Диапазон регулирования напряжения на трансформаторе. Диапазон регулирования напряжения у однофазных автотрансформаторовРегулирование напряжения трансформаторами и автотрансформаторамиСхема положения переключателя в промежуточном положении показана на рис. 7.19,6. Трансформаторы выпускают со ступенями регулирования от 1,25 до 1,78% и диапазонами регулирования от ±10 до ±16%. Такие большие диапазоны позволяют регулировать напряжение в широких пределах, а малые ступени — устранить недостаток, связанный с дискретностью регулирования. На трехобмоточных трансформаторах устройство РПН выполняют на обмотке ВН, а на обмотке СН — устройство с ПБВ. При фиксированном ответвлении со стороны СН одновременно изменяются напряжения на выводах СН и НН, причем эти изменения согласованные, т. е. в одну сторону. Автотрансформаторы принципиально могут быть выполнены по различным схемам (рис. 7.20). Каждая из схем обладает своими особенностями регулирования, которые рассмотрим по схеме рис. 7.20, а. Запишем выражения коэффициентов трансформации при установке переключателя на среднее ответвление:
Перевод переключателя на другое ответвление будет соответствовать добавке напряжения 6U как к выводу ВН, так и к выводу СН, по причине изменения числа витков обмотки на ВН и на СН. Тогда коэффициенты трансформации окажутся равными:
При этом будут иметь место соотношения:
Отсюда следует, что на автотрансформаторах с РПН в нейтрали происходит несогласованное изменение напряжения на выводах СН и НН. Поэтому такой способ регулирования приемлем в случаях, когда нет нагрузки на стороне НН.
Рис. 7.20. Принципиальные схемы автотрансформаторов с РПН: а — в нейтрали; б — на выводе СН; в — на выводе ВН Аналогичным образом можно показать, что при выполнении РПН на выводе СН (рис. 7.20, б) и питании со стороны ВН переключение ответвлений позволяет осуществлять регулирование напряжения только на стороне СН. Автотрансформаторы с РПН на выводе ВН (рис. 7.20, в) позволяют обеспечивать регулирование аналогично трехобмоточным трансформаторам, т. е. при переключении ответвлений происходит согласованное изменение напряжений как на стороне СН, так и на стороне НН. Если автотрансформатор выполнен с РПН в нейтрали или на выводе СН, а регулировать необходимо как на СН, так и на НН, то в сочетании с автотрансформаторами применяют специальные вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ), которые включают со стороны нейтрали автотрансформатора. Принципиальная схе-
Рис. 7.21. Схема включения обмоток ВДТ (а) и однолинейная схема подстанции с ВДТ (б) ма такого ВДТ показана на рис. 7.21. Здесь последовательно с обмоткой автотрансформатора включается обмотка ВДТ 1, другая обмотка 2 которого соединена с питающим трансформатором, имеющим устройство РПН 3. Первичная обмотка 4 питающего трансформатора обычно подключается к шинам низшего напряжения подстанции. С помощью ВДТ можно создавать продольную Е', поперечную
Е" или продольно-поперечную ЭДС Е= ==е'-\-]е" (рис.
7.22). Продольная ЭДС изменяет на Рис. 7.22. Регулирование напряжения: а — продольное; б — поперечное; в — продольно-поперечное пряжение только по модулю, поперечная — по фазе, а продольно-поперечная — как по модулю, так и по фазе. Изменение напряжения по фазе используется обычно для оптимизации режимов замкнутых сетей. Если на подстанции для какого-то потребителя требуется регулировать напряжение по закону, отличному от принципов регулирования для всех остальных потребителей, то ВДТ может быть установлен только для одной линии (рис. 7.23). В этом случае его называют линейным регулятором (ЛР).
