Содержание к диссертации
Введение
1. Устройства для распределения реактивных нагрузок между генераторами судовых электростанций 12
1.1. Способы распределения реактивных нагрузок 12
1.2. Распределение реактивных нагрузок синхронных генераторов с неуправляемыми системами прямого амплитудно-фазового компаундирования 15
1.3. Распределение реактивных нагрузок синхронных генераторов с помощью устройства токовой стабилизации 19
1.4. Устройство токовой стабилизации, обеспечивающее астатическую внешнюю характеристику синхронного генератора при номинальном коэффициенте мощности 24
1.5. Устройство токовой стабилизации, реагирующее на отклонение реактивного тока 31
1.6. Устройство токовой стабилизации с электромагнитным суммированием 35
1.7.Устройство токовой стабилизации генераторов с тиристорной системой возбуждения фирмы «Стромберг» 38
1,8. Выводы по главе 42
2. Измерительные преобразователи переменного тока 45
2.1. Разновидности электромагнитного проявления тока 45
2.2. Сравнительная характеристика измерительных преобразователей тока с точки зрения реализации основных операций 49
2.3. Анализ измерительных преобразователей тока, применяемых для измерения больших токов 52
2.4. Трансформаторы тока 56
2.4.1. Принцип действия и основные уравнения 56
2.4.2. Схемы замещения трансформаторов тока 58
2.5. Трансреакторы 63
2.5.1 .Устройство, принцип действия и схемы замещения 63
2.5.2. Обоснование конструкции дифференцирующего
индукционного преобразователя тока 66
2.6. Выводы по главе 67
3. Анализ устройств токовой стабилизации, обеспечивающих статические внешние характеристики синхронных генераторов 68
3.1. Трехфазное устройство токовой стабилизации с одним дифференцирующим индукционным преобразователем тока в каждой фазе 68
3.2. Принцип действия устройства токовой стабилизации без учета падения напряжения в дифференцирующим индукционном преобразователе тока от входного тока регулятора напряжения 69
3.3. Анализ устройства токовой стабилизации с учетом влияния падения напряжения в дифференцирующим индукционном преобразователе тока от входного тока регулятора напряжения 71
3.4. Зависимость параметров внешней характеристики синхронного генератора от частоты 74
3.5. Напряжение вторичной обмотки дифференцирующего индукционного преобразователя тока 77
3.6. Анализ однофазного устройства токовой стабилизации
с учетом влияния входного тока регулятора напряжения 81
3.7. Зависимость параметров внешней характеристики синхронного генератора от частоты при использовании устройства токовой стабилизации с двумя дифференцирующими индукционными преобразователями тока 84
3.8. Напряжения вторичных обмоток дифференцирующих индукционных преобразователей тока, включенных в фазы А и С 85
3.9. Зависимость конструктивных параметров дифференцирующего индукционного преобразователя тока с магнитным сердечником от числа витков его обмотки 94
3.10. Погрешность распределения реактивных токов 96
3.11. Выводы по главе 103
4. Анализ устройств токовой стабилизации, обеспечивающих астатические внешние характеристики синхронных генераторов 106
4.1. Трехфазные устройства токовой стабилизации, осуществляющие астатическое регулирование при номинальном коэффициенте мощности 106
4.2. Устройства токовой стабилизации с дополнительными дифференцирующими индукционными преобразователями тока 107
4.3. Устройства токовой стабилизации с дифференцирующими индукционными преобразователями тока и трехфазным трансформатором, первичная обмотка которого соединяется в звезду, а вторичная - в зигзаг 112
4.4. Устройства токовой стабилизации с дифференцирующими индукционными преобразователями тока и трехфазным трансформатором, первичная обмотка которого соединяется в зигзаг, а вторичная - в звезду 119
4.5. Однофазные устройства токовой стабилизации 127
4.5.1. Однофазные устройства токовой стабилизации с двумя дифференцирующими индукционными преобразователями тока 127
4.5.2. Однофазное устройство токовой стабилизации с одним дифференцирующим индукционным преобразователем тока 132
