4–1 Тиристорные устройства: Управляемые выпрямители, преобразователи переменного напряжения в переменное одной частоты. Схемы, принцип работы, область применения, достоинства и недостатки
Регулирование в источниках вторичного электропитания
Величину выпрямленного напряжения в ряде случаев нужно изменять. Такая необходимость может возникнуть при включении мощных двигателей, накала генераторных ламп, для уменьшения бросков тока при включении. При исследовании работы РЭА, приборов, например, при снятии ВАХ также требуется регулируемое напряжение.
Регулирование выпрямленного напряжения можно осуществлять на стороне переменного тока (входе), на стороне постоянного тока (выходе) и в самом выпрямителе применением регулируемых вентилей.
В качестве регуляторов напряжения на стороне переменного тока применяются:
регулируемые трансформаторы или автотрансформаторы.
регулирующие дроссели (магнитные усилители).
В регулируемом трансформаторе или автотрансформаторе первичная или вторичная обмотка выполняются с несколькими выводами. С помощью переключателя изменяется число витков обмотки и, следовательно выходное напряжение трансформатора или автотрансформатора. При коммутации обмоток часть витков может оказаться замкнутой накоротко движком переключателя, что приведет к созданию в замкнутых витках чрезмерно больших токов и к выходу трансформатора из строя. Поэтому такую коммутацию рекомендуется производить после отключения трансформатора из сети. Это является большим недостатком. В ЛАТРах угольная щетка выполняется в виде ролика так, чтобы она могла перекрывать не более двух проводников, то есть чтобы не более одного витка замыкалось щеткой накоротко.
Регулирующий дроссель (или магнитный усилитель) включается на входе выпрямителя. Если обмотки переменного тока магнитного усилителя включить последовательно с нагрузкой и изменить ток в обмотке управления, то будет изменяться индуктивное сопротивление обмоток дросселя и падение напряжения на этих обмотках. Следовательно, будет изменяться. При увеличении , уменьшается , уменьшается , уменьшается и растет .
Недостатки: большая масса, габариты, значительная потребляемая реактивная мощность, то есть низкий , инерционность (большое время срабатывания).
Достоинства: простота, надежность.
Регулирование напряжения на стороне постоянного тока осуществляется переменными резисторами, включенными как делитель напряжения или реостат. Общим недостатком таких регуляторов является снижение К.П.Д., так как в них выделяется часть преобразуемой энергии.
Применение тиристоров для регулирования напряжения
В управляемых выпрямителях используются управляемые вентили – тиристоры. Регулирование осуществляется за счет задержки момента прохождения тока через вентиль по отношению к моменту его собственного отпирания. Так, например, в двухполупериодном выпрямителе при замене неуправляемых вентилей на управляемые и подаче на УЭ положительных управляющих импульсов напряжение на нагрузке изменится:
Постоянное напряжение уменьшится. Угол задержки включения называется углом управления . При увеличении уменьшается.
Для четкого момента включения: 1) управляющий импульс должен быть синхронизирован с частотой сети и иметь крутой передний фронт (скорость нарастания 20–30 В/мкс). 2) амплитуда и длительность управляющего импульса должны быть достаточными для надежного открывания, но амплитуда не должна превышать . Регулирование напряжения осуществляется путем изменения фазы управляющего импульса относительно фазы . Структурная схема управления вентилями:
ФУ – фазосдвигающее устройство, обеспечивающее регулировку фазы управляющего импульса УИ. Основным элементом является реактивный элемент дросселя или, например, емкость конденсатора.
Фазовращатель:
При изменении тока подмагничивания дросселя его индуктивность меняется и меняется угол . неизменно по величине.
ФУ может быть выполнено с емкостью:
ФИ – формирователь импульсов, формирующий и усиливающий управляющие импульсы, это может быть просто дифференцирующая цепочка.
В фазовращателе вертикального управления происходит сравнение постоянного напряжения (управляющего) с напряжением, линейно изменяющимся во времени и синхронизированном с .
В момент равенства сравниваемых напряжений формируется управляющий импульс. При изменении величины меняется фаза формируемого импульса относительно .
Многие тиристорные регуляторы мощности используют принцип фазового управления. Принцип работы таких регуляторов основан на изменении момента включения тиристора относительно перехода сетевого напряжения через ноль. На рисунке 1 черным цветом показано сетевое напряжение, а красным цветом – напряжение на нагрузке, подключенной к регулятору с фазовым управлением.
4–2 Синхронный компенсатор: назначение, принцип работы. Общая информация
Понимание того, насколько важно качество электроэнергии (соотношение ее активной и реактивной составляющих – коэффициент мощности), постоянно растет, и вместе с ним будет расти и применение компенсации коэффициента мощности (ККМ). Улучшение качества электроэнергии путем увеличения ее коэффициента мощности уменьшает расходы и гарантирует быстрое возвращение затраченных капиталов. В распределении мощности в сетях с малым и средним напряжением ККМ уделяет основное внимание соотношению активной и реактивной составляющих мощности (cosφ) и оптимизации стабильности напряжения, путем генерации реактивной мощности с целью увеличения качества и стабильности напряжения на распределительном уровне.
