Повышение качества электрической энергии в сельских сетях 0,38 кВ путем разработки устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат наук Егоров Максим Юрьевич

• Егоров Максим Юрьевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Егоров Максим Юрьевич

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1 СПОСОБЫ КОРРЕКЦИИ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ И НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СЕТЯХ 0,38 КВ 12 1. 1 Требования стандартов к уровням напряжения и несимметрии напряжений

1.2 Актуальность коррекции уровней напряжения и несимметрии напряжений в трехфазных сетях

1.3 Классификация и анализ способов и технических средств снижения уровня несимметрии напряжений

1.3.1 Перераспределение нагрузок по фазам сети

1.3.2 Применение замкнутых схем распределительных сетей

1.3.3 Снижение сопротивления нулевой последовательности сети

1.4 Применение трехфазных стабилизаторов напряжения

1.5 Общие недостатки трехфазных стабилизаторов напряжения при несимметрии напряжений

1.6 Выводы по первой главе

2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА СИММЕТРИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ

ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ СЕТЕЙ 0,38 КВ

2.1 Устройство симметрирования фазных напряжений на вольтодобавочном принципе (УСФНВП)

2.2 Теоретическое исследование УСФНВП в установившемся режиме

2.3 Разработка электрической схемы устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений (УССФН)

2.4 Разработка электрической схемы микропроцессорной системы управления УССФН

2.5 Разработка алгоритма программного управления УССФН

2.6 Теоретическое исследование УССФН в установившемся режиме

2.7 Выводы по второй главе

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА СИММЕТРИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 96 3. 1 Обоснование токовой нагрузки элементов УССФН

3.2 Обоснование максимальных потерь в обмотках трансформаторов

3.3 Обоснование конструктивных параметров силовых трансформаторов УССФН

3.4 Алгоритм расчета параметров элементов УССФН

3.5 Выводы по третьей главе

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВА СИММЕТРИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ФАЗНЫХ 128 НАПРЯЖЕНИЙ

4.1 Программа и методы экспериментальных исследований

4.2 Оборудование и приборы для экспериментальных исследований

4.3 Экспериментальное исследование адекватности конструктивных и электрических параметров элементов УССФН

4.4 Исследование токовой нагрузки первичной и добавочной обмоток трансформаторов УССФН

4.5 Определение быстродействия схемы симметрирования фазных 148 напряжений

4.6 Выводы по четвертой главе

5 ВОПРОСЫ ВНЕДРЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ УСТРОЙСТВА СИММЕТРИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ ФАЗНЫХ 152 НАПРЯЖЕНИЙ

5.1 Вопросы применения УССФН для сельскохозяйственного электрооборудования

5.2 Капитальные вложения при внедрении УССФН

5.3 Технико-экономическое обоснование внедрения УССФН

5.4 Выводы по пятой главе

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

168

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества электрической энергии в сельских сетях 0,38 кВ путем разработки устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Состояние сельских электрических сетей напряжением 0,38 кВ находится в настоящий момент на сложном этапе, что выражается небольшим темпом развития сетей в количественном и качественном отношении, преобладанием устаревшего морально и физически оборудования на трансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ, изношенностью, низкой пропускной способностью и в то же время относительно большой протяженностью электрических воздушных линий, построенных по старой технологии с использованием неизолированных проводов и изоляторов [58]. Так, на подстанциях 10/0,4 кВ применяются силовые трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-звезда с нулем», обладающие наибольшим по сравнению с другими значением сопротивления нулевой последовательности, а сечения проводов питающих линий часто не соответствуют фактической токовой нагрузке [76]. В тоже время наблюдается рост энерговооруженности сельских бытовых потребителей, появляется как трехфазное, так и мощное однофазное технически сложное электрооборудование, требовательное к качеству подаваемой электроэнергии, такое как индукционные электроплиты, стиральные и посудомоечные машины, микроволновые печи, инверторные сварочные аппараты, персональные компьютеры и т. п., в следствие чего увеличивается число домашних хозяйств, организующих для себя трехфазный ввод электроэнергии. Увеличивается и количество электрифицированного и автоматизированного оборудования на сельскохозяйственных предприятиях.

В этих условиях особую значимость приобретает вопрос качества электрической энергии. Вышеописанная ситуация с сельскими электрическими сетями напряжением 0,38 кВ неблагополучным образом сказывается на ряде показателей качества электроэнергии, таких как несимметрия напряжений и отклонения напряжения. В частности, уровень несимметрии напряжений во многих случаях превышает в 2-2,5 раза допустимое по ГОСТ 32144-2013

значение [49], а наличие трехфазного ввода электроэнергии у бытовых потребителей в совокупности с использованием ими мощных однофазных нагрузок без должного распределения по фазам еще более усугубляет данную проблему. Такие факторы, как систематическая несимметрия нагрузки [48], обусловленный спецификой схемотехники современного электрооборудования [85] большой уровень высших гармоник, кратных трем, могут приводить к перегрузке по току нулевого провода [92], которая с учетом общей изношенности сетей увеличивает вероятность его повреждения, способного вызвать на отдельных фазах опасные повышения напряжения. Отклонения в меньшую сторону фазных напряжений у сельских потребителей, подключенных к концу питающей линии 0,38 кВ, часто существенно не соответствуют требованиям стандарта в часы пиковой нагрузки [26].

Несимметрия напряжений может отрицательно сказываться на режиме работы как однофазных, так и трехфазных электроприемников [58]: в асинхронных электродвигателях появляются дополнительный нагрев и вибрация, сокращающие срок их службы; однофазные потребители электроэнергии в зависимости от фазы, к которой они подключены, могут оказаться под действием как чрезмерно повышенного, так и пониженного напряжения; на выходе трехфазных выпрямителей возникают вредные для электронных схем пульсации напряжения. Пониженное напряжение может затруднять запуск электрооборудования, вызывать сбои в работе и снижать эффективность его функционирования, а повышенное напряжение вызывает перерасход электроэнергии, сокращение срока службы и выход из строя электрооборудования.

Корректировать уровни фазных напряжений при несимметрии напряжений можно с помощью мероприятий организационного характера, таких как, например, перераспределение нагрузок по фазам сети, применение замкнутых схем и трансформаторов с низким сопротивлением нулевой последовательности, или путем применения специальных симметрирующих устройств. Однако организационные мероприятия хотя и улучшают общий

режим функционирования электрической сети, но не гарантируют полного решения проблемы несимметрии напряжений даже в краткосрочной перспективе ввиду вероятностного характера нагрузки, а симметрирующие устройства при несимметрии напряжений могут приемлемо корректировать фазные напряжения только при соответствии величин составляющих прямой последовательности сетевого напряжения требованиям ГОСТ 32144-2013.

