"Св. Иван Рилски" ёc гр. София

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.

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 §.

µ §.

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.

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

- 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.

- 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.

- 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

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.