Характеристики елементів фільтру

Знаючи напругу основної і гармонічної частот на шинах, можна розрахувати струми і напругу конденсаторів, котушок індуктивності і опорів, а також активну, реактивну потужності і втрати.

Для того, щоб уникнути пошкодження елементів фільтра, їх необхідно розраховувати на якнайгірші умови роботи - максимальну напругу основної частоти, найбільше ефективне відхилення частоти, гармоніки струмів від різних джерел і струми можливих резонансів між фільтром і системою змінного струму.

Конденсатори.Для отримання заданої напруги і потужності конденсатори набираються з послідовно і (або) паралельно сполучених одиничних блоків. До основних характеристик конденсаторів відносять: температурний коефіцієнт ємності, питому реактивну потужність, втрати потужності, надійність і вартість.

Конденсатори з малим температурним коефіцієнтом ємності використовуються в налаштованих фільтрах, в яких необхідно уникнути пошкодження через зміни ємності конденсатора залежно від температури навколишнього середовища або від самонагріву конденсаторів. Відзначимо, що ця характеристика конденсатора не має значення для фільтрів, або силових конденсаторів.

Працюючи в режимі різких змін напруги і маючи малі втрати, конденсатори володіють дуже високою питомою реактивною потужністю. Тому необхідно всіляко уникати тривалої роботи з перенапругами, оскільки може виникнути термічне руйнування діелектрика; крім того, навіть короткочасна робота з великими перенапругами може привести до руйнуючої іонізації діелектрика.

Необхідний рівень реактивної потужності конденсатора визначається як сума реактивних потужностей на кожній з частот, на які розрахований даний конденсатор.

Котушки індуктивності.При розрахунку котушок індуктивності, які використовуються у фільтруючих схемах, необхідно пам'ятати про вплив високих частот, іншими словами, при розрахунку втрат потужності необхідно брати до уваги поверхневий ефект і втрати на гістерезис. Крім того, необхідно врахувати і вплив потоку в сталі, тобто розлад, що викликається магнітною нелінійністю. Це звичайно приводить до того, що при використанні стальних сердечників використовують малу щільність потоку. Котушки індуктивності фільтрів, навпаки, зручніше розробляти з немагнітних сердечників.

Добротність Q на переважаючій гармонічній частоті можна вибрати з урахуванням найменшої вартості фільтру. Часто її значення лежить в межах від 50 до 150. Проте зазвичай необхідні менші значення Q, отримати які можна послідовно з’єднуючи активні опори.

Потужність котушки індуктивності в основному залежить від максимального середньоквадратичного струму і від рівня ізоляції, необхідної для захисту від комутаційних перенапруг. Зазвичай R і L встановлюють на заземленій стороні налаштованого фільтра.

Вартість фільтрів

Ефективний фільтр гасить гармоніки і видає деяку реактивну потужність, втім, можливо, недостатню. Тому засоби, вкладені у фільтр, можна розділити на ті, які відносяться до генерації реактивної потужності і до власне фільтрації, хоча такий поділ логічно не виправданий.

При аналізі вартості фільтрів зазвичай роблять наступні допущення.

1. В звичайному уявленні конденсаторна батарея складається з матриці конденсаторних модулів, кожен з яких має номінальну
потужність на заданій робочій напрузі і захищений зовнішнім плавким запобіжником.

Таким чином, вартість батареї конденсаторів приблизно постійна аж до значень мінімальної матриці, що містить повні модулі. Для вищих значень відбувається додавання одного або декількох модулів в кожну послідовно сполучену групу; відповідним же чином з достатньою точністю може бути отримана вартість з розрахунку на одиницю реактивної потужності і одиницю маси. Це ускладнюється тим, що модулі можуть належати до різних класів номінальних потужностей, наприклад 50, 100, 150 квар і так далі, а вартості різних наборів конденсаторних, батарей можуть відрізнятися.

Подібні умови повинні враховуватися при точному розрахунку вартості фільтрів, але в нашому випадку ми приймаємо, що вартість конденсаторів пропорційна їх потужності.

2. Хоча вартість котушок індуктивності у фільтрах істотно
залежить від їх конструктивного виконання (наприклад, модулі з масляною ізоляцією і охолоджуванням, реактори з повітряною ізоляцією для
зовнішньої установки і так далі), проте вартості модулів різної
потужності не дуже відрізняються.

Таким чином, можна записати наступну формулу наближеної вартості, яка використовується в аналізі:

де - вартість котушки індуктивності; - постійна складова вартості; - приріст вартості котушки індуктивності на одиницю реактивної потужності; - реактивна потужність.