4.5.3. Принцип действия устройства токовой стабилизации без учета падения напряжения в дифференцирующем индукционном преобразователе тока от входного тока регулятора напряжения 133
4.5.4. Зависимость от частоты параметров внешней характеристики синхронного генератора с одним дифференцирующим индукционным преобразователем тока в фазе С 135
4.5.5. Напряжение вторичной обмотки дифференцирующего индукционного преобразователя тока 13 6
4.6. Погрешность распределения реактивных токов 139
4.7. Устройство токовой стабилизации, обеспечивающее астатические характеристики при различных коэффициентах мощности 143
4.8. Анализ устройства токовой стабилизации с учетом влияния входного тока 147
4.9. Зависимость параметров внешней характеристики ведомых и ведущего синхронных генераторов от частоты 149
4.10. Погрешности распределения реактивных токов 152
4.11. Выводы по главе 157
5. Влияние формы тока нагрузки синхронного генератора на его внешние характеристики 159
5.1. Форма тока и напряжения синхронного генератора, нагруженного вентильными преобразователями 159
5.2. Влияние формы входного сигнала на характеристики регуляторов и корректоров напряжения синхронных генераторов 177
5.3. Внешние характеристики синхронного генератора при нагрузке синусоидальными токами 179
5.3.1. Внешняя характеристика синхронного генератора для однофазного входа регулятора напряжения 179
5.3.2. Внешняя характеристика синхронного генератора для трехфазного входа регулятора напряжения 183
5.4. Внешние характеристики синхронного генератора при нагрузке прямоугольными токами 185
5.4.1. Однофазный вход регулятора напряжения 185
5.4.2. Трехфазный вход регулятора напряжения 192
5.5. Внешние характеристики синхронного генератора при нагрузке трапецеидальными токами 197
5.6. Внешние характеристики синхронного генератора, снабженного устройством токовой стабилизации с дифференцирующим индукционным преобразователем тока, при нагрузке трапецеидальными токами 209
5.7. Фильтр для подавления высших гармоник 215
5.8. Выводы по главе 232
6. Экспериментальные исследования 236
6.1. Назначение экспериментальных исследований 236
6.2. Описание лаборатории судовых электроэнергетических систем ДВГТУ 236
6.3. Конструктивные особенности, параметры и характеристики дифференцирующих индукционных преобразователей тока 238
6.4. Экспериментальные исследования устройств токовой стабилизации с дифференцирующими индукционными преобразователями тока при одиночной работе синхронного генератора на неискажающую нагрузку 240
6.5. Экспериментальные исследования работы синхронного генератора на тиристорный преобразователь 245
6.6. Распределение реактивных нагрузок при параллельной работе синхронного генератора 255
6.7. Выводы по главе 261
Заключение 263
Список использованных источников 265
- Способы распределения реактивных нагрузок
- Сравнительная характеристика измерительных преобразователей тока с точки зрения реализации основных операций
- Трехфазное устройство токовой стабилизации с одним дифференцирующим индукционным преобразователем тока в каждой фазе
- Трехфазные устройства токовой стабилизации, осуществляющие астатическое регулирование при номинальном коэффициенте мощности
Введение к работе
При совместной работе синхронных генераторов (СГ) их реактивные токи должны распределяться пропорционально номинальным мощностям, а при одинаковых номинальных мощностях - поровну. В судовых электроэнергетических системах (СЭЭС) групповое управление возбуждением СГ ещё не нашло применения, распределение реактивных токов осуществляется, чаще всего, с помощью устройств токовой стабилизации (УТС). Эти устройства обеспечивают етатизм внешней характеристики СГ по реактивному току -снижение напряжения СГ под нагрузкой пропорционально его реактивному току. Из-за нечувствительности регуляторов (или корректоров) напряжения (РН) СГ или отличия уставок напряжений холостого хода в этих регуляторах, имеется погрешность распределения реактивных токов. Эта погрешность тем меньше, чем больше етатизм внешней характеристики.
