Фиг. 4.26 Ток и напрежение на първичната страна на трансформатора, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
Тук се вижда действието на шунтовата намотка като ограничаваща токът в първичната страна на трансформатора. Това се потвърждава и от изменението на активната мощност, показано на фиг. 4.29. От фигурата може да се направи извода, че затварянето на шунта води до ограничаване на мощността в товара.
На фиг. 4.28 е показано изменението на напрежението и тока във вторичната намотка на трансформатора при капацитет 5 µF, включен паралелно на шунтовата намотка. При затварянето на шунта, токът във вторичната намотка се ограничава до 2,28 А, а напрежението ЁC до 2,17 V.
Фиг. 4.27. Изменение на първичната мощност на консуматора, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
Фиг. 4.28. Изменение на напрежението и тока във вторичната намотка на трансформатора, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
Фиг. 4.29. Изменение вторичната активна мощност в трансформатора, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
Мощността, отдавана от вторичната намотка е показана на фиг. 4.29 Тя е 373,7 W, при номинален товар. Коефициентът на полезно действие на трансформатора в този режим е 0,89, т.е. загубите достигат до 11 %.
На фиг. 4.30 е показана хистограма на средните стойности на хармоничните съставящи в напрежението до 50-ти ред. Стойностите на хармоничните съставящи са подобни на случая, когато е включен капацитет 30 µF. Преобладаващ е първи хармоник, но ординатната ос е мащабирана до 5% за да може ясно да се видят останалите хармонични съставящи. Отново най-изразени 5-ти (3,09%), 7-ми (0,81%) и 3-ти (0,45%). По-слабо изразените хармоници 11-ти и 13-ти са със стойности съответно 0,28% и 0,20%. Останалите хармонични съставящи са със стойности под 0,1%. Пълният коефициент на несинусоидалност (THD) е 3,25%. Всички стойности са под максимално допустимите от EN 50160:2010.
Фиг. 4.30. Хистограма на средните стойности в хармоничните съставящи на страна 380V, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
На фиг. 4.31 е показан трендът на висшите хармоници в процент от основния на страна 380 V, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка. Видно е, че захранващата мрежа не се замърсява с висши хармоници. Стойността на 5-ти хармоник не превишава 3,17 %, за 7-ми е регистрирана максимална стойност 0,87 %. Само при 5-ти хармоник се наблюдава увеличение на стойността му при включване на шунтовата намотка (от 0,37 % до 0,58 %). Общият коефициент на несинусоидалност (THD) не надхвърля 3,3 %. На фиг. 4.32 е показан трендът на абсолютните стойности на хармоничните съставящи във времето.
Фиг. 4.31. Тренд на хармоничните съставящи на страна 380V, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
Фиг. 4.32. Тренд на абсолютните стойности на хармоничните съставящи в напрежението на товара, при включен капацитет 5 µF, паралелно на шунтовата намотка.
Изводи към четвърта глава
1. Доказва се, че значително подобряване на ефективността на токоограничението с магнитен шунт може да се осъществи,чрез поставяне на допълнителна намотка върху шунта, с паралелно свързан кондензатор.
2. Резултатите от изследването доказват, че оптималното решение от експериментираните капацитети е използването на кондензатор с капацитет 5 µF, при което намаляването на напрежението и тока, в режим близък до късо съединение на изхода, е сравнително най-голямо.
Направеното теоретично изследване за повишаване на ефективността на захранващото устройство показва, че се подобряват техническите му параметри, чрез включване на изходящ кондензатор в шунтовата намотка. Това се потвърждава и от направените лабораторни изследвания.
3. За опитния образец в изследваните режими на работа загубите се движат от 5 % до 11 %.
4. Изследването на амплитудно-честотния спектър на хармониците доказва, че наи изявени са 5 и 7 хармоници, но са регистрирани и нечетни хармоници с по-малко участие (3, 9, 11 и 13).Съществено е да се подчертае, че за изпитания образец генерираните хармоници деформират напрежението в границите на допустимия коефициент на несинусоидалност. Кнес u (THD)µ §5%, което не нарушава изискванията на IEC.
V. АВТОМАТИЧНО СТАБИЛИЗИРАНЕ НА НАПРЕЖЕНИЕТО НА ИЗХОДА НА ТРАНСФОРМАТОР С ПОДВИЖЕН МАГНИТЕН ШУНТ
Предлага се и се изследва възможността за автоматично стабилизиране на изходящото напрежение на еднофазен трансформатор с подвижен магнитен шунт. Дължината на въздушната междина към основния магнитопровод се изменя под въздействието на две противоположни сили, електромагнитни на привличане и еластична създадена от пружина.