3. Потужність активного опору, визначена необхідною величиною Q, безумовно впливає на вартість фільтру. Проте в загальному
аналізі важко заздалегідь встановити номінальну активну провідність модуля, оскільки вона залежить від природної добротності котушки індуктивності. Тому, а також тому, що вартість опорів з повітряним охолодженням слабо залежить від вартості інших елементів модуля, вартість опору при розрахунках приймається постійною. У разі застосування модулів з масляним охолодженням вартість фільтра збільшиться, проте вона буде практично незалежна від потужності модуля.

4. При розрахунках втрат потужності активний опір котушки
індуктивності приймається незмінним на всіх частотах.

4.ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ

Лабораторна установка змонтована в навчальних лабораторії №205 і аудиторії №002. Частина установки, яка зібрана в лабораторії №205, складається з:

- панелей керування та вимірювання із мнемосхемою;

- моделей ліній електропередач, моделей навантаження, тиристорного моста постійного струму та реактора.

Панелі керування та вимірювання типу ПН-550 (рис 5.2) розміщенні в один ряд і обслуговуються з лицевої сторони. На панелях нанесена мнемосхема, змонтовані ключі керування та вимірювальні прилади, які увімкнені в модель мережі без вимірювальних трансформаторів.

Рис 4.1. Принципова схема лабораторної установки

Рис 4.2. Схема лабораторної установки

Модель ліній електропередач зібрана на стелажі, який розміщений за панелями в аудиторії №205. Кожна фаза лінії Л1 набрана з чотирьох котушок, які розміщені на окремих полицях стелажа. Параметри лінії Л1 вказані в табл. 4.1. Модель лінії електропередачі Л2 виготовлена з міді. В кожній фазі – по дві котушки. Параметри лінії Л2 вказані в табл. 4.2.

Таблиця 4.1

Параметри лінії Л1

Таблиця 4.2

Параметри лінії Л2

Параметри трансформаторів Т1 та Т2 обчислюємо з дослідів короткого замикання за формулами:

Параметри ліній Л1 та Л2 обчислюємо як середнє значення з таблиць 4.1 і 4.2:

В основу лабораторної установки покладена схема, показана на рис. 4.1.

До лінії Л2 підключене навантаження, яким є асинхронний двигун, який знаходиться в аудиторії №002 і тиристорний міст постійного струму, в колі якого увімкнене змінне активне навантаження і реактор .

За допомогою ключів управління, розміщених на панелях, виконуємо операції підключення моделей.

Про спрацювання того чи іншого ключа управління свідчать сигнальні лампи.

Навантаження моделюється активними опорами. Активне навантаження зібране у вигляді ящиків опору і ніхромових спіралей, які намотані на азбестових плитах. Плити прикріплені до металічного каркасу, вмонтованого в стінку поряд з моделлю перетворювача. Ящики опору встановлені на стелажі лінії.

Опір панелі з ніхромовими спіралями складає R_п – 22,5 Ом. Ящики опорів типу ЯСЗ мають набори:

R₁ = 11 х 3,5 = 38,5 Ом,

R₂ = 4 х 21,6 = 86,4 Ом.

Схеми з’єднань опорів показані на рис.

Перетворювальне навантаження моделюється трифазним мостовим керованим перетворювачем, що працює у випрямленому режимі. Випрямляч зібраний на шести тиристорах ТД-320 8 класу. Регулювання кута керування випрямляча дитскретно-ступінчате та пофазне з допомогою трьох ручок керування, розміщених на панельці нижче самого випрямляча. Випрямляч змонтований на рамі, яка встановлена на стіні за панелями 10-12.

У перетворювальній установці для згладжування випрямленого струму ввімкнений реактора X_d (рис. ). Реактора і навантаження постійного струму вмикаються контактором постійного струму за допомогою ключа керування на панелі № 12.

На лінії Л-2 зі сторони джерела встановлена конденсаторна батарея, під’єднана пакетним перемикачем П5 (рис. ) А зі сторони анодного трансформатора ТА до лінії під’єднуються фільтри струму 5-ої та 7-ої гармонік струму, які під’єднуються відповідно перемикачами П2 та П4 (рис).

Користуючись ключами керування панелей слід зібрати схему моделі (рис. 4.1) для проведення експериментів. На панелі №8 розташовані ключі керування джерелом живлення із змінною напругою 220 В, яке приєднують до третьої системи шин ключем 10; до цієї ж системи шин за допомогою ключа 14 на панелі №7 приєднюють нижчу напругу (220 В) трансформатора Т1; вищу напругу (400 В) трансформатора Т1 ключем 12 приєднюють до першої системи шин; ключем керування 15 на панелі №5 приєднюють початок лінії Л1, яка своїм кінцем є з’єднана з вищою напругою трансформатора Т2 (380 В) на панелі №8; нижча напруга Т2 (220 В) сполучена з початком лінії Л2, а кінець її за допомогою ключа 6 приєднюють до другої системи шин; на панелі №9 розташовані ключі керування асинхронним двигуном та тиристорним мостом постійного струму, навантаження якого регулюється ключами на панелі №10.