Применение существующих на данный момент трехфазных стабилизаторов напряжения для коррекции фазных напряжений оправдано только при симметричных отклонениях напряжения. При несимметрии напряжений использование трехфазных стабилизаторов приводит к искажению линейных напряжений, а также возможна перегрузка стабилизатора и автоматическое отключение питаемой им нагрузки даже при нахождении в норме составляющих сетевого напряжения прямой последовательности.

В этих условиях особую значимость приобретает вопрос разработки нового технического средства для коррекции уровней напряжения и несимметрии напряжений, которое смогло бы одновременно симметрировать напряжения и осуществлять симметричное их регулирование, объединяя в себе достоинства и возможности традиционных трехфазных стабилизаторов напряжения и симметрирующих устройств. Из этого следует, что разработка устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений на вольтодобавочном принципе для сельских электрических сетей напряжением 0,38 кВ является актуальной научной задачей.

Степень разработанности проблемы. Общим вопросам качества электроэнергии, проблемам регулирования напряжения, несимметрии и отклонений напряжений в сельских электрических сетях 0,38 кВ, а также техническим способам их решения посвящены труды и разработки следующих ученых: Ф.Д. Косоухов, И.В. Наумов, А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, С.М. Рожавский, Н.М. Попов, Т.Б. Лещинская, А.В. Виноградов, С.В. Смоловик, А.Н. Евсеев. Большая работа в этом направлении ведется сотрудниками кафедры электроэнергетики и электрооборудования ФГБОУ ВО «Санкт-

Петербургский ГАУ». По указанным проблемам имеются публикации в зарубежной научной литературе и технических журналах. Это работы таких исследователей, как P. Giridhar Иш, J. V. Milanovic, V. J. Gosbell, R. C. Dugan. Активно ведутся разработки по данной тематике в Республике Беларусь на предприятии ОАО «Минский электротехнический завод имени В. И. Козлова».

Цель работы: повышение качества электрической энергии в сельских сетях 0,38 кВ путем разработки устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений на вольтодобавочном принципе.

Задачи исследования:

1) выявить и разработать оптимальные способы и схемотехнические решения для симметрирования и стабилизации фазных напряжений;

2) вывести для схемы устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений математические соотношения, связывающие основные электрические параметры его элементов;

3) разработать алгоритм расчета оптимальных конструктивных параметров элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений;

4) выполнить экспериментальную проверку адекватности схемных решений и конструктивных и электрических параметров элементов УССФН;

5) провести технико-экономический анализ по вопросам внедрения и применения устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений.

Объект исследования: устройство симметрирования и стабилизации фазных напряжений для сельских электрических сетей напряжением 0,38 кВ.

Предмет исследования: схемные решения, математические соотношения, связывающие основные электрические параметры элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений, а также алгоритм расчета оптимальных значений конструктивных и электрических параметров его элементов.

Теоретические и методологические основы исследования. При исследованиях использовались основные положения теории линейных

электрических цепей и трансформаторов, символический метод анализа цепей переменного тока, стандартные математические численные методы (на базе программы МаШСЛО), метод симметричных составляющих, применялись стандартные методы электрических измерений посредством цифровых измерительных преобразователей и стандартные методы математической обработки результатов измерений.

Научная новизна работы:

1) разработана принципиальная электрическая схема устройства симметрирования фазных напряжений на вольтодобавочном принципе (патент на изобретение RU 2552377 С2);

2) разработана принципиальная электрическая схема устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений на вольтодобавочном принципе (патент на изобретение RU 2641649 С1);

3) разработаны математические соотношения, связывающие между собой основные электрические параметры устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений;

4) разработан алгоритм расчета оптимальных конструктивных параметров элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений.

Теоретическая ценность. Предложен усовершенствованный способ симметрирования и стабилизации фазных напряжений в сельских сетях 0,38 кВ, выведены математические соотношения, позволяющие анализировать функционирование устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений в установившемся режиме работы.

Практическая ценность. Разработаны устройство симметрирования и стабилизации фазных напряжений, обеспечивающее более совершенный процесс коррекции фазных напряжений, и алгоритм расчета оптимальных конструктивных и электрических параметров его элементов. Разработанные технические решения внедрены в энергохозяйстве ООО «Птицефабрика

«Борки». Полученные алгоритмы и математические соотношения используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА».

Основные положения, выносимые на защиту:

1) принципиальные электрические схемы, посредством которых осуществляется симметрирование и стабилизация фазных напряжений;

2) математические соотношения, связывающие между собой конструктивные и электрические параметры устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений, и алгоритм расчета значений указанных параметров для различных номинальных мощностей устройства;

3) результаты экспериментальной проверки адекватности выведенных математических соотношений, справедливости принятых допущений и обоснованности алгоритма расчета параметров элементов устройства симметрирования и стабилизации фазных напряжений.

Достоверность исследований. Адекватность полученных теоретическим путем результатов подтверждена экспериментально с использованием точных цифровых измерительных приборов, передающих информацию непосредственно в ЭВМ в режиме реального времени. Основные положения работы одобрены и опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах по тематике исследований.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Аграрная наука ХХ1 века: проблемы и перспективы» (РФ, г. Великие Луки, ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА», 18 - 19 апреля 2013 года), региональной конференции молодых ученых «Разработки молодых инноваторов - экономике Псковской области» (РФ, г. Псков, Администрация Псковской области, 13 декабря 2013 года), 10-й международной научно-практической конференции «Настоящи изследвания и развитие - 2014» (Республика Болгария, г. София, ООД «Бял ГРАД-БГ», 17 - 25 января 2014 года), Ш-й международной научно-практической конференции «Особенности технического и технологического оснащения современного сельскохозяйственного производства» (РФ, г. Орел, ФГБОУ ВПО «Орловский

ГАУ», 10 - 11 апреля 2014 года), международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и научное обеспечение АПК» (РФ, г. Великие Луки, ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА», 16 - 17 апреля 2014 года), 9-й международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (РФ, г. Москва, ФГБНУ «ВИЭСХ», 21 - 22 мая 2014 года), 6-й Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Инновации в сельском хозяйстве» (РФ, г. Москва, ФГБНУ «Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства», 15-16 декабря 2015 года), международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (РФ, г. Великие Луки, ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА», 14-15 апреля 2016 года), региональной научно-практической конференции «Современные тенденции развития экономики и образования региона» (РФ, г. Великие Луки, филиал ФГБОУ ВО «ПсковГУ», 15-16 декабря 2016 года). Научная работа была удостоена диплома III степени во 2 этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ. На научные исследования по изучаемой теме ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» в 2014 и 2015 годах дважды выделялись гранты по договорам 2123ГУ1/2014, 7262ГУ2/2015 в рамках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса».