Такова устройство може да се приложи в случаите, при които използването на електроника повишава риска от авария, например при апаратура, която работи във взривоопасна среда.
Основа на анализа е електромагнитна система, разгледана в първа глава. Тази система, с опростен вид показана на фиг. 5.1, съдържа и пружинен елемент, който създава съпротивителна сила, противоположна на електромагнитната тягова сила привличаща шунта.
Фиг. 5.1
Нека µ § е минималната ефективна стойност на първичното напрежение, за която стабилизаторът все още осигурява номинално напрежение на вторичната намотка µ §. Тогава амплитудите на магнитните потоци, показани на фигурата са:
; µ §; µ §
Следващите изчисления се правят с приближение, при което се допускат някои опростяващи предположения:
Пренебрегват се потоците на разсейване и всички активни загуби в системата, както и магнитните съпротивления на феромагнитните магнитопроводи;
Проводимостта на магнитния шунт се приема приблизително, че се определя от формулата, µ §,
Където: S=const, е средно сечение на магнитния поток µ § през въздушната междина, а µ §- разстоянието между магнитопровода и шунта (за всеки конкретен случай).
Нека ефективната стойност на първичното напрежение U1 получи някакво нарастване µ §. Това увеличава амплитудата на потока с . Съгласно направените опростяващи предположения µ §, µ §,
където w1 e броят на навивките в първичната намотка. След изваждане поотделно на левите и десните страни на равенствата, се получава
µ §, т.е. µ §.
За да остане вторичният поток µ § непроменен е необходимо цялото нарастване на потока да се отклони през шунта, т.е. µ §. Това може да стане само ако разстоянието µ § се намали, т.е. магнитният шунт се привлече на известно разстояние µ § към магнитопровода. При това са в сила следните зависимости:
Преди нарастване на напрежението U1,
µ §,
където: k - константа, която зависи от сечението на потока през въздушната междина; µ § - средната стойност на силата на привличане при х=µ § и U1 = U1min; fco - силата, с която пружинката действа върху шунта, намиращ се на разстояние µ § (когато µ §); кпр - константа на пружината; µ § - разстояние между шунта и магнитопровода при µ §.
При нарастване на напрежението с µ § стойността на потока е,
µ §.
Това нарастване на потока трябва да премине изцяло през шунта, т.е.:
µ § (5.1)
За да се изпълни това условие е необходимо шунтът да се премести към магнитопровода на някакво разстояние µ §, така че общата въздушна междина по пътя на µ § да стане µ §. Големината на това преместване µ § трябва да има стойност определена от равенството:
µ § (5.4)
µ § (5.5)
Преместването µ §, определено по горната формула създава през шунта необходимия поток, µ §.
За да бъде шунта в равновесие е необходимо създадената от пружината противодействаща сила да е равна и противоположна на електромагнитната.
µ § (5.6)
На фиг. 5.2 са показани криви на тази зависимост за конкретни стойности на µ §.
µ § µ §
Фиг. 5.2. Фиг. 5.3.
Подобни нелинейни зависимости не може да се реализират с една еластична връзка, която създава линейна зависимост. На фиг. 5.3 е показана възможност за апроксимиране на необходимата крива с реална, представляваща два линейни участъка с различен наклон.
По този начин може да се постигне приблизително стабилизиране, което да осигури работата на консуматора в рамките на стандартните µ § /за освет. уредби µ §/, при значително по-големи отклонения на захранващото напрежение.
Идеята на показаната възможност е при малки стойности на µ §, съпротивителната сила да се създава от две паралелно свързани пружини, а при нарастване на µ § съпротивителната сила да се създава от четири пружини, като по този начин се гарантира равномерно и симетрично преместване на шунта.
В заключение може да се каже, че поддържането на напрежението в допустими граници ще подобри работата на електрическите консуматори (електрически двигатели, осветителни тела и уредби, системи за сигнализация и автоматика и др.) и ще запази ефективността на защитите им от претоварване и къси съединения.
Изводи към глава пета
1. Доказана е възможността, за автоматично стабилизиране на напрежението на трансформатор с помощта на подвижен магнитен шунт, чрез използване на еластична връзка.
2. Предложен е вариант за реализирането на еластичната връзка, с използване на четири пружини, сдвоени с различни параметри, с които се повишава точността на стабилизацията вследствие симетричното придвижване на шунта.
3. Недостатъкът на еластичната система се компенсира от безконтактното регулиране /стабилизиране/ на напрежението, което позволява лесно преодоляване на проблемите на безопасността при работа във взривоопасна среда.
Заключение
С теоретичните и експериментални изследвания са доказани нови възможности за приложение на магнитните шунтове, с подчертана ефективност в захранващи устройства с малка мощност и ниско напрежение за работа във взривоопасна среда, включително и в рудници опасни по газ и прах.