В СЭЭС потребители обычно подключаются к общим шинам главного распределительного щита непосредственно, без трансформаторов. При этом отсутствует возможность стабилизации напряжения потребителей путём автоматического регулирования коэффициента трансформации.
Допустимое отклонение напряжения на общих шинах электростанции (ЭС) не должно превосходить 2,5% от номинального значения. Поэтому снижение напряжения СГ при реактивном токе, имеющем номинальное значение, принимают небольшим, лежащим в пределах от 2% до 3% от номинального напряжения. При таком небольшом етатизме, как правило, не удаётся обеспечить допустимое отклонение реактивных токов СГ от среднего значения. Эта норма равна ± 10% от номинального тока СГ.
К 60-м годам прошлого века относятся попытки использования в СЭЭС новых УТС, которые обеспечивали астатическую внешнюю характеристику СГ при номинальном коэффициенте мощности нагрузки СГ. В таких УТС положительный етатизм по реактивному току компенсировался отрицательным етатизмом по активному току. Эти УТС не нашли широкого применения и в современных СЭЭС не используются. (Выполненные в настоящей работе исследования показали, что эти УТС распределяют токи так, что генератор, имеющий больший активный ток, перегружается и по реактивному току. А УТС с традиционными внешними характеристиками сильнее нагружают реактивным током те СГ, которые недогружены по активному току, что выглядит предпочтительнее.)
В это же время появились и до сих пор применяются с СГ отечественного производства УТС, которые могут создавать как статическую внешнюю характеристику каждого СГ и всей судовой ЭС, так и астатическое регулирование напряжения на шинах ЭС. При этом реактивные токи распределяются между СГ равномерно. Тот факт, что подобные УТС не применяются в зарубежном судостроении, свидетельствует о наличии недостатков этого способа распределения реактивных токов. Один из недостатков - это необходимость использования уравнительных соединений между цепями УТС всех СГ, находящихся в работе. Такие УТС могут обеспечивать астатическое регулирование напряжения СГ, расположенных близко друг к другу, в пределах одной ЭС (как и устройства для группового управления возбуждением СГ береговых ЭС). Другой недостаток - использование в подобных УТС так называемых трансформаторов параллельной работы, которые разделяют ток вторичной обмотки входящего в УТС трансформатора тока (ТТ) на два равных тока. Наличие этих трансформаторов вместе с резисторами, по которым проходят указанные токи, приводит к существенному увеличению габаритов и массы УТС. Тем самым усугубляется общий недостаток всех известных УТС -применение в них громоздких ТТ.
Для сокращения числа ТТ и исключения трансформатора напряжения, обеспечивающего сдвиг между напряжениями СГ и ТТ на 90, в судовых ЭС устанавливают преимущественно УТС и РН, к которым подводятся только одно линейное напряжение и один фазный ток СГ. РН, измеряющий одно из трёх линейных напряжений, обладает двумя недостатками: не учитывается несимметричность нагрузки и напряжений СГ, быстродействие таких РН ниже, чем у РН с трёхфазным входом.
Ещё один недостаток УТС традиционного исполнения относится исключительно к СЭЭС. Наблюдается неудовлетворительное распределение токов между СГ, если в их токах преобладает трапецеидальная, а не синусоидальная, составляющая. Такая ситуация возникает, когда ЭС нагружена на тиристорный преобразователь, питающий двигатель постоянного тока, соизмеримый по мощности с ЭС.
В последнее время в электротехнике наблюдается нарастающий процесс замены ТТ дифференцирующими индукционными измерительными преобразователями (ДИПТ), известными также под названиями: трансреакторы или катушки Роговского. ДИПТ отличаются от ТТ тем, что они работают в режиме холостого хода. Это отличие обеспечивает снижение их массы в сотни и тысячи раз по сравнению с массой ТТ, измеряющих такие же токи при таком же выходном напряжении.