Публикации результатов работы. Основные положения диссертационной работы отражены в 13 печатных работах, в том числе 5 работ в изданиях из перечня ВАК РФ, получено 2 патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 9 таблиц, 6 приложений. Библиографический список включает в себя 114 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ГЛАВА 1 СПОСОБЫ КОРРЕКЦИИ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ И НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СЕТЯХ 0,38 КВ

1.1 Требования стандартов к уровням напряжения и несимметрии

напряжений

При разработке любого технического средства или способа для улучшения качества электрической энергии по уровню несимметрии напряжений и по допустимым отклонениям напряжения необходимо знать требования нормативных документов, регламентирующих значения тех или иных показателей качества и параметров электроэнергии.

В Российской Федерации до последнего времени качество электроэнергии нормировалось ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [23], являвшимся межгосударственным стандартом, требования которого действовали на всей территории стран СНГ. Однако с 01.01.2013 приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии взамен ГОСТ 13109-97 введен ГОСТ Р 54149-2010, учитывающий положения и рекомендации международных стандартов и новых стандартов РФ по средствам и методам измерения и оценки показателей качества электрической энергии, а затем на базе ГОСТ Р 54149-2010 был разработан и 01.07.2014 введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 32144-2013 [24]. В странах Европейского Союза аналогом вышеуказанного стандарта является стандарт ЕН 50160:2010 «Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks» [93].

Согласно ГОСТ 32144-2013 несимметрия напряжений характеризуется такими показателями, как коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности и коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности. Значения данных коэффициентов в точке передачи

электроэнергии, усредненные в промежутке времени 10 минут, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени периода в одну неделю и не должны превышать 4 % в течение 100 % времени периода в одну неделю. Таким образом, только в течение 5 % времени недельного интервала измерения допускается наличие предельно допустимой величины несимметрии напряжений по обоим коэффициентам в 4 %. Относительно установившихся отклонений напряжения, которые в данном новом стандарте называются также «медленные изменения напряжения», то допускаются положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не более 10 % от номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю. По ГОСТ 32144-2013 измерения всех показателей качества электрической энергии должны проводится в соответствии с стандартом ГОСТ Р 51317.4.30-2008, что отличает его от ГОСТ 13109-97 и дает возможность сформировать единую совокупность требований к созданию системы контроля качества электроэнергии.

Надо отметить, что за принятие ГОСТ 32144-2013 проголосовали не все страны (Казахстан, Туркменистан, Республика Молдова), которые ранее в рамках Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации проголосовали за принятие ГОСТ 13109-97, кроме того, полезно проследить эволюцию стандартов качества электроэнергии, а потому стоит упомянуть требования последнего. По ГОСТ 13109-97 для коэффициентов несимметрии напряжений по нулевой и обратной последовательностям установлены в точках общего присоединения к электрическим сетям нормально допустимое и предельно допустимое значения, равные соответственно 2 % и 4 %. Минимальный промежуток времени измерений для определения соответствия значений рассматриваемых показателей качества электрической энергии нормам ГОСТ 13109-97 установлен равным 24 часа, а рекомендуемый промежуток времени - 7 суток. Наибольшие значения коэффициентов несимметрии напряжений по нулевой и обратной последовательностям,

определяемые в течение указанного временного промежутка, не должны превышать предельно допустимое значение 4 %, а значения этих же коэффициентов, определяемые с вероятностью 95 % за тот же интервал времени, не должны превышать нормально допустимого значения в 2 %. Установившиеся отклонения напряжения подразделяются на нормально допустимые, составляющие ±5 % от номинального значения напряжения и которые должны быть с вероятностью 95 % в течение расчетного периода времени, и предельно допустимые, составляющие ±10 % от номинального значения напряжения.

Что касается европейского стандарта ЕН 50160:2010, то согласно ему среднеквадратическое значение величины несимметрии напряжений за 10 минут измерений допускается до 2 % в течение 95 % промежутка времени в одну неделю, а в некоторых местах подключения - до 3 %. Среднеквадратическое значение отклонения напряжения по ЕН 50160:2010 для сетей низкого и среднего напряжений за 10 минут измерений должно составлять ±10 % от номинального значения в течение 95 % промежутка времени в одну неделю.

Номинальные значения напряжений в сетях низкого напряжения регламентируется ГОСТ 29322-2014 «Напряжения стандартные» [22]. Согласно данному документу в трехфазных четырехпроводных и трехпроводных сетях переменного тока частотой 50 Гц номинальное фазное напряжение должно составлять 230 вольт, а номинальное линейное - 400 вольт. Система 230/400 вольт является результатом развития системы 220/380 вольт. Подобное повышение напряжения повышает пропускную способность низковольтных сетей при неизменном сечении жил питающих кабелей. Все выпускаемое на данный момент оборудование должно рассчитываться на указанную систему напряжений. Однако до сих пор используется оборудование с номинальным фазным напряжением 220 вольт. В технических требованиях к такому оборудованию, обычно опирающихся на стандарты качества электроэнергии, допустимые отклонения уровня напряжения отсчитываются именно от данного

напряжения, и если нижний уровень при номинальном 230 вольт по ГОСТ 32144-2013 будет составлять 207 вольт, что укладывается в диапазон ±10 % от номинального 220 вольт, то верхний уровень будет составлять 253 вольта, что выходит за пределы диапазона ±10 % от напряжения 220 вольт. Все это создает некоторые трудности при выборе выходного номинального напряжения для устройств, корректирующих и стабилизирующих уровень напряжения. В этих условиях, например, ряд производителей стабилизаторов напряжения использует номинальное выходное напряжение 220 вольт, а некоторые оснащают свои изделия функцией автоматического переключения с 220 вольт до 230 вольт, хотя при таком переключении часто повышается нижний допустимый предел входного стабилизируемого напряжения.

1.2 Актуальность коррекции уровней напряжения и несимметрии напряжений в трехфазных сетях

Актуальность снижения величины несимметрии напряжений и поддержания нормативного уровня напряжения в трехфазных сетях может быть обоснована негативным влиянием указанных факторов на работоспособность, долговечность, безопасность, правильное функционирование и экономичность электрооборудования и иных элементов электрических сетей, а также высокой вероятностью проявления данных проблем. Надо отметить, что несимметрия напряжений довольно тесно связана с проблемой отклонения напряжения на вводах однофазных потребителей, что обычно побуждает их использовать стабилизирующие устройства для коррекции и поддержания необходимого уровня напряжения. Таким образом, решив проблему несимметрии напряжений, можно в подавляющем большинстве случаев устранить проблему отклонений напряжения, кроме ситуации, когда уровень напряжения увеличивается или уменьшается на одинаковую величину одновременно по всем трем фазам. С точки зрения электротехники, несимметрия напряжений выражается как неравенство между собой модулей векторов фазных или

линейных напряжений и углов сдвига между ними, тогда как в нормальной симметричной системе модули векторов фазных или линейных напряжений равны между собой, а углы сдвига между ними равны 120° [1, 8]. Несимметричную систему напряжений можно представить как геометрическую сумму трех симметричных систем напряжений: так называемых составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей [58]. Составляющая прямой последовательности является искомой, при добавлении к которой составляющих обратной и нулевой последовательностей получается несимметричная система напряжений. С учетом вышеуказанных обстоятельств можно проанализировать, какое влияние будет оказывать несимметричное напряжение на процессы в электрооборудовании.