Компенсатор синхронный, синхронный электродвигатель, работающий без активной нагрузки, предназначенный для улучшения коэффициента мощности (cos) и регулирования напряжения в линиях электропередачи и в электрических сетях (см. Компенсирующие устройства). В зависимости от изменений величины и характера нагрузки (индуктивная или емкостная) электрической сети меняется напряжение у потребителя (на приемных концах линии электропередачи). Если нагрузка электрической сети велика и носит индуктивный характер, к сети подключают К. с., работающий в перевозбужденном режиме, что эквивалентно подключению емкостной нагрузки. При передаче электроэнергии по линии большой протяженности с малой нагрузкой на режим работы сети заметно влияет распределенная емкость в линии. В этом случае для компенсации емкостного тока в сети к линии подключают К. с., работающий в недовозбужденном режиме. Постоянство напряжения в линии поддерживается регулированием тока возбуждения от напряжения регулятора. Пуск К. с. осуществляется также, как и обычных синхронных двигателей; сила пускового тока К. с. составляет 30–100% его номинального значения. К. с. изготовляют мощностью до 100 ква и более; мощные К. с. имеют водородное или водяное охлаждение. Применяются главным образом на электрических подстанциях.
Синхронные компенсаторы серий КС и КСВ предназначаются для работы в качестве генераторов реактивной мощности и служат для улучшения коэффициента мощности сети и регулирования ее напряжения. Синхронные компенсаторы серии КС выполняются закрытыми с косвенным воздушным охлаждением и предназначаются для установки в закрытом помещении. Их вентиляция осуществляется по замкнутому циклу с охлаждением воздуха в водяных охладителях, расположенных в фундаментной яме. Компенсаторы серии КСВ имеют закрытое исполнение и охлаждаются водородом при избыточном давлении 0,1 МПа в КСВ-50 и 0,2 МПа в КСВ-100 и КСВ-160. Водород охлаждается в охладителях, размещенных в торцевых частях статора. Асинхронный пуск компенсаторов осуществляется при пониженном с помощью реактора напряжении (до 40% для КСВ-100 и КСВ-160 и до 50% для всех остальных компенсаторов).
На базе компенсаторов серии КСВ в настоящее время разработаны компенсаторы типов КСВБ и КСВБО, возбуждаемые от бесщеточных возбудителей, пристроенных с торцов компенсаторов. Компенсаторы типа КСВ»: имеют реверсивное возбуждение (положительное и отрицательное). Положительное возбуждение осуществляется, как и для компенсатора КСВБ, от будителя ВБД160–830У1, отрицательное – от возбудителя ВБДО160–145У1, который питает допол – нительную обмотку возбуждения, расположенную на полюсах ротора компенсатора.
Генерация реактивной мощности
Любое электрооборудование, использующее магнитные поля (двигатели, дроссели, трансформаторы, оборудование индукционного нагрева, генераторы для дуговой сварки) подвержено определенному запаздыванию при изменении тока, которое называется индуктивностью. Это запаздывание электрооборудования сохраняет направление тока на определенное время, не смотря на то, что отрицательное напряжение пытается его переменить. Пока этот фазовый сдвиг сохраняется, ток и напряжение имеют противоположные знаки. Производящаяся все это время отрицательная мощность отдается обратно в сеть. Когда ток и напряжение по знаку снова уравниваются, необходима такая же энергия, чтобы восстановить магнитные поля индукционного оборудования. Эта магнитная реверсионная энергия называется реактивной мощностью. В сетях с напряжением переменного тока (50/60 Hz) такой процесс повторяется 50–60 раз в секунду. Очевидным выходом из данной ситуации является накопление реверсионной магнитной энергии в конденсаторах с целью освобождения сети (линии питания).
Именно поэтому автоматические системы компенсации реактивной мощности (расстроенные / стандартные) устанавливаются на мощную нагрузку, например, на заводах. Такие системы состоят из нескольких конденсаторных блоков, которые могут быть подключены и отключены по мере надобности, и управляются контролером ККМ на основании данных трансформатора тока.
