CC BY
15
За базисш умови було прийнято потужнiсть перетво-рювача частоти та дшчу фазну напругу S6 = Sm , U6 - U mA = 220 B.
д.ф.
Повна потужнiсть ПЧ
Sn4 -
РПЧ
PF '
(3)
SПЧ - — - 533 кВА, ПЧ 0,6
PF —
Ii
40
Z In 2
n-0
• COS фь
(4)
де PF - коефщент погужносп системи ПЧ-АД, PF =0,6; Рпч - активна потужнiсть, що споживаеться з мереж! системою ПЧ-АД; Ij - дiюче значения першо! гармошки струму; Iz - дшче значення струму, що споживаеться з мереж1 системою ПЧ-АД; In - дшче значення п-гармоншно! складово! струму живлення п=1, 5, 7, 11, 13, 17, 19 i т. д.; cos ф1 - коефщент потужносп при живленн АД вiд промислово! мереж! cos ф1 - 0,95.
Активний та шдуктивний отр у ввдносних одиницях
X Ч
S
(и д.ф.)2
10
-100% - 2,58%, _ —3 (5)
R'z-
R\
(U д.ф.)2
10
-100% - 2%.
—3
(6)
1з формули (4) видно, що чим бшьше дшче значення вищих гармотк, тим горший коефщент пспужност! 1стот-но подавлюе вищ! гармошки реактивний отр мереж! живлення. Анал!з електромагттних процеав був вико-наний для р!зних значень реактивного опору мереж! живлення, розбитого на чотири етапи: 1) до 3,3 %икз; 2) до 6,6 % U кз; 3) до 10 % ; 4) до 13,3 % . Максимальний реактивний отр 13,3 % U кз був пере-в!рений на допустимий спад напруги на ньому при максимальному струм! [4]
X'z-Imax < 5% -ид.ф..
Дал! збшьшувати !ндуктивний отр недоцшьно, тому що це призводить до збшьшення спаду напруги на дро-сел! (>5-10 % U НоМ).
Аналиичне дослщження електромагттних процеав викликае ускладнення, тому розрахунки були проведен! в середовищ! MatLAB/Simulink, рис. 2. Шаг дискретизаци
обираеться рiвним 10-6 с. Показания напруги та струму в кот випрямленого струму визиачаються за допомо-гою прилада Шр1 та Ьр! Виаслiдок симетри мереж ви-мiрювання проводяться для одте! фази (фаза А). Розкла-дения в ряд Фур'е було проведено за допомогою РБТ-аналiзу. Керування ЮБТ транзисторами здiйсиюеться за допомогою йп-функци. А1Н-Ш1М замiнений джерелом струму, що працюе в режимi споживання або генерацп. Високочастотна пульсацiя струму не враховуеться через И незначшсть. Номiнальний струм в випрямному режимi та в режимi рекупераци був розрахований iз цик-лограми навантаження [3]. Максимальний струм визна-чаеться iз перевантажувально! здатностi iнвертора. Дос-лiджения проводяться при номiнальному струм!
На рис. 3 наведена узагальнена залежиiсть величини гармонiйних складових i сумарного входного струму системи ПЧ-АД вщ iндуктивного опору мереж1 живлення, приведеного до потужиостi ПЧ при номшальному струмi у випрямному режим!
Збiльшения iидуктивного опору до 3,3 % и кз не сутте-во зменшуе рiвнi вищих гармоншних складових струму живильно! мереж! При 10 % икз вони пригшчуються в значнiй мiрi, а дшче значення сумарного струму набли-жуеться до величини струму основно! гармонiки. При подальшому збiльшеннi щдуктивного опору пригнiчення гармонiйних складових ввдбуваеться в незначнiй мiрi.
Вищi гармошки в струмi живильно! мереж1 виклика-ють спотворення синусо!дно! криво! напруги, що регла-ментуеться ГОСТ 13109-97 [1].
Ku -
40
Z Un2
n-2
U,
•100 < 8%,
(7)
де Ки - коефщент спотворення синусо!дно! криво! напруги, ип - дшче значення напруги п-о! гармошки, и -дiюче значення напруги основно! частоти.
Значення вищих гармоншних в кривш напруги на входi ПЧ в залежносп вiд iндуктивностi живильно! мереж! при номшальному струмi в режимi випрямлення наведенi на рис. 4.
Значення вищих гармоншних в кривш напруги на входi ПЧ в залежносп вщ iндуктивностi живильно! мереж! при номшальному струм в режшш рекуперацi! елек-трично! енергп наведенi на рис. 5.
На рис. 6, 7 наведеш кривi струму (/А) та напруги (и а) у фазi А для одного перюду при рекуперативному гальмуванш для iидуктивного опору 6,6 % и кз.
Коефiцiеити п-их гармонiйних складових та коефще-нти спотворення синусо!дно! криво! напруги для номь нального струму наваитажения в режим споживання та в режимi рекупераци електрично! енергп! при рiзних зна-ченнях входного iндуктивного опору та !х нормоване значення [2] наведеш в табл. 1 та табл. 2.