Замена ТТ на ДИПТ, которая направлена на уменьшение указанных недостатков, не может быть произведена механически, с сохранением электрических цепей УТС. При разработке УТС с ДИПТ необходимо учитывать, что последние измеряют не сами токи, а их производные. Такая особенность ДИПТ проявляется в том, что при измерении одного и того же синусоидального тока с помощью ТТ и ДИПТ, напряжение последнего опережает выходное напряжение ТТ на 90. Кроме того, внутреннее сопротивление ДИПТ соизмеримо с входным сопротивлением РН, а сопротивление резистора, на который нагружен ТТ, пренебрежимо мало. Поэтому необходимо учитывать, что при включении ДИПТ во входную цепь РН напряжение холостого хода СГ возрастает и становится зависимым от частоты. Необходимо выбирать такие параметры ДИПТ, чтобы сделать эти отрицательные проявления практически незаметными.
Объектом данных исследований являются устройства для распределения реактивных токов между параллельно работающими СГ. Предмет исследований -способы распределения реактивных токов; анализ и синтез УТС с ТТ и ДИПТ; форма тока и напряжения и внешние характеристики СГ при нагрузке синусоидальными, прямоугольными и трапецеидальными токами; аналоговая и цифровая фильтрация напряжений СГ, ТТ и ДИПТ, искажённых высшими гармониками.
Целью диссертационной работы является разработка таких способов и устройств распределения реактивных токов между синхронными генераторами, которые путём замены входящих в эти устройства трансформаторов тока на дифференцирующие индукционные преобразователи тока обеспечивают повышение точности и снижение массогабаритных показателей этих устройств.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач.
1. Разработка способов и устройств распределения реактивной мощности (УРРМ) СГ с использованием ДИПТ: однофазных и трёхфазных УТС с разным числом ДИПТ, со статическими и астатическими (при номинальном коэффициенте мощности нагрузки) внешними характеристиками СГ;
УРРМ, реализующих новый способ распределения реактивной мощности -метод ведущего генератора.
2. Создание методик для выбора таких параметров ДИПТ, которые обеспечивают достижение минимума массы ДИПТ и практически не влияют на уставку напряжения РН при отклонении частоты СГ от номинальной.
Исследование влияния на точность УРРМ следующих факторов: зоны нечувствительности регуляторов напряжения СГ, сопротивления линий от СГ до главного распределительного щита, активной нагрузки СГ и разновидности УРРМ.
Создание методик и программ для компьютерного моделирования формы электрических величин и внешних характеристик СГ с различными УРРМ при нагрузке ЭС прямоугольными и трапецеидальными токами, потребляемыми управляемыми вентильными преобразователями. Разработка аналоговых и цифровых фильтров, улучшающих распределение трапецеидальных токов между СГ.
5. Экспериментальная проверка характеристик предлагаемых УРРМ и результатов компьютерного моделирования.
При решении поставленных задач использованы положения теоретической электротехники, теорий электроники, электрических машин, автоматики электроэнергетических систем, методы численного анализа и математической обработки результатов, аппроксимации и синтеза аналитических функций, методы цифровой обработки сигналов, а также натурные эксперименты. Математическое моделирование выполнено с помощью пакета Марк 9.5.
12 Л»
Способы распределения реактивных нагрузок
Во избежание перегрузок генераторов и их приводных двигателей при параллельной работе генераторных агрегатов отличие между относительными значениями активных и реактивных токов (в долях от номинального тока) не должно превосходить 0,11X1.
При работе нескольких генераторов на общие шины напряжения этих генераторов практически одинаковы. Распределение активных нагрузок между генераторами осуществляется воздействием на регуляторы частоты генераторов и здесь не рассматривается.