В асинхронных двигателях несимметрия напряжений может вызывать дополнительный нагрев, противодействующий вращающий момент, повышенную вибрацию. Перегрев ускоряет старение изоляции обмоток, вибрация усиливает усталостные процессы в механической части, что приводит быстрому выходу электродвигателей из строя. Срок службы асинхронного электродвигателя, работающего с полной механической нагрузкой при коэффициенте несимметрии 4 %, сокращается в два раза [58, 76, 94].

Статические компенсаторы реактивной мощности, основными элементами которых являются электрические конденсаторы, при несимметрии напряжений будут отдавать неодинаковую реактивную мощность по фазам, из-за чего увеличится несимметрия токов в линии, которая приведет к еще большей несимметрии напряжений, а также есть риск пробоя диэлектрика конденсаторов, работающих в фазе с повышенным напряжением [76, 92].

В трехфазных выпрямительных схемах из-за несимметрии напряжений будут наблюдаться пульсации выходного выпрямленного напряжения, что может создать проблемы вплоть до выхода из строя для питающихся таким напряжением особо чувствительных схем, например, силовых преобразователей на мощных ЮВТ-транзисторах, которые широко применяются в частотных преобразователях, используемых в системах

автоматизированного электропривода доильных установок, насосных станций. Кроме того, возможны повреждения самих элементов выпрямителей: полупроводниковых диодов - вследствие превышения максимально допустимого обратного напряжения, сглаживающих электролитических конденсаторов - из-за превышения номинального напряжения [92, 99, 100].

Несимметричная система напряжений, поданная на симметричную трехфазную нагрузку создает несимметричную систему токов, что еще больше увеличивает уровень несимметрии напряжений. Возникающий ток нулевой последовательности может протекать частично через заземлители, вызывая высушивание почвы возле заземлителя, повышающее величину сопротивления заземления, проходит по обмоткам силового питающего трансформатора, создавая в каждом стрежне его магнитопровода магнитные потоки нулевой последовательности одинакового направления, из-за чего эти потоки не могут нормально замыкаться по стержням магнитопровода и находят себе путь через воздушные зазоры и корпус трансформатора, вызывая разогрев последнего. Помимо этого, несимметрия токов вызывает дополнительные потери активной мощности в проводах, величина которых в процентах от потерь при симметричном режиме работы сети определяется по формуле [48]:

2 / ч 2 / ч 21

ЛР%

100 %, (1.1)

'ср/ Х'ср/ Х'сру

где 1А, 1В, 1С - фазные токи, А;

1ср - среднее значение тока фаз, А;

Гф, - активное сопротивление фазного провода, Ом.

г0, - активное сопротивление нулевого провода, Ом.

По последним научным данным, потери электроэнергии в линиях напряжением 0,38 кВ и питающих трансформаторах 10/0,4 кВ при коэффициентах несимметрии токов по нулевой и обратной последовательностям, равных 25-30 %, возрастают по сравнению с симметричным режимом работы сети на 30-50 %. [46]

Вследствие несимметрии напряжений могут возрасти коммерческие

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Егоров Максим Юрьевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи / Г.И. Атабеков. - М.: Лань, 2010. - 592 с.

2. Аренков А.Б. Изготовление трансформаторов с ленточными магнитопроводами / А.Б. Аренков, А.К. Климов, Ю.Н. Липатов. - Л.: Судостроение, 1976. - 232 с.

3. Бальян Р.Х. Трансформаторы для радиоэлектроники / Р.Х. Бальян. -М.: Советское радио, 1971. - 720 с.

4. Бальян Р.Х. Трансформаторы малой мощности / Р.Х. Бальян. - Л.: Судпромгиз, 1961. - 368 с.

5. Белов А.В. - Разработка устройств на микроконтроллерах AVR / А.В. Белов. - СПб.: Наука и Техника, 2014. - 528 с.

6. Белопольский И.И. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности / И.И. Белопольский, Е.И. Каретникова, Л.Г. Пикалова. - М.: Энергия, 1973. - 400 с.

7. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии / А.И. Бертинов, Д.А. Бут, С.Р. Мизюрин, Б.Л. Алиевский, Н.В. Синева. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 230 с.

8. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов. -М.: Высшая школа, 1973. - 752 с.

9. Богданов Д.И. Феррорезонансные стабилизаторы / Д.И. Богданов, Г.К. Евдокимов. - М.: Госэнергоиздат, 1958. - 80 с.

10. Бойко В.И. Системотехника электронных схем: Аналоговые и импульсные устройства: Учебник для вузов / В.И. Бойко, А.Н. Гуржий, В.Я. Жуйков. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 496 с.

11. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов / И.Ф. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. - М.: КолосС, 2003. - 334 с.

12. Бочаров В.В. Рекомендуемые материалы для ответственного за электрохозяйство предприятия, организации, учреждения / В.В. Бочаров, С.М.

Гаврилов, В.Н. Тюлькин. - СПб.: Центр охраны труда, промышленной безопасности и социального партнерства, 2000. - 65 с.

13. Брускин Д.Э. Электрические машины. Ч. 1 / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. - М.: Высшая школа, 1987. - 319 с.

14. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов / С.Б. Васютинский. - Л.: Энергия, 1970. - 432 с.

15. Водянников В.Т. Экономическая оценка проектных решений в энергетике АПК / В.Т. Водянников. - М.: КолосС, 2008. - 263 с.

16. Вольдек А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с.

17. Вольдек А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы / А.И. Вольдек, В.В. Попов. - М.: Питер, 2008. - 320 с.

18. Воскобойников Ю.Е. Программирование и решение задач в пакете МаШСАО: учебное пособие / Ю.Е. Воскобойников. - Новосибирск: Издательство НГАСУ, 2002. - 136 с.

19. Воскобойников Ю.Е. Регрессионный анализ данных в пакете МаШСАО: Учебное пособие / Ю.Е. Воскобойников. - СПб.: Лань, 2011 - 224 с.

20. Гаврилов С.А. Искусство схемотехники. Просто о сложном / С.А. Гаврилов. - СПб.: Наука и Техника, 2011. - 352 с.

21. ГОСТ 21427.1-83. Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. - Введ. 1984-01-01. - М.: Госстандарт СССР, 1984. - 19 с.

22. ГОСТ 29322-2014. Напряжения стандартные. - Введ. 2015-10-01 - М.: Стандартинформ, 2015. - 10 с.

23. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 1999-01-01. - М.: Стандартинформ, 2006. - 29 с.

24. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость

технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 2014-07-01. - М.: Стандартинформ, 2014. - 16 с.

25. Джонс М.Х. Электроника - практический курс / М.Х. Джонс. - М.: Техносфера, 2006. - 512 с.