I
1
I
z
M с
J ö
о
:
:
о
s
CL
%
500
&
I
.5
100
\ \
\ \ ц %
$ 4 1и% — - ■■ 1 " |
2.58% 3.3%
6.6%
10%
13.3%
%
Вщносний шдукшвний оп1р ЖИВЛЯЧ01 мереж] - -- [1 1= " 1ц -"^17 — А, "
1У I
ь 100% " 100%
Рис. 3. Залежнiсть вiдносного сумарного струму ПЧ ( т '1ии/0) i його гармонiйних складових ( т '1ии/0) вiд вiдносного
11 11
шдуктивного опору живильно! мережi
Рис. 4. Рiвнi вищих гармонiйних складових струму живильно! мережi у випрямному режимi
Таблиця 1. Коефщенти п-их гармоншних складових Ки(п) та коефщенти спотвореиия синусощно! криво! напруги Ки для иомiиальиого струму навантаження в режим1 споживання електрично! енерги при р1зних значеннях вхщного шдуктивного
опору
№ гарм. Ки (п)> %
=2,58 % =3,3 % =6,6 % =10 % =13,3 % Г0СТ-13109-97
5 5,52 5,90 4,92 5,00 5,52 6,0
7 8,00 7,21 4,50 3,90 3,51 5,0
11 3,05 1,80 0,74 1,30 1,78 3,5
13 2,48 1,90 1,59 1,20 1,20 3,0
17 2,50 1,52 0,42 1,01 1,20 2,0
19 2,00 1,19 1,00 0,71 0,78 1,5
23 2,21 1,40 0,42 0,90 1,98 1,5
25 1,94 1,04 0,61 0,48 0,70 1,5
29 2,15 1,28 0,37 0,77 0,82 1,32
31 1,96 0,97 0,42 0,45 0,69 1,25
35 2,10 1,25 0,36 0,65 0,60 1,13
37 1,97 0,92 0,31 0,48 0,66 1,07
Ки, % 17,68 14,67 7,17 7,19 7,60 8,0
тт
" 100. %
5 7 11 13 17 19 23 л=гар.
и Реальна мережа иЗ.3%17^ Щ 6,6% Ьгв 10% 133% Е/й
Рис. 5. Р1вш вищих гармоиiйиих складових струму живильно! мереж1 в режим1 рекуперацй електрично! енерги
I д, А
200
О -200
0.02 0.022 0 024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 Г, С
Рис. 6. Зображення криво! струму при рекуперативному гальмуванш
Таблиця 2. Коефщенти п-их гармоншних складових Ки (п) та коефщенти спотворення синусо!дно! криво! напруги Ки для номiнального струму навантаження в режимi рекупераци електрично! енерги при рiзних значеннях вхiдного шдуктивного
опору
№ гарм. Ки (п)> %
х^ =2,58 % х^ =3,3 % х^ =6,6 % х^ =10 % х^ =13,3 % ГОСТ-13109.97
5 4.05 4,30 2,84 2,32 2.20 6,0
7 7,38 6,51 3,82 3,20 3,00 5,0
11 3,19 2,45 1,27 1,31 1,49 3,5
13 2,56 1,97 1,28 1,30 1,50 3,0
17 2,75 2,15 1,20 1,33 1,57 2,0
19 2,26 1,57 1,00 1,06 1,36 1,5
23 2,59 1,94 1,20 1,27 1,57 1,5
25 2,28 1,53 0,89 1,09 1,35 1,5
29 2,49 1,88 1,11 1,30 1,55 1,32
31 2,28 1,49 0,89 1,11 1,35 1,25
35 2,45 1,79 1,11 1,30 1,53 1,13
37 2,22 1,54 0,90 1,07 1,36 1,07
Ки , % 18,07 16,15 7,90 10,94 13,09 8,0
о::- ■:::: :; -:г2 г, с
Рис. 7. Зображення криво! напруги при рекуперативному гальмуванш
ВИСНОВОК
Коефщенти спотворення синусо!дно! криво! напруги в режим споживання електрично! енерги при х^=2,58 % икз 1 х^ = 3,3 % икз не в1дпов1дають вимогам ГОСТ 13109-97, а при х^=6,6 % и кз 1 вище ввдповвдають вимогам, але мшмальне значення коефщента спотворення синусо!дно! криво! напруги спостер1гаеться при Х-£=6,6 % и кз та при Х-£=10 % и кз. При подальшому збшьшенш 1ндуктивного опору спостер1гаеться незнач-не зб1льшення коефiцieнгiв п-их гармотйних складових 1 коефщенпв спотворення синусо!дно! криво! напруги. Остаточний виб1р дроселя 1з ряду 1ндуктивного опору
х2 =6,6 % икз, х2=10 % икз, х2=13,3 % икз проводиться на основ1 техшко-економ1чного пор1вняння. Пор1вню-ючи коефщенти спотворення при рекуперативному гальмуванш з наведеними в ГОСТ 13109-97, бачимо, що оптимальним 1ндуктивним опором живильно! мереж1 е х^=6,6 % икз. При подальшому зб1льшенн1 1ндуктивно-го опору значення коефщента спотворення синусо!дно!