Реактивная нагрузка каждого синхронного генератора (СГ) определяется напряжением на шинах, активным током, параметрами СГ и, главное, током его возбуждения. Связь между указанными величинами характеризует векторная диаграмма. На рис. 1.1 приведена векторная диаграмма неявнополюсного СГ без учета насыщения, в которой имеются два отличия от диаграмм, представленных в /2-5/.
Упрощенная векторная диаграмма неявнополюсного СГ без учета насыщения Отсутствует малое падение напряжения в активном сопротивлении га обмотки якоря (так как в относительных единицах га - 0,002-Ю,02, то оно много меньше f синхронного индуктивного сопротивления Хс, которое равно 1,2-И ,4). Ток статора /, отстоящий от напряжения U на угол ср, разложен на две составляющие -активную 1а и реактивную 1р. Для этой диаграммы справедливо следующее выражение для ЭДС, индуктируемой в обмотке статора СГ током возбуждения, E0= (u + IpXcf+(laXc)2 , (1.1) которое показывает, что при параллельной работе одинаковых СГ с одинаковыми активными токами ЭДС EQ увеличивается с ростом реактивного тока 1р. Следовательно, равенство реактивных токов одинаковых СГ можно обеспечить выравниванием их токов возбуждения. Указанный вывод справедлив и при учете насыщения СГ, а также явнополюсных СГ, для которых применяют несколько более сложную векторную диаграмму А. Блонделя /2-5/.
Способ равномерного распределения реактивных токов СГ, основанный на выравнивании их токов возбуждения, в чистом виде не применяется из - за его достаточно сложной технической реализации. Гораздо проще по выполнению применявшийся длительное время в электрооборудовании судов способ выравнивания напряжений возбуждения СГ (у СГ с одинаковыми обмотками возбуждения при одинаковой их температуре равным токам возбуждения соответствуют равные напряжения возбуждения). Этот, первый, способ применялся для компаундированных СГ, возбуждение которых регулируется по возмущению -току нагрузки с учетом его фазы. У таких систем возбуждения отсутствовало регулирование по отклонению напряжения СГ от заданного значения. Устройства, использующие этот способ, будут рассмотрены в разделе 1.2.
У СГ, регулирование возбуждения которых осуществляется не только по возмущению, но и по отклонению (с управляемыми системами компаундирования) или только по отклонению (с тиристорными системами возбуждения) может применяться второй способ. Этот способ заключается в регулировании возбуждения СГ в функции отклонения его реактивного тока от среднего значения такого тока для всех одновременно работающих СГ. Более конкретно это способ будет рассмотрен в разделе 1.5.
Нами предложен третий способ, являющийся разновидностью второго. Этот способ заключается в регулировании возбуждения всех одновременно работающих СГ, кроме одного, ведущего, в функции отклонения их реактивных токов от реактивного тока ведущего генератора. Этот способ будет рассмотрен в главе 4.
Все три перечисленных способа требуют наличия уравнительных соединений между цепями возбуждения параллельно работающих СГ (первый способ) или входными цепями регуляторов или корректоров напряжения (второй и третий способы), что предполагает близкое территориальное расположение СГ по отношению друг к другу. От указанного недостатка свободен четвертый способ, имеющий в настоящее время наибольшее распространение как в береговых, так и судовых электроэнергетических системах.
Сравнительная характеристика измерительных преобразователей тока с точки зрения реализации основных операций
1. В устройствах токовой стабилизации (УТС), служащих для равномерного распределения реактивных нагрузок между включенными на параллельную работу источниками, чаще всего используется суммирование напряжений (последовательное суммирование), пропорциональных напряжению источника и напряжению вторичной обмотки трансформатора тока нагрузки источника. Известно также УТС с суммированием намагничивающих сил, пропорциональных напряжению и току источника. Установлено, что по аналогии с системами прямого амплитудно-фазового компаундирования, в УТС могут применяться и другие способы суммирования: последовательное и суммирование магнитных контуров. Этот вывод расширяет возможности синтеза УТС.