26. Добрусин Л.А. Проблема качества электроэнергии и электросбережения в России / Л.А. Добрусин // Энергоэксперт. - № 4 - 2008. -С. 30-35.

27. Егоров М.Ю. Устройство симметрирования напряжений / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 4. - С. 6-9.

28. Егоров М.Ю. Проблема несимметрии напряжений в сельских сетях и ее решение посредством разработки устройства симметрирования напряжений / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин, С.М. Сукиасян // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 3. - С. 42-46.

29. Егоров М.Ю. Исследование устройства симметрирования напряжений / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин // Агротехника и энергообеспечение. - 2014. - № 1 (1). - С. 476-480.

30. Егоров М.Ю. Обоснование массогабаритных параметров устройства симметрирования напряжений / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин // Инновации в сельском хозяйстве. - 2015. - № 5 (15). - С. 27-32.

31. Егоров М.Ю. Техническое решение несимметрии напряжений / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин, Н.Ю. Криштопа // Сельский механизатор. - 2015. - № 5.

- С. 28-29.

32. Егоров М.Ю. Аспекты внедрения и разработки устройства симметрирования напряжений / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин // Инновации в сельском хозяйстве. - 2016. - № 2 (17). - С. 188-194.

33. Егоров М.Ю. Обоснование оптимального стабилизатора напряжения для широкого спектра применений / М.Ю. Егоров // Промышленная энергетика.

- 2017. - № 2. - С. 48-50.

34. Егоров М.Ю. Новый подход к проблеме стабилизации трехфазного напряжения / М.Ю. Егоров // Промышленная энергетика. - 2017. - № 3. - С. 4650.

35. Егоров М.Ю. Теоретическое исследование симметрирующего устройства в установившемся режиме работы / М.Ю. Егоров // Промышленная энергетика. - 2017. - № 5. - С. 21-24.

36. Егоров М.Ю. Способы коррекции уровней напряжения и несимметрии напряжений в сетях 0,4 кВ / М.Ю. Егоров, Г.Н. Самарин, В.А. Ружьев // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2017. - № 4. - С. 279-286.

37. Ермолин Н.П. Расчет трансформаторов малой мощности / Н.П. Ермолин. - Л.: Энергия, 1969. - 192 с.

38. Зевеке Г.В. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. - М.: Энергия, 1975. - 752 с.

39. Инкубаторы для яиц [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.url:http://mirinkub.ru/item/520-ctimul-8000-universalnyjj-lotok. - 11.04.2017.

40. Карпов Ф.Ф. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий / Ф.Ф. Карпов, Л.А. Солдаткина. - М.: Энергия, 1970. - 224 с.

41. Карташев И.И. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии / И.И. Карташев, И.С. Пономаренко, В.Н. Ярославский // Электричество. - 2000. - №4. - С. 11-17.

42. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел / Э.М. Карташов. - М.: Высшая школа, 1985. - 480 с.

43. Касаткин А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - М.: Высшая школа, 2005. - 544 с.

44. Кирьянов Д.В. Самоучитель МаШСАО 13 / Д.В. Кирьянов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 528 с.

45. Коломиец А.П. Электропривод и электрооборудование / А.П. Коломиец, Н.П. Кондратьева, И.Р. Владыкин, С.И. Юран. - М.: КолосС, 2008. -

46. Косоухов Ф.Д. Потери мощности и напряжения в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке / Ф.Д. Косоухов // Техника в сельском хозяйстве. - 1988. - № 3. - С. 5-8.

47. Косоухов Ф.Д. Методы расчета, способы и средства снижения потерь электрической энергии и повышения ее качества в сельских распределительных сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке : дис... д-ра техн. наук : 05.20.02 / Косоухов Ф.Д. - Л., 1989. - 506 с.

48. Косоухов Ф.Д. Несимметрия напряжений и токов в сельских распределительных сетях / Ф.Д. Косоухов, И.В. Наумов. - Иркутск: ИрГСХА, 2003. - 257 с.

49. Косоухов Ф.Д. Снижение потерь электроэнергии в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке / Ф.Д. Косоухов, В.Ф. Петров, М.Ю. Теремецкий, Н.Ю. Криштопа // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - № 5. -С.14-17.

50. Костенко М.П. Электрические машины. Ч. 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. - Л.: Энергия, 1972. - 644 с.

51. Котенев С.В. Расчет теплового режима для трансформатора тороидального типа / С.В. Котенев, А.Н. Евсеев // Практическая силовая электроника. - 2003. - № 10. - С. 21-25.

52. Котенев С.В. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей / С.В. Котенев, А.Н. Евсеев. - М.: Горячая линия - Телеком, 2013. -360 с.

53. Кудрявцев И.Ф. Электрооборудование животноводческих предприятий и автоматизация производственных процессов в животноводстве / И.Ф. Кудрявцев, В.А. Карасенко, А.В. Корсаков, О.С. Шкляр, В.П. Степанцев. -М.: Колос, 1979. - 368 с.

54. Кузнецов В.Г. Оценка экономического ущерба от несимметрии и несинусоидальности напряжений в промышленных системах электроснабжения

/ В.Г. Кузнецов, В.Г. Николаенко // Техническая электродинамика. - 1980. - № 1. - С. 33-37.

55. Кузнецов В.Г. Устройства повышения качества электрической энергии в низковольтных сетях с нулевым проводом / В.Г. Кузнецов // Электричество. - 1978. - № 10. - С. 6-10.

56. Лейтес Л.В. Схемы замещения многообмоточных трансформаторов / Л.В. Лейтес, А.М. Пинцов. - М.: Энергия, 1974. - 192 с.

57. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов / Л.В. Лейтес. - М.: Энергия, 1981. - 392 с.

58. Лещинская Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства / Т.Б. Лещинская, И.В. Наумов. - М.: КолосС, 2008. - 655 с.

59. Любимов Э.В. MathCAD. Теория и практика проведения электротехнических расчетов в среде MathCAD и Multisim / Э.В. Любимов. -СПб.: Наука и техника, 2012. - 400 с.

60. Мазель К.Б. Трансформаторы электропитания / К.Б. Мазель. - М.: Энергоиздат, 1982. - 80 с.

61. Маркушевич Н.С. Качество напряжений в городских электрических сетях / Н.С. Маркушевич, Л.А. Солдаткина. - М.: Энергия, 1975. - 256 с.

62. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.

63. Милях А.Н. Схемы симметрирования однофазных нагрузок в трехфазных цепях / А.Н. Милях, А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов. - Киев: Наукова думка, 1973. - 219 с.

64. Мирошник А.А. Снижение сопротивления нулевой последовательности в четырехпроводных сетях 0,38/0,22 кВ / А.А. Мирошник, Ю.Ф. Свергун // Энергетика и автоматика. - 2012. - № 2. - С. 1-6.

65. Налимов В.В. Теория эксперимента / В.В. Налимов. - М.: Наука, 1976. - 208 с.

