В Г Ягуп, М А Литвин, Д С Луценко - Режимы работы низкочастотного корректора коэффициента мощности - страница 1

Страницы:
1  2 

------- • і •-------------------------------------------------

Рассмотрены электромагнитные про­цессы в низкочастотном корректоре коэф­фициента мощности. Представлены ре­зультаты моделирования работы коррек­тора с помощью пакета СИМПАТ.

------------------------------------------ '   * '----------

УДК 621.314.632

 

В.Г. Ягуп, д.т.н., проф., М.А. Литвин, инженер, Д.С. Луценко, магистрант Харьковская национальная академия город­ского хозяйства, г. Харьков

Е.В. Ягуп, к.т.н.,

Е.Я. Ивакина, инженер

Харьковская государственная академия

железнодорожного транспорта, г.ХарьковРЕЖИМЫ РАБОТЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО КОРРЕКТОРА КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

 

Последнее десятилетие характеризуется интенсивным интегрированием электронной бытовой техники в системы электроснабжения сетей низкого напряжения. Эти потребители уже составляют значительную долю в общих показателях потребления электроэнергии. Не­смотря на относительно небольшие мощности таких потребителей, они могут оказывать су­щественное влияние на условия работы сетей. По существу указанные группы потребителей относятся к существенно нелинейным нагрузкам, из-за чего могут сильно искажаться формы потребляемых из сети токов. В сетях, питающих существенно нелинейные нагрузки, наблю­дается возрастание уровней высших гармоник токов, а также уменьшение cos ф, что в целом снижает коэффициент мощности, являющийся интегральным показателем качества потреб­ления электроэнергии [1-3].

В связи с этим большое внимание уделяется разработке специальных устройств для коррекции коэффициента мощности [4], схема которого изображена на рис. 1.

Эта схема отличается простотой реализации и управления, высокой надежностью, по­этому она вполне может рассматриваться как возможный вариант для питания электриче­ских систем коммунального потребления постоянного тока.Здесь выпрямитель на диодах Д1, Д2, Д5, Д6 представляет собой основную силовую схему, питающую нагрузку Ян с емкостным фильтром Сф. Индуктивность L1 с биполярным управляемым ключом, собранном на диодах Д3, Д4, Д7, Д8, силовым транзистором УТ1, об­разуют собственно схему корректора коэффициента мощности.

При отсутствии корректора выпрямитель, питающий резистивно-емкостную нагрузку, обусловливает импульсный характер потребления энергии от сети. Это связано с тем обстоя­тельством, что заряженная емкость фильтра играет роль противо э. д. с., из-за чего момент отпирания диодов выпрямителя задерживается, пока напряжение сети не превысит напряже­ние на фильтре. С другой стороны вследствие относительно быстрого дозаряда фильтрового конденсатора диоды заряжаются намного раньше, чем синусоиды питающего входного на­пряжения уменьшаются до нуля. Поэтому угол проводимости вентилей 0 < 180, что отли­чает режим работы выпрямителя на резистивно-емкостную нагрузку по сравнению с работой на активную нагрузку [1]. Осциллограммы показывают, что потребляемый выпрямителем ток имеет форму треугольных импульсов имеющих большую амплитуду и сдвинутых влево относительно максимума питающей синусоиды. Это и вызывает появление высших гармо­ник и уменьшение cos ф.

При работе с корректором коэффициента мощности ключевой тиристор УТ1 открыва­ется с удвоенной частотой сети импульсами, поступающими в моменты пересечения сину­соидой питающего напряжения оси времени. (Длительность At открытого состояния транзи­стора может регулироваться, и в зависимости от нее могут изменяться режимы работы вы­прямителя с корректором коэффициента мощности и условия электропотребления). На время открытого состояния транзистора Т дроссель подключается параллельно сети, и ток в нем возрастает по нелинейному закону, поскольку входное напряжение синусоидально. Диоды выпрямителя оказываются запертыми напряжением на фильтровом конденсаторе, и выход­ная цепь фактически отсечена от сети.

Уравнения по методу переменных состояния [4] для этапа накачки индуктивности имеет вид:
После запирания транзистора Т диоды ключа запираются, и накопленный ток индук­тивности iL устремляется в диоды выпрямителя, отпирая соответствующую пару диодов по диагонали. Теперь энергия индуктивности отдается фильтровому конденсатору подзаряжая его. Подзаряд конденсатора заканчивается в момент спадания тока индуктивности к нулю, вследствие чего диоды выпрямителя закрываются, и фильтровый конденсатор оказывается опять отсеченным от сети и отдает нагрузке свою энергию, разряжаясь по экспоненциально­му закону с постоянной т=КнСф.

Для этапа накачки конденсатора уравнения состояния приобретают вид


\dVc =

1

dt

C ф

 

 

dt

Lk


 

 

 

cгде Uc = Em sin wt.Для решения задачи анализа процессов в схеме компенсатора коэффициента мощно­сти была использована система имитационного моделирования тиристорных преобразовате­лей СИМПАТ, основанная на применении сигнальных графов [4]. Информация о схеме зада­ется в виде текстового файла, создаваемого в диалоговом режиме подпрограммой ввода.

