Исследование устройства симметрирования напряжений

В статье приведены результаты двухфакторного эксперимента    с    лабораторной    моделью    устройства симметрирования напряжений и выводы по ним

Results of experiment with two factors with laboratory model of a device of balancing of voltages are given in article and conclusions on them

Для решения проблемы несимметрии напряжений в сельских электрических сетях на кафедре «Механизация животноводства и применение электрической энергии в сельском хозяйстве» ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА» разрабатывается устройство симметрирования напряжений (УСН). На УСН оформляется патент на изобретение (заявка № 2013133563 от 18.07.13). К сегодняшнему моменту успешно пройдена формальная экспертиза и ожидается результат экспертизы по существу.

В результате первичного эксперимента с лабораторной моделью устройства симметрирования было установлено, что она устраняет составляющие напряжения нулевой последовательности не полностью, причем значение напряжения нулевой последовательности на выходе устройства находится в прямой пропорциональной зависимости от его значения на входе. То есть имеет место лишь снижение в несколько раз величины составляющих напряжения нулевой последовательности.

Особый интерес представляет исследование зависимости величины напряжения U 0вых нулевой последовательности на выходе лабораторной модели от величины напряжения U 0вх нулевой последовательности на его входе и от величины активной мощности P н подключенной к выходу УСН симметричной трехфазной нагрузки.

Для этого предлагается изменять от минимума до максимума величину симметричной трехфазной активной нагрузки на выходе УСН для каждого значения напряжения нулевой последовательности на входе УСН, и регистрировать величины напряжения нулевой последовательности на входе и выходе устройства и величину активной мощности на выходе. Чтобы ввести во входное трехфазное напряжение составляющие нулевой последовательности, можно использовать несимметричную трехфазную нагрузку с включенным до этой нагрузки в разрыв нулевого провода мощным регулируемым сопротивлением (реостатом) [2]. Путем регулирования сопротивления включенного в нулевой провод реостата можно задавать различные значения напряжения нулевой последовательности. В результате эксперимента получатся зависимости напряжения нулевой последовательности на выходе УСН от величины активной мощности на выходе УСН при различных напряжениях нулевой последовательности на входе УСН. Для получения достоверного результата на каждом этапе измерений замеры величин будут производиться 10 раз в течение 10 секунд с вычислением их среднего арифметического значения.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема экспериментальной установки, на рисунке 2 – графики зависимости среднего значения U 0вых от среднего значения P н при различных значениях U_0вх. Фиксирование значений замеряемых величин производится посредством измерительных преобразователей ЭНИП-2, данные измерений от которых направляются на ЭВМ в режиме реального времени. Симметричная трехфазная активная нагрузка для УСН имеет предел регулирования от 72 Вт до 1224 Вт. Полная проходная мощность УСН – 0,75 кВА. Трехфазная несимметричная нагрузка для сети формируется из электронагревателя R1 мощностью 1 кВт, включенного в одну фазу, и бесконечно больших сопротивлений (разрывы цепи), включенных в остальные две фазы. Реостат R2 имеет предел регулировки от 0 до 200 Ом.

Рисунок 1 – Принципиальная схема экспериментальной установки

Рисунок 2 – Экспериментальные кривые

Экспериментальные зависимости U0вых=f(Pн) построены для трех значений составляющих напряжения нулевой последовательности U0вх: 25,95 вольт, 125,27 вольт и 237,69 вольт.

Получившиеся результаты с привлечением принципиальной схемы устройства симметрирования напряжений (рисунок 3) можно объяснить из следующих закономерностей. Во-первых, это наличие на выходе УСН вышеупомянутой остаточной несимметрии напряжений, небольшой по сравнению с входной несимметрией, причем она как бы перевернута (инвертирована) по отношению ко входной несимметрии, то есть на той фазе, где было более высокое напряжение, теперь более низкое, а на той, где было более низкое, теперь более высокое. Во-вторых, с увеличением мощности на выходе УСН, увеличивается пропорционально потеря напряжения на вторичных обмотках трансформаторов, что сказывается на уменьшении по абсолютной величине составляющих напряжения нулевой последовательности, а значит, и на уменьшении несимметрии напряжения по нулевой последовательности. В-третьих, остаточная несимметрия напряжения на выходе УСН вызывает несимметрию потребления мощности симметричной активной нагрузкой, что с учетом вышеуказанной инверсии несиметрии напряжений способствует увеличению несимметрии напряжений пропорционально увеличению мощности нагрузки УСН. В-четвертых, имеет место несимметрия потребления мощности трансформаторами, входящими в состав УСН: трансформатор, подключенный по схеме к фазе с меньшим напряжением, потребляет меньше мощности, чем трансформатор подключенный к фазе с большим напряжением, - это, наоборот, способствует уменьшению несимметрии напряжения. Поэтому кривая при и0вх=25,95 В вначале идет вниз из-за действия второй закономерности, но затем идет на увеличение из-за все большего преобладания третьей закономерности; кривые при и0вх=125,27 В и при и0вх=237,69 В вначале возрастают по величине под влиянием третьей закономерности, а затем идут на снижение под влиянием второй и четвертой закономерностей. Причем надо отметить, что снижение несимметрии напряжений из -за потери напряжения на вторичных обмотках является приемлемым фактом до тех пор, пока значения величин фазных напряжений на выходе УСН соответствуют ГОСТ 13109-97 по уровню напряжения.

Рисунок 3 - Принципиальная схема УСН