На всех понижающих подстанциях напряжением 35 кВ и выше устанавливают трансформаторы и автотрансформаторы с РПН. Мощные подстанции оснащают также ВДТ. Устройства РПН на трансформаторах — одно из основных средств регулирования напряжения в электрических сетях. 3. Регулирование напряжения изменением потоков мощности в сети. Рассмотрим этот способ регулирования напряжения, используя схему сети, приведенную на рис. 7.24. Приравнивая потерю напряжения продольной составляющей падения vunivere.ru Диапазон регулирования напряжения на трансформаторе — МегаобучалкаРазность номинальных напряжений двух крайних ответвлений обмотки трансформатора, выраженная в процентах от среднего напряжения данной обмотки Динамическая устойчивость электрической системы1 Способность электрической системы вернуться к установившемуся режиму, близкому к исходному, после больших возмущений (резких нарушений исходного установившегося режима) Динамическая характеристика нагрузки Зависимость активной или реактивной нагрузки от времени при определенных изменениях напряжения или частоты Длительность провала напряжения Интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему Доза фликера Мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени Е Емкостная проводимость линии Параметр линии, обусловленный наличием емкостей между проводами фаз и проводами фаз и землей Естественное распределение мощностей в замкнутой электрической сети Распределение мощностей по участкам сети без влияния каких-либо специальных устройств, изменяющих его З Звено электрической сети Участок в схеме замещения электрической сети, содержащий только активные и реактивные сопротивления И Идеальный трансформатор Трансформатор, в котором отсутствуют потери мощности и энергии, но обладающий коэффициентом трансформации Импульс напряжения Резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему за промежуток времени до нескольких миллисекунд Индуктивное сопротивление (линии, трансформатора) Параметр, обусловленный созданием и поддержанием магнитного поля между проводниками фаз и внутри проводников при протекании по ним переменного тока Интегральные показатели качества напряжения Обобщенные показатели, характеризующие качество напряжения за определенный период времени К Капитальные затраты Единовременные финансовые вложения, необходимые для сооружения элемента электрической системы Категория потребителя электрической энергии Условное разделение потребителей электрической энергии в зависимости от требований к надежности их электроснабжения Колебания напряжения Часто повторяющиеся и происходящие относительно быстро отклонения напряжения в обе стороны от среднего значения отклонения напряжения и характеризующиеся показателями качества напряжение в виде размаха изменения напряжения и дозы фликера Компенсирующее устройство Устройство, предназначенное для выработки и (или) потребления реактивной мощности в узле нагрузки энергосистемы или для изменения реактивных параметров (реактивного сопротивления, реактивной проводимости) линии электропередачи Конфигурация электрической сети Структурная связь между источниками питания и точками потребления электрической сети Корона Явление ионизации воздуха вблизи поверхности провода, возникающее на работающей линии в случае превышения напряженности электрического поля на поверхности провода некоторого критического значения, и вызывающее дополнительные потери активной мощности, окисление проводов и появление радиопомех Коэффициент временного перенапряжения2 Величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети Коэффициент выгодности автотрансформатора Показатель эффективности автотрансформатора, равный отношению его типовой мощности к номинальной Коэффициент заполнения графика нагрузки1 Отношение фактически выработанной (потребленной, отпущенной) электрической энергии к той энергии, которая могла быть выработана (потреблена, отпущена) за рассматриваемый период при наибольшей мощности Коэффициент затухания Показатель, характеризующий затухание модуля напряжения или тока на единицу длины при распространении электромагнитной волны вдоль линии Коэффициент изменения фазы волны Показатель, характеризующий поворот вектора напряжения или тока на единицу длины при распространении электромагнитной волны вдоль линии Коэффициент неравномерности графика нагрузки1 Отношение наименьшего значения мощности к наибольшему за рассматриваемый период времени Коэффициент полезного действия линии экономический Значение коэффициента полезного действия линии, соответствующее минимальной стоимости передачи электроэнергии Коэффициент попадания в максимум1 Отношение значения нагрузки потребителя в момент максимума нагрузки системы к наибольшему значению данной нагрузки megaobuchalka.ru Управление скоростью вращения однофазных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В. Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки - рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.
Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:
В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.
Способы регулирования Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток. Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:
Регулирование напряжениемРегулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя - разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором: S=(n1-n2)/n2 n1 - скорость вращения магнитного поля n2 - скорость вращения ротора При этом обязательно выделяется энергия скольжения - из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя. Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз - то есть, снижением питающего напряжения. При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности. Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой. На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.
Автотрансформаторное регулирование напряжения
Автотрансформатор - это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки. На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1. Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.
Тиристорный регулятор оборотов двигателя
В данной схеме используются ключи - два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.
Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно "отрезается" кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.
Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения. Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки - ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры). Ещё один способ регулирования - пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно - шумы и рывки при работе. Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:
Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.
Транзисторный регулятор напряжения
Как называет его сам производитель - электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.
Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы - полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).
Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.
Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения. Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы - диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.
Частотное регулированиеЕщё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина - не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей. Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие - массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты. На данный момент частотное преобразование - основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель. Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями. Однофазные двигатели могут управляться:
Преобразователи для однофазных двигателей
В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей - INVERTEK DRIVES. Это модель Optidrive E2 Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы. При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока: Xc=1/2πfC f - частота тока С - ёмкость конденсатора В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:
Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя - в некоторых моделях это сделать довольно сложно.
Использование ЧП для трёхфазных двигателей
Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:
Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:
Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого - магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°. В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление. При работе без конденсатора это приведёт к:
Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна
masterxoloda.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
Преимущества данной схемы:
Недостатки:
