Содержание отчета

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Схемы проведения опыта.

4. Таблицы с опытными данными.

5. Расчеты напряжений обратной и нулевой последовательностей, коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U,% и коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U, %.

6. Векторные диаграммы симметричных составляющих токов при подключении однофазной нагрузки в трехфазную сеть.

7. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Основные причины возникновения несимметричных режимов работы в трехфазных электрических сетях.

2. Метод симметричных составляющих и его применение к определению прямой, обратной и нулевой последовательностей при несимметричных режимах.

3. В чем проявляется вредное воздействие токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей на электроприемники.

4. Основные методы по снижению несимметрии в трехфазных электрических сетях.

Лабораторная работа № 8 исследование влияния нелинейной нагрузки на качество электроэнергии

Цель работы: экспериментальное исследование работы нелинейной нагрузки и влияния его на качество электроэнергии

Краткие методические указания

В составе нагрузки на промышленных предприятиях в последнее время все большее место занимают нелинейные электроприемники, такие как тиристорные преобразователи, газоразрядные лампы и т.д. Следует также отметить, что электрические машины также относятся к нелинейным электроприемникам, что объясняется формой кривой намагничивания электротехнической стали.

При работе нелинейных электроприемников в сети создаются высшие гармоники тока и напряжения, распространение которых в сети вызывает различные нежелательные эффекты. Поэтому ГОСТ 13109-97 нормирует несинусоидальность напряжения следующими двумя показателями:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом i-ой гармонической составляющей напряжения.

Значения данных показателей не должны превышать указанных в ГОСТ13109-97 значений.

В лабораторной работе исследование работы нелинейного электроприемника производится на компьютерной модели, схема которой приведена на рис.1.

Модель состоит из следующих элементов:

• однофазный источник переменного напряжения U;

• активное сопротивление R1 и индуктивность L1, представляющие сопротивления передающей линии;

• однофазный трансформатор с насыщением магнитопровода Т1;

• измерительные приборы, в состав которых входят три вольтметра V1, V2 и V3, амперметр.

Рис.1. Модель исследования работы нелинейного электроприемника

К выходу первого вольтметра подключается осциллограф для наблюдения формы напряжения в сети. К выходу второго вольтметра подключаются преобразователи Фурье, настроенные на измерение уровней гармоник сетевого напряжения с выходами на цифровые дисплеи. Третий вольтметр служит для подключения осциллографа, показывающего форму напряжения вторичной обмотки.

Перед запуском модели производится установка параметров элементов схемы модели в соответствующих окнах.

Для однофазного источника питания устанавливается в полях его окна амплитудное значение напряжения (Peak amplitude) в В, фаза напряжения (Phase) в градусах, частота (Frequency) в Гц. Остальные параметры можно не изменять.

Значение сопротивления R1 вводится в Ом в окне настройки, значение индуктивности L1 указывается в Гн.

Параметры трансформатора вводятся в окне, вид которого приведен на рис.2.

Рис.2. Окно ввода параметров трансформатора

В полях окна настройки последовательно задаются параметры трансформатора – номинальная мощность в кВА и частота питающего напряжения (Nominal power and frequency), параметры обмоток трансформатора – действующие значения напряжений, активные сопротивления и индуктивности (V1 и V2 (Vrms) R1 и R2, L1 и L2). Переключатель Three windings transformer не включается (в модели используется двухобмоточный трансформатор). Активные сопротивления и индуктивности обмоток вводятся в относительных единицах и они равны между собой.

Характеристика намагничивания трансформатора задается несколькими парами чисел, устанавливающими связь между током намагничивания и магнитным потоком в относительных единицах. Данная характеристика вводится по указаниям преподавателя.

Параметры обмоток рассчитываются по следующим формулам:

, (1)

где S – номинальная мощность трансформатора;

U_к – напряжение короткого замыкания, выраженное в вольтах;

U₁  номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

I_н  номинальный ток трансформатора.

Сos_к определяется как:

, (2)

где Р_к – мощность потерь короткого замыкания трансформатора.

. (3)

В поле Core loss resistance and initial flux [Rm(pu) phi0(pu)] вводятся сопротивление цепи намагничивания и начальное значение магнитного потока в относительных единицах.

Сопротивление цепи намагничивания рассчитывается как:

, (4)

где I_хх – ток холостого хода, выраженный в А.

Сos₀ определяется как:

, (5)

где Р_хх – мощность потерь холостого хода трансформатора.

Начальное значение магнитного потока устанавливается по указанию преподавателя.

Настройка преобразователей мгновенных значений в действующие (блоки signal rms) состоит в задании частоты переменного напряжения. У измерителей гармоник устанавливается рабочая частота и номера гармоник.

Порядок выполнения работы

1. Открыть файл модели в MATLAB - saturable_transformer1.mdl.

2. Рассчитать и установить необходимые параметры элементов схемы модели. Запустить процесс моделирования. Записать значения напряжений гармоник в табл.1.

Таблица 1. Исследование работы насыщающегося трансформатора при U =

Номер гармоники, n	Напряжение гармоники Un,	Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения
1
2
………
k

3. Изменить номера гармоник на измерителях гармоник, повторить п.2 до измерения k-й гармоники, указанной преподавателем. После окончания опыта рассчитать коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициенты n-ой гармонической составляющей напряжения. Значения коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения внести в табл.1. Значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения внести в табл.2. Величину тока, потребляемого трансформатором занести в табл.2.

Величина коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения K_U вычисляется в процентах по формуле

, (6)

где U_n - действующее значение напряжения n-ой гармоники напряжения основной частоты, В.

Величина коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K_U(n) вычисляют в процентах по формуле

. (7)

Таблица 2. Зависимость тока трансформатора и коэффициент искажения синусоидальности от напряжения сети

Напряжение сети, кВ	Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU	Ток трансформатора, А

5. Изменить по указанию преподавателя значения напряжения на источнике питания несколько раз. Для каждого из значений напряжения повторить п.2 и п3. Результаты измерений и расчетов заносить при этом в таблицы, аналогичные табл.1.

6. Для одного из значений напряжений преобразовать показания осциллографа из его окна в графический файл с последующей распечаткой.

7. Сделать выводы по результатам работы о соответствии качества электроэнергии требованиям ГОСТ 13109-97.