 0,1 сек.). При этом суммарная погрешность датчика составила D=0,49 (данная погрешность должна быть D<0,5).