66. Наумов И.В. Способы и технические средства снижения несимметрии

токов и потерь электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ : дисс... канд. техн. наук : 05.20.02 / Наумов И.В. - Л., 1989. - 277 с.

67. Никитский В.З. Маломощные трансформаторы / В.З. Никитский. - М.: Энергия, 1968. - 88 с.

68. Никулин В.И. Теория электрических цепей / В.И. Никулин. - М.: РИОР: ИНФРА-М, 2013. - 240 с.

69. ОАО «Псковэнергосбыт» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.url:http://pskovenergosbit.ru/. - 12.04.2017.

70. Патент RU 2552377 С2, кл. H02J3/26 Устройство симметрирования напряжений трехфазной сети / Егоров М.Ю., Самарин Г.Н., Шилин В.А., Сукиасян С.М., Поляков С.В., Луканов С.Н.; опубл. 10.06.2015 Бюл. № 16.

71. Патент RU 2641649 С1, кл. H02J3/26 Устройство симметрирования и стабилизации трехфазного напряжения / Егоров М.Ю.; опубл. 19.01.2018 Бюл. № 2.

72. Перова М.Б. Экономические проблемы и перспективы качественного электроснабжения сельскохозяйственных потребителей в России / М.Б. Петрова. - М.: ИНП РАН, 2007. - 142 с.

73. Попов Н.М. Аварийные режимы в сетях 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью / Н.М. Попов. - Кострома: Издательство КГСХА, 2005. - 167 с.

74. Провод обмоточный с эмалевой изоляцией ПЭТВ-2 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.url:http://sales-emalprovod.ru/mdex.php/provod-obmotochnyj-emalprovod/29-petv-2. - 12.04.2017.

75. Рожавский С.М. Несимметричные режимы работы сельскохозяйственных электрических сетей 380/220 В. Учебное пособие / С.М. Рожавский. - М.: МИИСП, 1980. - 56 с.

76. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение: Учебное пособие / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. - М.: РадиоСофт, 2011. - 328 с.

77. Сталь электротехническая марки 3408 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.profprokat.ru/content/view/1290/87/. - 12.04.2017.

78. Стародубцев Ю.Н. Теория и расчет трансформаторов малой

мощности. / Ю.Н. Стародубцев. - М.: ИП РадиоСофт, 2005. - 320 с.

79. Сырых Н.Н. Надежность электрооборудования ферм / Н.Н. Сырых, Ю.С. Борисов. - М.: Росагропромиздат, 1989. - 72 с.

80. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов / П.М. Тихомиров. - М.: Ленанд, 2014. - 528 с.

81. Федосеев Д.Н. Технология изготовления силовых трансформаторов и дросселей, применяемых в радиотехнике / Д.Н. Федосеев. - М.: ГЭИ, 1959. -156 с.

82. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры / Г. Д. Фрумкин. - М.: Высшая школа, 1977. - 270 с.

83. Хернитер М.Е. Multisim. Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств / М.Е. Хернитер. - М.: ДМК-Пресс, 2006. - 488 с.

84. Хныков А.В. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов / А.В. Хныков. - М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 100 с.

85. Хоровиц П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. - М.: Мир, 2009. - 704 с.

86. Цыкин Г.С. Трансформаторы низкой частоты / Г.С. Цыкин. - М.: Связьиздат, 1950. - 418 с.

87. Шатенье Г. Учебник по общей электротехнике / М. Боэ, Д. Буи, Ж. Вайан, Д. Веркиндер. - М.: Техносфера, 2009. - 624 с.

88. Шидловский А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов. - Киев: Наукова думка, 1985. - 268 с.

89. Шидловский А.К. Оптимизация несимметричных режимов систем электроснабжения / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов, В.Г. Николаенко. - Киев: Наукова думка, 1987. - 173 с.

90. Электронасосы Pedrollo [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.url:http://www.pedrollonasos.ru/. - 03.04.2017.

91. Электронные компоненты и приборы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ^ги^ж!: https://www.chipdip.ru/. - 14.04.2017.

92. Bakshi U.A. Basic Electrical Engineering / U.A. Bakshi, V.U. Bakshi. -Pune: Technical Publications Pune, 2008. - 625 p.

93. Chapman S.J. Electric Machinery and Power System Fundamentals / S.J. Chapman. - New York: McGraw-Hill, 2001. - 338 p.

94. Dugan R.C., McGranaghan M.F., Santoso S., Beaty H.W. Electrical Power Systems Quality / R.C. Dugan, M.F. McGranaghan, S. Santoso, H.W. Beaty. - New York: McGraw-Hill Companies, 2004. - 525 p.

95. EH 50160:2010. Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks. - Introd. 2010-01-01. - Brussels: European Copper Institute, 2013. - 30 p.

96. Gates E.D. Introduction To Basic Electricity and Electronics Technology / E.D. Gates. - Del Mar: Cengage Learning, 2014. - 607 p.

97. Gill P. Electrical Equipment Maintenance and Testing / P. Gill. - New York: CRC Press, 2009. - 1002 p.

98. Giridhar Kini P. Impact of Voltage Unbalance on the Performance of Three-Phase Induction Motor / P. Giridhar Kini // The South Pacific Journal of Natural Sciences (SPJNS). - 2006. - № 10. - P. 45-50.

99. Giridhar Kini P. A Novel Approach Towards Interpretation and Application of Voltage Unbalance Factor / P. Giridhar Kini // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2007. - № 4. - P. 2315-2322.

100. Giridhar Kini P. Performance Analysis of Centrifugal Pumps Subjected to Voltage Variation and Unbalance / P. Giridhar Kini // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2008. - № 2. - P. 562-569.

101. Giridhar Kini P. Effect of voltage and load variation on efficiencies of motor-pump system / P. Giridhar Kini // IEEE Transactions on Energy Conversion. -2010. - № 2. - P. 287-292.

102. Gross C.A. Fundamentals of Electrical Engineering / C.A. Gross, T.A. Roppel. - New York: CRC Press, 2012. - 446 p.

103. Hayt W.H. Engineering circuit analysis / W.H. Hayt, J.E. Kemmerly, S.M. Durbin. - New York: McGraw-Hill, 2002. - 779 p.

104. Herres D. Troubleshooting and Repairing Commercial Electrical Equipment / D. Herres. - New York: McGraw-Hill, 2013. - 257 p.

105. Kiameh P. Electrical Equipment Handbook: Troubleshooting and Maintenance / P. Kiameh. - New York: McGraw-Hill, 2004. - 498 p.

106. Lin J. Electricity Markets: Theories and Applications / J. Lin, F.H. Magnago. - New York: Willey-IEEE Press, 2017. - 336 p.

107. Mayergoyz I.D. McAvoy P. Fundamentals of Electric Power Engineering / I.D. Mayergoyz, P. McAvoy. - Singapore: World Scientific Publishing Company, 2014. - 540 p.