Содержимое этого файла представлено на рис. 2. Моделирование проводилось в пространстве нормированных параметров [4].

В качестве базовых величин выбраны: а) амплитуда задающего напряжения питающей сети

 

Em=100В

б) период сети

Т=2 с

 

в) сопротивление нагрузки

Ян=5 Ом

 

С учетом базовых величин параметры элементов корректора определяются следую­щими величинами: L1=0,2 Гн, R1=0,001 Ом; С1=0,5 Ф.

 

I НИЗКОЧАСТОТНЫЙ КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ I

 

8

1

1

2

1   0   0 9

E

1

1

4

 

С

1

7

8

5. 00000000000000E-0001

R

1

1

2

1.00000000000000E-0003

R

2

7

8

5.00000000000000E+0000

L

1

2

3

2.00000000000000E-0001

B

1

3

6

 

B

2

5

4

 

B

3

3

7

 

B

4

8

4

 

B

5

4

6

 

B

6

5

3

 

B

7

4

7

 

B

8

8

3

 

B

9

3

5

6

 

0 0

0

0 0

0 0

0 1

2.0000000000 512   1.00000000000000E-0004   0.0000000 20.0000000

0.00000 0.00000 s 100.000000000000000 2.000000000000000 0.000000000000000

 

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

0

0.00000

0.00000

0.00000

0.00000

10

1.00000

0.00000

0.00100

0.20000

Рис.2. Файл кодировки схемы низкочастотного корректора коэффициента мощности

для моделирования в системе СИМПАТСиловой транзистор в соответствии с алгоритмом управления открывается с двойной частотой в моменты времени, когда питающее напряжение сети становится равным нулю. В зависимости от длительности пребывания транзистора в открытом состоянии аТ можно на­блюдать три режима работы корректора.

Режим прерывистого тока компенсирующего дросселя. В этом режиме вследствие не­достаточной длительности ау компенсирующий дроссель приобретает малую энергию, кото­рая при запирании транзистора незначительно повышает напряжение на выходном конденса­торе. Поэтому выходное напряжение не превышает питающее напряжение, и далее в полу­периоде диодный мост выпрямителя Д1, Д2, Д5, Д6 отпирается под действием питающего напряжения, и через компенсирующий дроссель протекает второй импульс тока заряда кон­денсатора от сети. Первая гармоника сетевого тока, таким образом, несколько смещается во времени влево на небольшую величину. Этот сдвиг можно увеличить за счет увеличения площадки первого токового импульса корректирующего дросселя. Для этого можно умень­шить величину индуктивности, благодаря чему увеличится скорость нарастания тока через дроссель при его накачке при включенном силовом транзисторе. При увеличении угла про­водимости силового транзистора до аТ = 0,2 ток корректирующего дросселя становится од-ноимпульсным, хотя качественно по-прежнему наблюдается отдача энергии дросселя и по­следующая подзарядка выходного конденсатора от сети. На рис.3 приведены диаграммы то­ка сети и выходного напряжения выпрямителя при аТ =0,2, приводящая к этому режиму.200 150 100 50 0

1

-50 -100 -150


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і 0—

 

 

 

"1 і

с

 

 

 

"1 *

л

 

 

 

"1 *

с

 

 

 

 

.0_

 

 

 

 

.о

 

 

 

і

.и

 

 

 

і  1

.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Временные диаграммы токов и напряжений корректора коэффициента мощности

 

Результаты моделирования в виде временных диаграмм наглядно показывают улуч-
шение формы
сетевого тока вследствие работы корректора. Синусоида отражает напряжение
питающей сети, однополярное напряжения на
выходном конденсаторе вследствие накачки
близко к амплитудному значению питающего напряжения. Ток питающей сети имеет форму
1'2009 СВІТЛОТЕХНІКА ТА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА 59несинусоидальных двухполярных импульсов, которые благодаря включению корректирую­щего дросселя улучшают сдвиг первой гармоники сетевого тока по отношеню к напряжению сети.

 

 

Литература

1.        Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей.- М.: Энергия, 1978.- 320 с.

2.        Мадьяр Л. Коэффициент мощности (cos ф).- М-Л.: Госэнергоиздат, 1961.-376 с.

3.        Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 320 с.

Ягуп В.Г. Автоматизированный расчет тиристорных схем. Харьков: Вища школа, 1986.-160 с.

 

 

 

РЕЖИМИ РОБОТИ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО КОРЕКТОРА КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ В.Г. Ягуп, М.А. Литвин, Д.С. Луценко, Е.В. Ягуп, Е.Я. Ивакина Розглянуто електромагнітні процеси в низькочастотному коректорі коефіцієнта потужності. Представлені результати моделювання роботи коректора за допомогою па­кета СІМПАТ

 

LOW - FREQUENCY POWER FACTOR CORRECTOR'S OPERATIONS V.G. Yagup, M.A. Litvin, D.S. Lutsenko, K.V. Yagup, K.Y. Ivakina Electromagnetic processes in low frequency power factor corrector are considered. Results of simulation with program SIMPAT are presented.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

В Г Ягуп, М А Литвин, Д С Луценко - Режимы работы низкочастотного корректора коэффициента мощности