2. Дополнительно к двум известным вариантам УТС с астатической характеристикой источников при номинальном коэффициенте мощности их нагрузки - с одним трансформатором тока (ТТ), нагруженным на резистор и реактор, и тремя ТТ, нагруженными на два резистора,- предложены все прочие варианты: с двумя ТТ и двумя резисторами и с двумя ТТ и одним резистором.
3. Малое распространение УТС, обеспечивающих астатическую характеристику параллельно работающих источников при номинальном коэффициенте мощности нагрузки, объясняется, скорее всего, тем, что неравномерное распределение активных нагрузок между источниками должно приводить к неравномерному распределению и реактивных нагрузок. Этот вопрос в известной технической и научной литературе не рассмотрен. Он требует дополнительного исследования.
4. Предложен новый способ функционирования УТС, сущность которого заключается в следующем. Один из работающих в параллель источников, ведущий, поддерживает напряжение на общих шинах неизменным, не зависящим от нагрузки. Ко входу регулятора напряжения (РН) ведомого источника подводится сигнал, являющийся суммой трех составляющих, пропорциональных следующим величинам: напряжению источника, реактивному току этого источника и реактивному току ведущего источника. Такое УТС, обеспечивающее равномерное распределение реактивных токов, может быть реализовано в нескольких вариантах. Принцип действия и особенности работы такого УТС требует дополнительного исследования.
5. Показано, что для источников, снабженных наиболее распространенными РН, которые реагируют на среднее значение выпрямленного входного напряжения, целесообразно использовать УТС в трехфазном, а не однофазном исполнении. В этом случае можно уменьшить запаздывание сигнала обратной связи по напряжению источника, которое создает фильтр нижних частот РН. Тем самым обеспечивается повышение быстродействия сигнала автоматического регулирования напряжения источника.
6. ТТ, входящие во все применяемые на практике разновидности УТС, обладают рядом недостатков: увеличенная масса; недостаточная точность, особенно в переходных режимах; использование в качестве нагрузки резисторов, которые обладают большой, по сравнению с РН, массой значительным выделением тепла. Целесообразно изучить возможность применения в составе УТС вместо ТТ других измерительных преобразователей переменного тока.
Трехфазное устройство токовой стабилизации с одним дифференцирующим индукционным преобразователем тока в каждой фазе
С точки зрения первой операции (нормирование уровня сигнала) рассмотрим те эффекты и методы, которые позволяют осуществить пассивное и бесконтактное преобразование сигнала. На переменном токе к ним относятся только емкостные делители тока и единственный ординарный эффект - трансформаторный (на постоянном токе - резистивные шунты). Это большое принципиальное преимущество емкостных делителей и трансформаторных преобразователей. Все другие эффекты требуют дополнительного источника питания того или иного рода, что усложняет схему и снижает надежность, которая очень важна для преобразователей электроэнергии. При этом дополнительный источник должен иметь определенные метрологические характеристики, обеспечивающие заданную точность работы всего преобразователя.
В соответствии с выражением (2.2) для измерения тока необходимо выполнить интегрирование магнитодвижущих сил H-dl по произвольному замкнутому контуру. Однако на практике эта задача может быть решена только суммированием конечного числа магнитодвижущих сил. Поэтому результат суммирования зависит не только от значения измеряемого тока, но и от взаимного расположения измерительного контура и проводника с измеряемым током.
В предельном случае, когда измеряется магнитное поле только в одной точке вблизи проводника, результат измерения будет существенно зависеть от расстояния до измеряемого проводника.