108. Milanovic J.V. Statistical Estimation of the Source and Level of Voltage Unbalance in Distribution Networks / J.V. Milanovic, N.C. Woolley // IEEE Transactions on Power Delivery. - 2012. - № 27 (3). - P. 1450-1460.

109. Milanovic J.V. Probabilistic Estimation of Voltage Unbalance in MV Distribution Networks with Unbalanced Load / J.V. Milanovic, Z. Liu // IEEE Transactions on Power Delivery. - 2015. - № 30 (2). - P. 693-703.

110. Rau N.S. Optimization Principles: Practical Application to the Operation and Markets of the Electric Power Industry / N.S. Rau. - New York: IEEE, 2003. -352 p.

111. Rim C.T. Wireless Power Transfer for Electric Vehicles and Mobile Devices / C.T. Rim, C. Mi. - New York: Wiley-IEEE Press, 2017. - 632 p.

112. Stevenson W.D. Power system analysis / W.D. Stevenson, J.G. John -New York: McGraw-Hill, 1994. - 787 p.

113. Sumper A. Electrical Energy Efficiency: Technologies and Applications / A. Sumper, A. Baggini. - Hoboken: John Willey & Sons, 2012. - 550 p.

114. Thompson M.T. Power Quality in Electrical Systems / M.T. Thompson, A. Kusko. - New York: IEEE, 2008. - 336 p.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Реализация алгоритма расчета параметров элементов

УССФН в программе MathCAD

Ввод параметров и данных

Номинальная мощность устройства (ВА): := 1500

Номинальное фазное напряжение на выходе устройства (В): ин := 230

Максимальные падения напряжения на обмотках (В): с1п := 7,5 Лц^ := 0.25

Максимально допустимое фазное напряжение на входе устройства (В): и1 := 380

Максимально ожидаемые сдвиги по фазе между током и напряжением индуктивного и емкостного характеров (в градусах): Фцшх:= 0 Фетах:= 0

Технологическое окно магнитопровода (м): := 0,036

Максимально допустимое симметричное отклонение входных фазных напряжений в меньшую сторону {%): к^ := 20

Отношение активных сопротивлений первичной и вторичной обмоток: := 2.756

Константы и справочные данные

X := 0.0043 рК := 0.0175- 10~ 6 рм := 8890 рс := 7650 := 0.97 а := 14

4

а:= 1.08 Ь := 1.16 Рп := 1.2 В := 1.5 Г := 50

Р() := 1.2 Вычисления

Ч := -л

г0 2

у := — \ := р^-у-В

1.7

ка:=

100

Т2

3-и,

н

Ду := ёи

АВ0 '

+ 1+2-

ка-з

•сой

■¿г(240 - Ктах| - |Фстах|)

Фсь:= -

|ФСтах|

180 н---эсоб

■к

Гк^

v кс1 j

180

2

т 2 1

+ 'АВО " 1

Ц,-3

120

1ь := —;--- и + соб

3-

О* "О

-^•(Фстах-Фьтах-240)

2

^2

Гц,-

+ 2 +--2-соэ

"^•(Фьтах - ФСтах + 120)

ка-з

•2-соб

^•(ФСЬ - ФСтах " 120) + 2'С0К| "^ (ФСЬ " Фьтах " 240)

180

I,

"1 ^ 0й(|Фьгаах| + |Фстах|)й12° 2-кЙ-12

* 120<(|Фьтах| + |ФСтах|)^135 'I "2 ^ 135<(|Фьтах| + |Фстах|)^180

Pml(T'e'AUd) := "^А^В^СФА'ФВ'ФС Т,е,Аш)

•в:= h :c:= h ФА:=0 Фв := Фьтах фс:= 0

Pm2(T's'AUd) П4(1А'1В'1С'ФА'ФВ'Фс T,s,AUd)

IA:=0 JC:=I2 ФД:=° Фв := Фьтах фс:= 0

Pm3(T,s,AUd) := П4(1а,1в,1С,ФД,ФВ,ФС T,s,AUd)

IB:=I2 ÏC := I2 Ф/ := 05Фьшах Фв := Фьтах фс:= 0

Рт4(т,е,Дш) := п4(1А,1в,1с,фА,фв,фс Т,е,Аш)

!A-T2 IB:=0 IC:=I2 фА:=0 Фв := 9 Linux фс:= 0

Pm5(T,s,AUd) := П4(1А,1В,1С,ФА'ФВ'ФС T,s,AUd)

Ёц(т,в AUd) (Pml(T'e'AUd)2Pm2(T e,AUd))

g12(T,e AUd) := (Pml(T-e'AUd)£Pm3(T e ' AUd))

ël3(t,s AUd):= (pml(T>e'AUd)^pm4(T s,AUd))

&u(T>s AUd)(Pml(T'e'AUd)äPm5(T e,AUd))

ggl(T,e AUd):= 8ll(T'e>AUd) A §12(T-e AUd) л ё1з(т' е, Д Ud) л êl4(T> е,Дш)

^2l(T's AUd):= (Pm2(T'8'AUd)>Pml(T s,AUd))

g22(T,e AUd):= (Pm2(T'8'AUd)>Pm3(T 6 ' AUd))

g23(T,s AUd) := (Pm2(T.e'AUd)>Pm4(T e,AUd))

g24(T,s AUd) := (Pm2(T's'AUd)>Pms(T e,AUd))

gg2(T,s AUd)S2l(T-s'AUd)AS22(T's AUd) л ё2з(Т' s,A Ud) л МТ' е ' AUd)

g3l(T,e AUd) := (Pm3(T's'AUd)>Pml(T s,AUd))

ß32(T'E AUd} (Pm3(T-e'AUd)>Pm2(T e,AUd))

ёзз(т'е AUd)(Pm3(T-s'AUd)>Pm4(T e,AUd))

S34(T'e AUd) := (pm3(T's'AUd)>Pm5(T s,AUd))

gg3(t>s AUd):= S3l(T-s'AUd) лё32(Т'е AUd) A §зз(т> s, А Ud) л ё34(Т' е,Дщ)

g41(T,s AUd)(Pm4(T'e'AUd)>Pml(T s,AUd))

g42(T,s AUd) := (pm4(T'e'AUd)>Pm3(T e,AUd))

§4з(Т'е AUd):= (Pm4(T's'AUd)>Pm2(T B,AUd))

g44(T,s AUd) := (Pm4(T'8'AUd)>Pm5(T s,AUd))

ёё4(Т,е,Дш) := Вц(Т,в,Дш) л |>42(Т,е,Дш) л ё43(Т,е,Дш) л ё44(Т,е,Дш)

ё51(Т'е • Аш)(Рт5(Т'е' Аш) > Рт1 (Т>е *лис1}} ё52(т,е,Дш) := (Рт5(т,е,Дш) > Ртз(т,е,Дш))

Ё5з(т,е,Дш) (Рт5(т,£,Дш) > Рт4(Т,е,Дш))

§54(т,е,Дш) := (Рт5(т,е,Дш)>Рш2(т,в,Дш))

