Алгоритм управления функциональными устройствами трёхфазного корректора коэффициента мощности

АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 КОРРЕКЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ 11
1.1 Однофазная активная коррекция коэффициента мощности 15
1.2 Трёхфазная коррекция коэффициента мощности 16
1.3 Обзор патента 22
2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА КОРРЕКЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА
МОЩНОСТИ 28
2.1 Разработка структурной схемы 28
2.2 Разработка алгоритма 30
2.3 Формирование логики управления коммутируемыми выпрямителями 43
2.4 Энергетический расчёт 46
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
ПРИЛОЖЕНИЕ А

Купить

Несмотря на стремительное развитие технологий в отрасли энергетики, по- прежнему сохраняется проблема потерь электроэнергии в сетях. Одной из таких проблем является потеря энергии в сети, вызванная низким коэффициентом мощности [1].
Для дальнейшего понимания сути работы, введём дополнительные определения.
Активная мощность - иными словами полезная или реальная мощность. Именно эта величина приводит в движение оборудование и выполняет полезную работу. Единицы измерения - ватты.
Реактивная мощность - мощность, необходимая устройствам с наличием индуктивных или емкостных элементов в нагрузке. Единицы измерения - вары.
Полная мощность - скалярное произведение активной и реактивной мощностей. Единица измерения - ВА (вольт-амперы) [2, с.156].
Коэффициент мощности - это отношение активной мощности к полной мощности. Данный параметр характеризует рациональность потребления электрической энергии из сети. Или, другими словами, наличие реактивной составляющей в потребляемом токе различных электрических устройств. Коэффициент мощности обозначается либо символом Л, либо с о s( р) [3].
Расчёт коэффициента мощности приведён в формуле (2). Графически коэффициента мощности можно представить при помощи векторной диаграммы изображённой на рисунке В. 1.
5 = V р 2 + (?2 , (1)
где S - полная мощность, ВА;
P - активная мощность, Вт;
Q - реактивная мощность, Вар.
со s(p ) = ( 2 )
О
где с о s( p ) - коэффициент мощности.


Рисунок В. 1 - Векторная диаграмма мощностей
Значение величины коэффициента мощности может варьироваться от 0 до 1. Чем это значение выше, тем более хорошие характеристики показывает потребитель электроэнергии, так как содержание реактивной мощности уменьшается.
При увеличении реактивной составляющей, увеличивается полная мощность, что в свою очередь приводит к ухудшению коэффициент мощности.
Высокое значение коэффициента мощности обеспечивает:
- снижение платы поставщику энергии;
- увеличение пропускной способности системы энергоснабжения и уменьшение потерь электроэнергии;
- увеличение уровня напряжения в энергосистеме, уменьшение нагрева проводов, а также более эффективную работу устройств [4, с.46].
Существуют два вида искажения в сети переменного тока: гармонические и нелинейные.
Гармоническими искажениями называется явление, при котором синусоидальный сигнал тока смещается относительно синусоидального сигнала напряжения по фазе. Данное явление продемонстрированно на рисунке В.2. Это происходит при наличии индуктивной или емкостной нагрузки устройства.
Вследствие чего суммарная активная мощность будет иметь меньшие значения из-за того, что в некоторые моменты времени значения тока и напряжения имеют противоположные знаки как на рисунке В.3.

Рисунок В. 2 - Гармонические искажения тока



Рисунок В.3 - Передача энергии при гармонических искажениях тока
Положительные участки зависимости мощности от времени (участки со знаком “+”) характеризуют передачу энергии из сети в нагрузку, а отрицательные (со знаком “-”) - возврат части энергии в сеть [5, с.94].
Улучшение значения коэффициента мощности в данном случае можно обеспечить благодаря коррекции реактивной составляющей мощности, путём
включения в цепь реактивного элемента с противоположным действием. Например, асинхронные электродвигатели и генераторы обладают большой индуктивной нагрузкой. Для компенсации индуктивной реактивной составляющей, в параллель включают конденсатор.
Нелинейные искажения представляют собой изменение формы потребляемого тока [6, с.93]. На рисунке В. 4 видно кривую напряжения, имеющую
синусоидальную форму, а также кривую тока, которая никаким образом не повторяет синусоиду.
Вид потребления мощности от сети при нелинейных искажениях тока представлен на рисунке В. 5.

Рисунок В. 4 - Нелинейные искажения формы потребляемого тока

При нелинейных искажениях коэффициент мощности определяется иначе, так как необходимо учитывать гармонический состав потребляемого тока.
При синусоидальном напряжении и несинусоидальном токе активная мощность определяется мощностью первой гармоники:
P = U1-I1-c о s( <р). ( 3 )В этом случае коэффициент мощности представлен формулой (4):
с о s(p )
V 1 +THD2’
где THD - Total Harmonic Distorsion (коэффициент нелинейных искажений).
Коэффициент нелинейных искажений - это величина, выражающая степень нелинейных искажений сигнала, равна отношению среднеквадратичного значения всех высших гармоник сигнала к величине первой гармоники [7, с.73].
Коэффициент нелинейных искажений по току представлен формулой (5):

Рисунок В. 5 - Потребление мощности от сети при нелинейных искажениях
тока
Коэффициент мощности может входить в следующие диапазоны значений:
- высокое значение коэффициента мощности (0,95-1);
- хорошее значение коэффициента мощности (0,8-0,95);
- удовлетворительное значение коэффициента мощности (0,65-0,8);
- низкое значение коэффициента мощности (0,5-0,65);
- неудовлетворительное значение коэффициента мощности (0-0,5) [8].
Для решения проблемы низкого значения коэффициента мощности при нелинейных искажениях применяют корректоры коэффициента мощности (ККМ), которые обеспечивают потребление электрического тока из сети по
синусоидальному закону.
Существует множество разновидностей корректоров коэффициента мощности, но основными типами являются пассивные и активные, которые в свою очередь чаще всего бывают однофазными или трёхфазными.

Купить