криво! напруги значно зб1льшуеться у зв 'язку з1 збшьшен-ням кута комутац1! ЮБТ транзистор1в.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1. Андриенко, П. Д. Анализ электромагнитных процессов выпрямительно-инверторного преобразователя на математической модели / П. Д. Андриенко, О. В. Не-мыкина // Техтчна електродинамша. Тематичний ви-пуск «Силова електротка та енергоефективтсть». -2004. - Ч. 6. - С. 122-125.
2. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость технических средств. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения : ГОСТ 13109-97. - Введ. в Украине с 01.01.2000.
3. Андриенко, П. Д. Разработка модели выпрямителя с рекуперацией для группового питания электроприемников / П. Д. Андриенко, А. Н. Климко, А. А. Шрам, О. В. Немыкина // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика : Вестник НТУ «ХПИ». - 2010. - № 28. - С. 438-439.
4. Лукевски, М. Повышение энергосбережения электроприводов переменного тока с преобразователями частоты за счет использования дросселей фирмы ELHAND TRFNSFORMANORY / М. Лукевски, А. Осетер, А. Хебровски, В. И. Ткачук, Б. Л. Копчак
// Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика : Вестник НТУ «ХПИ». - 2008. -№ 30. - С. 489-492.
Стаття надiйшла до редакцп 14.03.2011.
Пiсля доробки 1 7.05.2011.
И. В. Авдеев, О. В. Немыкина, А. Н. Климко, В. Л. Прихно, В. В. Баранец
Влияние на показатели качества электроэнергии входной индуктивности сети, питающей частотно-регулируемый привод
В связи с применением частотно-регулируемых приводов наблюдается генерация в питающую сеть высших гармонических составляющих, поэтому определение значения гармонических составляющих в кривой тока и напряжения и средств их снижения в соответствии с ГОСТ 13109-97является актуальной и востребованной практикой.
Ключевые слова: 4qs-преобразователь, высшие гармоники, питающая сеть, коэффициент искажения, диод, igbt-транзистор, математическая модель, входной дроссель.
I. V. Avdeev, O. V. Nemykina, А. N. Klymko, V. L. Prihno, V. V. Baranets
Influence of input inductance of mains supplying frequency-controlled drive on power quality
When frequency-controlled drives are used, higher harmonic components are generated in the mains supply, so determination of harmonic components value in the current and voltage curve and ofmeansfor their reduction according to ГОСТ 13109-97 is an urgent and relevant practice.
Key words: 4qs-converter, higher harmonics, mains, distortion factor, diode, igbt-transistor, mathematical model, input choke.
УДК 621.316.11
Д. В. Федоша
Аспирант Запорожского национального технического университета
ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Предложен метод оптимального проектирования систем электроснабжения, основанный на методе эквипотенциальных контуров, реализующий одновременное решение задач определения числа узлов нагрузки, распределения между ними электроприемников, определение конструктивного исполнения источников питания, учитывающий дискретность конструктивного исполнения элементов системы, а также позволяющий минимизировать субъективную оценку проектировщика при формировании структуры сети.
Ключевые слова: сеть, система электроснабжения, узел нагрузки, проектирование, топология, электроприемник, источник питания.
Оптимальное проектирование систем электроснабжения предполагает одновременное решение задач определения числа узлов нагрузки, распределения между ними электроприемников, определение конструктивного исполнения (мощности) источников питания (рис. 1); учета дискретности конструктивного исполнения элементов системы электроснабжения; минимизации субъективной оценки проектировщика при определении структуры сети [1].
Особенно это актуально для цеховых систем электроснабжения, имеющих в своем составе сети 0,4 кВ, из за их значительной протяженности при малой площади цеха и, как следствие, значительных потерь в них.
Однако используемые в настоящее время методы проектирования таких систем электроснабжения осуществляют решение этих задач по отдельности, что не дает возможности говорить об оптимальности получаемых решений [2].
© Д. В. Федоша, 2012
Анализ существующих подходов к формированию структуры систем электроснабжения показал, что существует метод, способный решать выше перечисленные задачи одновременно - это метод эквипотенциальных контуров, с определенными доработками [3].
Для формализации процесса выбора конструктивного исполнения источника питания были введены понятия отбора электроприемников по «потенциальному» и «техническому» критериям.
Основой «потенциального» критерия является выражение (1), которое определяет значение потенциальной поверхности в точке с заданными координатами.
П(х,у) = ¿р • е"1'^■Трасса(',x,У), (1)
г=1
где Рг - мощность г-го электроприемника; х, у - координаты, в которых определяться значение потенциальной повер-