ёё5(Т'Е'Аш) := 851(Т>е'Аш) А 852(Т>е'Лш) л §5з(Т'е'Дис1) л ё54(Т>е>Дш) рсио(Т'5'Дш):= ртах*-рт1(т>е>дш) * ёё1(т>е'Дш)

шах

шах

Рт2(Т'е'Диа) * её2(т>е>дш)

Рт3(т,е,Дш) * ^3(т,с,Дш)

Ртах^Рт4(Т'е'Диа) ^ &ё4(Т?е,Диа)

Рт^<-Рт5(т,е,Дш) Я К5(т,е,Дш)

тах

тах

Рси(Т'е>Аш):= ^ + Х-т)-Рси0(т,е,Дис|)

п5(Р&,Т,к,е,Дш) :=

Н (РГе + Рси(т,е,Дш))2

2 2 2 4-тг-а -(1 + к) -Т

К1(р&,Т,к,в,Дш) := Р2(Р£е,Т,М,ЛШ):=

п5(р&1Т)к,в,Дш)- —

Ге

2-а-(1 + к)-Т

че

Рси(Т'£'Дщ) + РГе

п5(РГе,Т,к,е,Дш)

2-а-(1 + к)-Т

Ге

Эси(Т'е'Аш)

+ Р,

Ге

ЦРГе,Т,к,е,Дш) := -

2-а-(1 + к)-Т

к

И Рси(Т'е'Дш) + РГе

У](Т,к)-

50(РГе,Т,к,е,Дш) := ~ 0(Р&,Т,к,е,Дш) := х1(т,к,е,Дш)

(Рси(Т'е>Аш) + РГе)2

Гс

У2(Т,к)-

Те

Рси(Т'Е>Аш)

+ Р,

Ге

[Чи(Т'е'Аш) + РГе

Л3

V "Се У

Целевая функция для предварительной минимизации:

м(РГе,Т,к,Е,Дш) := с1^Т,е,

хи(Т>е>Дш)

+ Р

Ге

рГе:= 1 Т:=55

V

к:= 1

Ге

с1рГе

АШ:= 1

е := 1

Предварительная минимизация целевой функции:

Given

1000000-ST < 1000000-S0(Pfe,T,k,s,AUd) - 1000000

Q(pfe,T,k,S,AUd) 2000.R,(pfe,T,k,B,Aud) > 1000-D-p M(Pf£!T,k,s,AUd) > 0

pR.b-ur^i2.(i + х-т).(рси(т,е,дш) + Pfe)

1000000-

1000000

>/2-я-f-B-kc-a-T-Ay-Pfg

PRb-ur|.id.(i + х.т).(рС11(т,е,дш) + pfe)

< 9.8980

< 9.8980

V2-^.f.B.kt.a.T-Aud-kd.Pfe 2000-R1(Pfe,T,k,e,Aud) < 150 2000-R2(>fe,T,k,e,Aud) < 320 1000-h(Pfe,T,k,e, Ащ) < 120

2000.К,(Р&,Т,к,Е,Дш) > 1000-h(pfe,T,k,s,AUd)

0 < T < 55 s > 0

к > 0

0<дш<

r^T.s)

kd r2(T)

<k.

R

0:= Мии1шге^М,Р^е,Т,к,е,Дщ^

Расчет предварительных значений конструктивных параметров по результатам предварительной минимизации целевой функции:

М(О0.0'О1.0'О2 0'О3.0'°4.0) = 5 611 Рси(°1.0'°3.0'04.о)=21317 1000050(000,010,020,030,040)=30.933 10000-д(00.0,О10,О20!О30>О4 0)= 20.754

200Р1(000,010,О20>О3 0,О40) = 6.276 200Р2(00 0,01 0,О2 0,О3 0,О4 0) = 12.574

(О00,О10,О20,О30,О40) =4.505 10000-^ = 10.179

РК-ь-иг?-12.(1 + хо10)-(рси(о10,о30,о40) + о00)

100

St :=

sd :=

Si :=

1 PRb-Ur^-Id-| [2-п-{Вкс •с И v01 ;pcui .о'ди-°оо (°1.0'°3.0'°4.0) 1 + °о.о)

p^-b-Uj-^-Ij'l : ji f-B-k^-a ■ 1 и э1.0 [Peul O4.0kd-°0.0 (°1.0'°3.0'°4.0) 1 + °о.о)

V2.«.f.B.kc-a.OL0.Au.O3_0.Oa0

1000- --S2 = 1.052 1000- -■S1 = 1.059 1000- —-sd = 1.176

1000000-s2 = 0.869

1000000-Sj = 0.881

1000000 sd = 1.086

Вычисления с учетом полученных по результатам предварительной минимизации значений конструктивных параметров:

5(В) := рс-кс-у-В2 С1(В):= —

у В

У1(Т,к,В):=

к-^(В)

2 ,22 4-п-а (1 + к) -Т

у2(Т,к,В):=

2-а-(1 + к)Т

5(B)

IA:=0

IC:=I2

фд:=0

==ФЬ:

шах

ртз(Т'ДШ'Аи)пб('А'^В'^С'ФА'ФВ'ФС'^'AU'AUd)

lA h !В h 'с h Фа 0-5'Фьшах Фв Фьтах

Pm4(T'AUd'Au):= пб(^А'%>^С'ФА'Фв'ФС'AU'AUd)

IA := I2 IB := 0 Ic := \ ф д := 0 фв := фЬтах

Pm5(T'AUd'Au):= ^А'Ъ'ЬФА'ФВ'ФС'Т^и^ш)

фс:=0 фс:=0

ëll(T ё12(Т gl3(T ё!4(Т ggl(T S2l(T ё22(Т 82З(Т

мт

gg2(T S3l(T §32(Т

ёзз(т

Й34(Т

gg3(T

g4l(T S42(T

843(Т gg4(

851(

M

Ud

L'd

*Ud

Ud

Ud

*Ud

*Ud

Ud

4;d

Ud

Ud

Ud

*Ud

Ud

Ud

*Ud

Ud

Ud

*Ud

Ud

4Ud

*Ud

ли):= ли):=

Au):= Au):= ):=

8n(T'Aud'Au)

Pm2(T'AUd'AU

Au)~ Au);= Au) Au):= Au):= Au):= Au) Au):=

4u

mj.

(T, (T.,

'Ud' U

'Ud' U

Pml(T>AUd'A

ml

(T.-

U

'Ud' U

(T„ (T„

'Ud' U

'Ud' U

Pm2(T'AUd'AU g2l(T'AUd'Au) тз(Т'АШ'Аи Pm3(T'AUd'AU

m3

(T.-

'Ud' U

U

m3(T'AUd'A S3l(T'AUd'Au)

'Ud' U

4(т,дш,ди 4(т,Дш,Ди

m4(T'AUd'AU ë4l(T'AUd'Au) Pm5(T'AUd'AU m5(T'AUd'AU

>P

m2