Напряженность поля обычно определяется измерением магнитной индукции с учетом соотношения (2.3). Для создания более надежной связи между током и индукцией при использовании любого эффекта, в том числе при измерении постоянного тока, возможно и целесообразно применение концентраторов магнитного поля - магнитопроводов с большой магнитной проницаемостью. Замкнутые вокруг проводника с током, эти магнитопроводы на несколько порядков увеличивают индукцию и позволяют уменьшить зависимость результатов суммирования от числа точек измерения. В результате точность вычисления интеграла (2.2) существенно повышается. Даже измерение напряженности в одной точке магнитопровода с большой проницаемостью может дать удовлетворительные результаты. Однако зависимость результата измерения от расположения проводника в окне магнитопровода и внешних полей полностью не устраняется, и указанные источники погрешностей необходимо учитывать для уменьшения проявления этой зависимости.
Элементарные измерители индукции получаются наиболее простыми и надежными в случае использования трансформаторного эффекта - это витки обмотки, охватывающие магнитопровод. Их число может быть равно сотням и тысячам. В случае применения гальваномагнитного эффекта - это ИПТ Холла и Гаусса, оптического - ячейки Фарадея и другие, которые не так просты и надежны, как витки обмотки. Кроме того, для размещения каждого измерителя индукции необходимо разрезать магнитопровод. Число элементарных измерителей, выполненных на этом эффекте, практически не может быть большим, их предельное число может измеряться десятками, т.е. быть на порядок - два меньше, чем витков. При использовании этих эффектов предъявляются также определенные требования к равномерности магнитного поля в зазорах. Аналогичное положение наблюдается в случае применения оптических эффектов, а также ядерного магнитного резонанса, причем создание единичных измерителей индукции здесь еще более затруднено /41/.
Таким образом, измерение напряженности поля на основе трансформаторного эффекта значительно проще и надежнее, чем на основе других эффектов, и принципиально может обеспечить значительно более высокую точность, прежде всего за счет возможности использования большого числа элементарных измерителей.
Следует отметить, что магнитные среды, применяемые в качестве концентраторов поля, снижают уровень погрешностей, однако приводят к появлению новых по своему характеру источников погрешностей. При постоянных токах ими являются нелинейная зависимость индукции от напряженности поля, анизотропные свойства магнитного вещества. При переменном токе к указанным добавляются также погрешности вследствие гистерезиса и вихревых токов в магнитопроводе. Это приводит не только к нелинейной, но и неоднозначной зависимости выходного сигнала от входного. Несмотря на эти затруднения с точки зрения реализации операции измерения уровня сигнала, несомненные преимущества имеет трансформаторный эффект. Однако целесообразность применения ИПТ на трансформаторном эффекте снижается при все более высоких токах, так как изоляция определяет габариты, массу и стоимость, которые достигают неприемлемых значений в установках высокого напряжения, причем стоимость их возрастает почти пропорционально квадрату тока.
При решении проблемы создания дешевых и совершенных приборов для измерения переменного тока поиски и исследования проводятся в двух основных направлениях /44-46/:
1. изменение характера передаваемого с высокого потенциала сигнала вплоть до изменения его физической природы;
2. совершенствование конструкции ИПТ на трансформаторном эффекте и принципов выполнения изоляции.
Характер сигнала необходимо преобразовывать таким образом, чтобы новый сигнал можно было просто передать на потенциал земли. Простое преобразование сигнала выполняют модуляцией высокой частотой /44/.
Трехфазные устройства токовой стабилизации, осуществляющие астатическое регулирование при номинальном коэффициенте мощности
Известное однофазное УТС (рис. 1.7), рассмотренное в разделе 1.3, обладает существенным недостатком - большими массо-габаритными показателями как ТТ, так и установочного реостата. Второй недостаток проявляется в том, что УТС имеет только два выходных зажима. При применении РН с двумя входными зажимами возникают следующие отрицательные последствия: во-первых, не учитывается возможная несимметрия токов трехфазного источника, а во-вторых, вносится дополнительное запаздывание сигнала обратной связи по напряжению источника, так как однофазное входное напряжение РН выпрямляют и сглаживают фильтром нижних частот. Это запаздывание приводит к ухудшению качества переходных процессов восстановления напряжения при возможном изменении нагрузки источника. Если РН имеет трехфазный вход, то необходимо использовать три таких УТС, в совокупности имеющих шесть выходных зажимов, и трехфазный трансформатор, вторичная обмотка которого подключается к входу РН, а первичная обмотка выполнена из трех изолированных однофазных обмоток, подключенных к выходам УТС. При этом увеличивается сложность и возрастает масса УТС.
