Введение к работе
Актуальность темы. Внедрение современных технологий во все отрасли народного хозяйства и наличие сетей с дефицитом мощности наряду с повышением требований к качеству напряжения питания для многих электрических и радиотехнических устройств, систем автоматики, приводят к необходимости широкого использования стабилизаторов сетевого напряжения мощностью 6,3-100 кВА.
Расширение круга потребителей, предъявляющих новые повышенные требования к качеству электропитания, наряду с отстающей модернизацией силовых сетей обусловливает непрерывное совершенствование схем и конструкции устройств регулирования и стабилизации напряжения.
Данная работа посвящена теоретическому исследованию электромагнитных процессов в трехфазных трансформаторно-полупроводншсовых регуляторах-стабилизаторах напряжения (ТПСН) с однократным регулировочным коммутационным циклом в пределах полу-периода первичного напряжения. Исполнительным органом ТПСН является автотрансформатор с двумя разнополярными первичными обмотками, переключаемыми транзисторно-ёмкостными коммутаторами
Структура такого регулятора, определившаяся в процессе разработки трансформаторно-полупроводниковых регуляторов напряжения, предназначенных для замены серийно выпускаемых регуляторов -стабилизаторов напряжения СТНП, до настоящего времени не имела достаточно полного аналитического описания, позволяющего достаточно точно исследовать и рассчитывать характеристики процесса регулирования.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование однофазных и трехфазных стабилизаторов напряжения с регулированием за счет изменения в пределах полупериода первичного напряжения момента переключения транзисторно-емкостными коммутаторами разно-полярных первичных обмоток и сглаживания ступенчатой реакции вторичного напряжения емкостными фильтрами.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
анализ существующих схемных решений трансформаторно-полупроводниковых устройств для регулирования напряжения;
выявление особенностей электромагнитных процессов, обусловленные характером динамики изменения угла фазового регулирования коэффициента трансформации;
разработка математической модели регулятора для исследования квазиустановившихся и переходных электромагнитных процессов в авто-
трансформаторном регуляторе ТПСН и получение точного аналитического описания динамических процессов;
теоретические и экспериментальные исследования электромагнитных процессов, позволяющие получить основные соотношения для параметров и характеристик регулятора;
разработка алгоритма рациональной организации процесса регулирования, обеспечивающего надежную и устойчивую работу элементов стабилизатора и его схемная реализация;
выполнены всесторонние экспериментальные исследования разработанной системы регулирования и стабилизации напряжения на однофазном модуле мощностью 6,3 кВА и трехфазном стабилизаторе напряжения мощностью 100 кВА с напряжением 380/220 В.
Методы исследований. В качестве основного метода анализа процессов в контурах регулировочных ответвлений силового трансформатора был использован метод реальной кривой, обеспечивающий удобное припасовывание решений соответствующих дифференциальных уравнений для интервалов постоянства структуры регулятора. Для рационализации численного анализа переходных процессов системы уравнений для электрических контуров и магнитных цепей записаны в матричной форме, и математическая модель построена с использованием метода переменной структуры системы дифференциальных уравнений. Достоверность научных положений подтверждена экспериментальными исследованиями действующих стабилизаторов.
Научная новизна и практическая ценность работы.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований были получены следующие результаты
-впервые дано научное обоснование и выполнен синтез схемы трехфазного автотрансформаторного регулятора-стабилизатора напряжения с двумя разнополярными первичными обмотками;
-выявлены особенности электромагнитных процессов в автотрансформаторе с фазовым регулированием коэффициента трансформации за счёт переключения двух разнополярных первичных обмоток;
-проведено исследование электромагнитных процессов в новых специфичных режимах, характерных для трехфазных трансформаторно-полупроводниковых регуляторов напряжения при подключении к нейтрали питающей сети только соответствующего вывода измерительной системы,
-выполненная аналитическая формализация электромагнитных переходных характеристик плавнорегулируемого автотрансформатора с двумя разнополярными первичными обмотками, коммутируемыми транзисторно-емкостными ключами, впервые органически объединена с математическим описанием многоконтурной системы автоматического регули-
рования, соответствующей трехфазной структуре сетевого стабилизатора напряжения с пофазными емкостными сглаживающими фильтрами;
-разработаны рекомендации по рациональному выбору параметров силовых электромагнитных элементов данной системы фазового регулирования коэффициента трансформации;
-выполненное впервые исследование динамических характеристик
разработанных эксплуатационных схем трансформаторно-
полупроводниковых стабилизаторов напряжения позволило получить рекомендации по выбору параметров схем управления стабилизаторами с целью получения максимального быстродействия при заданной точности регулирования.
Практическая ценность результатов исследований состоит в теоретическом обосновании и реализации более современных систем плавного бесконтактного регулирования-стабилизации напряжения трансформаторов, используемых в качестве универсальных трехфазных стабилизаторов напряжения.
Ня зяттрпу вносятся следующие положения:
1. Построение общей структурной схемы трансформаторно-полуироводникового стабилизатора напряжения с плавным фазовым регулированием коэффициента трансформации, реализуемом при изменении в пределах полупериода первичного напряжения момента переключения транзисторно-емкостными коммутаторами разнополярных первичных обмоток основного силового автотрансформатора
2.Математическая модель переходного процесса с учетом специфичной нелинейности как динамических звеньев системы стабилизации, так и электромагнитных параметров контуров регулирования.
-
Методика расчета электромагнитных переходных и динамических процессов для исследуемого стабилизатора
-
Рекомендации по выбору расчетных и конструктивных параметров силового автотрансформатора и схемы управления.
У^ЧЮЪШР результатов работы. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований использованы при проектировании опьггао-промышленных образцов ТПСН-100.
Публикаттид По результатам разработок и исследований опубликовано 3 печатных работы.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований. Она содержит 125 страниц машинописного текста, 61 рисунок.