За допомогою цього обладнання збирається схема моделі ліній, трансформаторів і навантажень та підключається до джерела живлення

ПОРЯДОК РОБОТИ

1. Ознайомитись з лабораторною установкою;

2. Зібрати схему лабораторної установки;

3. У якості навантаження включити асинхронний двигун. За допомогою аналізатора гармонік зняти осцилограми і гістограми напруг та струмів для заданого режиму;

4. Ввімкнути в навантаження мережі тиристорний міст постійного струму. Змінюючи навантаження тиристорного перетворювача, за допомогою аналізатора гармонік зняти осцилограми і гістограми напруг та струмів для заданого режиму;

5. За даними п.4 побудувати залежність .

 

6.Для заданого режиму роботи перетворювального навантаження зняти параметри режиму:

· струми, напруги, потужності навантаження;

· струми конденсаторної батареї та фільтрів;

· струми, напруги, потужності на початку лінії при ввімкнених і вимкнених почергово фільтрах.

7.Зафіксувати осцилографом форми струмів і напруг на початку і вкінці лінії.

8.Повторити дії по пп. 6 і 7 при відімкненому перетворювачі та під’єднаному лінійному навантаженні, рівному по величині перетворювальному навантаженню.

9.Для перетворювального навантаження зняти залежності:

U₂ = f(a);

Q₂= f(a);

P₂ = f(a//

де U₂, Q₂, P₂ – параметри режиму в кінці лінії;

a - кут регулювання випрямляча.

Вище вказані залежності знімаються при незмінному випрямленому струмі випрямляча.

10.Побудувати графіки залежностей і по тих даних, які є ,провести аналіз і зробити висновки.

а) вплив нелінійного перетворювального навантаження на:

· форми струмів і напруг електропередачі;

· завантаження конденсаторної батареї;

· завантаження фільтрів.

б) вплив фільтрів на:

· режим електропередачі та форму струмів і напруг;

· завантаження конденсаторної батареї;

в) вплив кута регулювання на величину споживаної випрямлячем реактивної потужності.

 

ПОРЯДОК ВВІМКНЕННЯ УСТАНОВКИ

 

1. Ввімкнути автомат на щитку лабораторії і подати напругу на шини керування.

2. Ввімкнути пакетний перемикач панелі 11 і подати напругу на автотрансформатор.

3. З допомогою ключів керування на панелі 11 під’єднати до голубої системи шин автотрансформатор і лінію Л-2. Попередньо необхідно переконатися, що накладні перемикачі на моделі Л-1 знаходяться в положенні "Л-1".

4. З допомогою ключа керування на панелі 12 вмикається навантаження перетворювача.

 

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Порядок роботи.

2. Принципова електрична схема установки.

3. Результати вимірів і спостережень.

4. Графіки знятих залежностей.

5. Висновки по роботі.

 

ЗАВДАННЯ НА НАУКОВО-ДОСЛІДНУ РОБОТУ

 

1. По знятих формах струмів і напруг перетворювача визначити кут регулювання a і кут комутації g. Розрахувати інтегральні значення параметрів режиму (P, Q, І_ф, І_в).

2. За знятою формою фазного струму перетворювача визначити гармонійний його склад.

3. За допомогою аналізаторів гармонійного спектру визначити гармонійний склад заданих викладачем струмів і напруг. На основі отриманих даних побудувати їх форму.

4. На лабораторній установці при заданих параметрах кола випрямленого струму зняти статичні характеристики перетворювального навантаження, попередньо вибравши вимірювальну апаратуру і розробивши програму експерименту.

5. Розрахувати параметри елементів фільтру заданої викладачем гармоніки струму.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Які небажані фактори викликає перетворювальне навантаження в мережі електропостачання"

2. Від яких факторів залежить величина реактивної потужності, що споживається перетворювачем?

3. Які небажані фактори викликають вищі гармоніки в мережі електропостачання?

4. Як розрахувати коефіцієнт несинусоїдальності?

5. Нормативи допустимого рівня гармонік за ГОСТ 13109-67.

6. Які заходи приймаються для обмеження вищих гармонік в струмах і напругах мережі?

7. Принципи побудови і схеми вищих гармонік.

8. В чому суть небажаного впливу несинусоїдальної напруги на конденсаторні установки

 

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

 

1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1974.

2. Грейсук М.В. и др. Расчеты по электроснабжению промпредприятий. –М.: Энергия, 1977.

3. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. –М.: Энергия, 1973.

4. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. –М.: Энергия, 1973.

 

---

⇐ Предыдущая123456

---

Просмотров 1116

Эта страница нарушает авторские права

---