Основните приноси за науката и практиката съдържащи се в дисертационният труд са следните:;
Научни приноси
С научен принос се характеризират предложените оригинални идеи за нови приложения на магнитните шунтове:
- за регулируемо включване и изключване на електрически товари ;
- за автоматично регулиране и стабилизиране на напрежението;
- осъществяване на максималнотокова защита от ненормални режими на работа, включително от къси съединения, чрез ограничаване на напрежението и тока по безконтактен начин.
Научно-приложни приноси
Към тази категория постижения следва да се отнесат:
- теоретичните изследвания и изведените зависимости за основните параметри характеризиращи работата на захранващи устройства с магнитен шунт;
- експерименталните изследвания и анализите на получените резултати, потвърждаващи теоретично защитените идеи за новото приложение на магнитните шунтове за регулиране и стабилизиране на напрежението на захранващи устройства и за защита от претоварване на изходящите вериги, чрез безконтактно ограничаване на напрежението и тока, а не с изключване чрез комутационно прекъсване;
- изследванията за повишаване на ефективността на магнитните шунтове чрез въвеждане на допълнителна намотка и кондензатор;
- Експериментите за амплитудно-честотния спектър на хармониците и доказателството, че коефициента на несинусоидалност (THD) на напрежението, не надхвърля допустимите стойности от 5%, при апаратите с магнитен шунт.
Приложни приноси
Приложни приноси в дисертацията са разработените, изработени и изпитани образци на основния елемент в еднофазните захранващи устройства ниско напрежение, с което се доказва, тяхната осъществимост.
Приложен принос представляват адаптациите на методите за лабораторни измервания на статичните и динамичните параметри на изпитваните образци.
Постиженията в дисертационния труд могат и трябва да намерят по-нататъшно свое развитие и приложимост в практиката:
- оптимизация на конструктивните параметри ЁC брой навивки, капацитет към допълнителната намотка на магнитния шунт;
- създаване на различни времезависими характеристики на максималнотоковата защита в зависимост от вида и предназначението на товара;
- разработване конструкция и ред от захранващи устройства с магнитен шунт за еднофазно захранване, за напрежение до 1000 V;
- адаптиране на постиженията към трифазни захранващи устройства с магнитен шунт.
Публикации по дисертационния труд
1. Козаров А., Т.Върбев, Една възможност за подобряване на електрозахранването на осветителния товар в подземните рудници, Минно дело и геология,бр.8,2004г.
2. Върбев Т.А.,Възможност за използване на трансформатор с магнитен шунт като максималнотокова защита, Год. МГУ ”Св.Ив.Рилски”, том 51, св.III , стр.117-119, 2008.
3. Козаров А., Т.Върбев, Възможности за автоматично стабилизиране на напрежението на изхода на трансформатор с магнитен шунт, Год.МГУ ”Св.Ив.Рилски”, том 53, св.III , стр.97-99. 2010
4. Върбев Т.А., А. Козаров, Възможност за повишаване на ефективността на магнитния шунт. Год. МГУ ”Св.Ив.Рилски”, том 55, св.III , стр. 67-69, 2012.
Каталог: docs -> N JuriN Juri -> Конкурс за академична длъжност "Доцент" по професионално направление 8 „Проучване, добив и обработка на полезните изкопаеми", специалност „Обогатяване на полезни изкопаеми"N Juri -> Конкурс за професор по Професионално направление Науки за земятаN Juri -> Конкурс за професор по научно направление 8 „проучване, добив и обработка на полезни изкопаеми" специалност „минно строителство"N Juri -> И. Паздеров І. Дисертация и публикации, които са части от дисертационния трудN Juri -> 19. Резюмета на трудовете, с които кандидатът участва 7а. Научни публикации до получаване на онс „Доктор“ (научна степен „Кандидат на техническите науки“), 1978-1988 гN Juri -> Конкурса за получаване на научното звание "професор" по Професионално направление „Проучване, добив и обработка на полезни изкопаеми"N Juri -> Конкурс за академичната длъжност „професор" по професионално направление Проучване, добив и обработка на полезни изкопаеми, специалност "Техника и технология на взривните работи" за нуждите на катедра Подземно строителствоN Juri -> С п и с ъ к на научните и научно-приложните трудове на доц д-р Венелин Желев ЖелевN Juri -> Конкурс за академичната длъжност „професор" по професионално направление Икономика, специалност „Икономика и управление по отрасли"N Juri -> Моделиране показатели на находища на подземни богатства и свързани с тях обекти чрез компютърни системи
Сподели с приятели: |