Трехфазное УТС (рис. 1.8) свободно от второго недостатка, но у данного УТС увеличиваются масса и габариты за счет трансформаторов ТІ и Т2, причем первый из них нужен для обеспечения необходимого сдвига по фазе между напряжениями СГ и напряжениями вторичной обмотки второго трансформатора напряжения.
Предлагаемое УТС позволяет снизить массу и габариты за счет использования вместо ТТ и установочных реостатов ДИПТ. Данное устройство представлено на рис. 3.1. В каждой фазе установлено по одному ДИПТ, катушки которых индуктивно связаны с токопроводами тока нагрузки СГ. Каждый выход ДИПТ подключается на вход РН. Известно, что ДИПТ работают в режиме, близком к холостому ходу. Ток, проходящий по катушке ДИПТ в десятки и сотни раз меньше, чем у вторичной обмотки ТТ, поэтому при одинаковом значении напряжения на вторичной обмотке ТТ и на катушке ДИПТ расчетная мощность, а, следовательно, масса последнего в десятки и сотни раз меньше, чем у ТТ.
Так как порядок Rpfj составляет десятки килоом, тока 1Н - десятки и сотни ампер, а напряжение Un - сотни вольт, то выражением (5 Un W2 ) под знаком радикала вполне можно пренебречь. При этом из выражения (3.14) получается ранее найденное выражение (3.7), то есть необходимое значение взаимной индуктивности ДИПТ практически не зависит от числа витков его обмотки.
Зависимость параметров внешней характеристики СГ от частоты
В соответствии с Правилами Регистра Морского Судоходства /1/ допустимое отклонение частоты СГ в статических режимах составляет ±5%. Следовательно, в установившихся режимах относительная частота а может находиться в пределах от 0,95 до 1,05. При этом напряжение СГ не должно выходить за допустимые пределы.
Из выражения (ЗЛО) находится зависимость абсолютного значения отклонения напряжения СГ U от тока /, угла (р и частоты / Эта зависимость при пренебрежении i?2 и %2s имеет вид:
На рис. 3.9 построены зависимости (3.29) при изменении тока / от нуля до 1Н для следующих параметров: а) - трех значений т (0,1; 0,2; 0,4) и трех значений coscp (0; 0,8; 1,0); б) - трех значений т (0,01; 0,03; 0,08) и трех значений coscp (0; 0,8; 1,0). Во всех случаях значения статизма 8 принято равным 0,03. Точками показаны значения при coscp = 0, ромбами - при cos p = 0,8 и окружностями - при coscp = 1.
Видно, что относительное напряжение —— растет с увеличением т и снижением коэффициента мощности. При токе с номинальным коэффициентом мощности и при активной нагрузке - - снижается с ростом тока, а при cos р= 0 U н —— слабо увеличивается при увеличении тока нагрузки. Это увеличение мало. и и Например, при т = 0,4 и изменении —от нуля до 1, относительное напряжение возрастает от 0,3714 до 0,3724, то есть всего на 0,28%. Наибольшее приращение U20 I относительного напряжения — - при изменении — от нуля до единицы имеет U н н место при т = 0. Оно равно 3 (для графиков, приведенных на рис. 3.9, это значение составляет 0,03).
Примем в качестве расчетного значение напряжения UJO = 20//» соответствующее (р = я/2 и 1 = 1И, которое является наибольшим при изменении тока от нуля до /;/ и коэффициента мощности от нуля до единицы,