Низкий коэффициент мощности (cosφ)
Низкий cosφ приводит к
· повышению затрат и потребления энергии,
· уменьшению мощности, передающейся по сети,
· потерям мощности в сети
· повышению потерь трансформатора
· повышенному падению напряжения в распределенных сетях питания
Увеличение коэффициента мощности
Увеличение коэффициента мощности может быть достигнуто путем
· компенсации реактивной мощности конденсаторами
· активной компенсации – использование полупроводников
· перевозбуждением синхронных машин (двигатель / генератор)
Типы ККМ (расстроенный или стандартный)
· индивидуальная или фиксированная компенсация (каждый источник реактивной мощности компенсируется индивидуально)
· групповая компенсация (источники реактивной мощности объединены в группу и компенсируются как одно целое)
· центральная или автоматическая компенсация (централизованной системой ККМ)
· смешанная компенсация
В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8–12% от объема производства. Для уменьшения этих потерь необходимо: правильно определять электрические нагрузки; рационально передавать и распределять электрическую энергию; обеспечивать необходимую степень надежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечивать электромагнитную совместимость приемника с сетью; экономить электроэнергию. Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это – создание быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улучшающей качество; сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузки трансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов к нагрузкам, использование экономичного оборудования и оптимизация его режимов работы, а также использование автоматических систем управления электроснабжением. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Вспомогательный параметр – реактивная мощность. Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях. Реактивную мощность потребляют такие элементы питающей сети как трансформаторы электростанций; главные понизительные электростанции, линии электропередач – на это приходится 42% реактивной мощности генератора, из них 22% на повышающие трансформаторы; 6,5% на линии электропередач районной системы; 12,5% на понижающие трансформаторы. Основные же потребители реактивной мощности – асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами; электрические печи 8%; преобразователи 10%; трансформаторы всех ступеней трансформации 35%; линии электропередач 7%. Говоря иначе, существуют приемники электроэнергии, нуждающиеся в реактивной мощности. Одной реактивной мощности, выдаваемой генератором явно недостаточно. Увеличивать реактивную мощность, выдаваемую генератором нецелесообразно из-за вышеперечисленных причин, т.е. нужно выдавать реактивную мощность именно там, где она больше всего нужна.
4–3 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения: назначение, устройство, виды, предъявляемые требования
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА электрических систем – совокупность устройств (или отдельное устройство), содержащая 1 или несколько реле и способная реагировать на нарушения нормального режима работы (напр., при коротком замыкании, перенапряжении) различных элементов электрической системы, автоматически выявлять их и давать команду на отключение поврежденного участка или какие-либо другие переключения в электрической системе.
Измерительная часть включает: измерительные органы и пусковые органы. Непрерывно контролирует состояние защищаемого объекта и определяет условие срабатывания в соответствии со значениями входящих величин. включает: логический орган. Данная часть формирует управляющее воздействие в зависимости от комбинаций и последующих поступлений от сигналов измерительной части
Сигнальный орган формирует сигнал о срабатывании защиты, как в целом, так и отдельных ступеней.
Современные крупные промышленные предприятия представляют собой комплекс ряда технологических, энергетических, транспортных, информационных и других систем с непрерывным режимом работы, характеризуются сложностью структуры и взаимосвязей между ними.
Технически грамотное применение и управление электрооборудованием позволяет максимально реализовать технологические возможности используемого оборудования, повысить его экономическую эффективность и обеспечить безопасность условий труда.
Цифровые устройства релейной защиты благодаря функциям диагностики выявляют повреждения или анормальные режимы работы электротехнического оборудования на ранней стадии его развития. Вместе с тем, в нормальных рабочих условиях, данные получаемые от устройств защиты могут быть использованы для оптимизации работы оборудования и повышения производительности предприятия в целом.
Внедряя современные средства защиты в общую систему автоматизации, управление электротехническим объектами может быть улучшено, а нежелательные внеплановые простои сокращены. Все это приводит к быстрой окупаемости устройств релейной защиты и диагностики, делая их ценным компонентом системы автоматизации предприятия.
Использование современной элементной базы высокой степени интеграции позволит повысить аппаратную надежность самих устройств защиты и диагностики, которая должна быть не ниже, чем надежность защищаемого оборудования.
n доступа к информации о состоянии и параметрах режима смежных элементов;
n возможности модернизации системы без изменения элементной базы путем введения новых алгоритмов;
n использования оборудования программно-, аппаратно- и конструктивно совместимого с локальной вычислительной сетью и другими автоматизированными системами;
n придания дополнительных свойств информативного характера, заключающихся в возможности индикации текущих значений контролируемых параметров и их фиксации в момент превышения заданных уставок.
Анализируя роль, которую занимают устройства защиты в системе производства продукции, необходимо рассматривать как процессы управления предприятием, так и требованиями к самому электрооборудованию. Эти требования должны исходить как от разработчиков электротехнического оборудования, релейной защиты, так и от людей занятых в автоматизации процессов производства предприятия.
Повышение требований в отношении надежности определяется поточностью технологического процесса. Выход из строя одного из звеньев технологической цепи приводит к ее остановке, к снижению производительности и качества продукции. Каждая остановка вызывает нарушение технологического процесса. Восстановление нормального режима после пуска во многих случаях требует довольно продолжительного времени. Кроме того, всякие нарушения технологического процесса, вызывающие колебание качества получаемых продуктов, отрицательно сказываются на последующих процессах, в которых они используются.
В современной экономике, предприятия должны производить качественную продукцию на приемлемом уровне затрат. Затраты, таким образом, можно разбить на следующие составляющие:
n инвестиционные;
n восстановительные и ремонтные;
n операционные;
n потери продукции при простоях;
Существует возможность минимизации перечисленных затрат при верном выборе и применении защитных средств электротехнического оборудования. Четкое управление агрегатом, механизмом совместно с устройством защиты приводит к решению использования менее мощного оборудования без чрезмерного запаса по мощности. Это позволяет снизить инвестиционные затраты, затраты на потребление электроэнергии, поскольку электродвигатель, линии питания и т.д. будут работать с большей эффективностью.
Страницы: 1, 2
