ПиКЭЭ - Лаб работа 4

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

Отчет о практической работе №4

«Исследование несинусоидальности напряжения в электрической сети»

по дисциплине

«Показатели и контроль качества электрической энергии»

Вариант №3

Руководитель: Шлыков С.В.

Исполнитель: Назаров М.А.

Группа: ЭЭТп-1401

Тольятти 2015

1 Цель работы

Исследовать влияние несинусоидальности напряжения на электрическую сеть.

2 Краткие теоретические сведения

Несинусоидальность напряжения — искажение синусоидальной формы

кривой напряжения. В процессе выработки, преобразования, распределения и потребления электроэнергии имеют место искажения формы синусоидальных токов и напряжений. Источниками искажений являются:

• основное электрооборудование электрических сетей (синхронные генераторы электростанций, силовые трансформаторы), работающее при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (при повышенном напряжении на их выводах);

• преобразовательные устройства переменного тока в постоянный;

• электрические приемники с нелинейными вольт – амперными характеристиками (ВАХ) – нелинейные нагрузки.

Главной причиной искажений являются вентильные преобразователи, электродуговые печи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, ряд электронных технических средств (телевизионные приемники, ПЭВМ), газоразрядные лампы и др. Электронные приемники электроэнергии и газоразрядные лампы создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но общее их количество – велико.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

• коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

• коэффициентом n - ой гармонической составляющей напряжения.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения определяется по выражению:

K_u=

где U(n) – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, В;

n – порядок гармонической составляющей напряжения,

N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения, стандартом устанавливается N = 40;

U(1) – действующее значение напряжения основной (первой) частоты, В.

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения равен:

К_u=

3 Ход работы

1)Измеряем напряжение на каждом приемнике при работающем источнике питания, приемник 3 является прибором с нелинейной ВАХ;

2)Измеряем напряжение на каждом приемнике под действием гармонической составляющей напряжения предварительно выставив напряжение на источнике питания равным нулю;

3)Повторяем предыдущие пункты для приемников 1 и 2.

Рисунок 1 – Компьютерная модель исследуемой электрической сети созданная в программе Multisim.

Таблица 1 – Данные полученные в ходе работы

№	Uном1, В	Uном2, В	Uном3, В	Ku1, %	Ku2, %	Ku3, %
	U(n)1, В	U(n)2, В	U(n)3, В	Ku(n)1, %	Ku(n)2, %	Ku(n)3, %
1	194,6	183,1	182,6	5,4	11,9	17,7
	10,5	21,7	32,4	5,4	11,9	17,7
2	194,9	184,7	181,5	6,5	14,1	13,9
	12,6	25,9	25,2	6,5	14,1	13,9
3	195,1	183,4	180,2	7,6	6,9	6,8
	14,8	12,61	12,3	7,6	6,9	6,8

В нашем случае коэффициент n-ой гармонической составляющей равен 2,

Определяем K_Uпред по следующей формуле:

Значение предельно допустимого коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения равно 3.

5 Вывод

1)Целью работы являлось исследование влияния несинусоидальности напряжения на работу электрической сети.

2)Мы собрали компьютерную модель исследуемой электрической сети

3) Подключили в цепь приемников 1, 2 и 3 виртуальные измерительные

приборы PV1, PV2 и PV3. Режим работы измерительных приборов выставили в режим AC.

4) Источник ЭДС, моделирующий высшие гармоники подключили к

электрическому приемнику 3.

5) Провести моделирование электрической сети, при работе приемника с нелинейной ВАХ. Показания трех вольтметров отображающие напряжения на приемниках занести в таблицу 1.

6) Выставить значение источника ЭДС E₁=0 В. Провести моделирование электрической сети от действия n-ой гармонической составляющей напряжения. Показания трех вольтметров отображающие напряжения на приемниках занести в таблицу 1.

7) Источник ЭДС, моделирующий высшие гармоники подключить к

электрическому приемнику 2, а затем к приемнику 1 и повторить пункты исследования 4 и 5.

Таким образом, чем дальше от источника питания находится электроприемник с нелинейной ВАХ, тем сильнее на нем искажение синусоидальности кривой напряжения.

Рисунок 2 – На осциллограмме видно влияние гармоник на синусоидальность кривой напряжения

5.1 Ответы на контрольные вопросы

1 Несинусоидальность напряжения — искажение синусоидальной формы кривой напряжения.

2 Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения

3 Вентильные преобразователи, электрооборудование с тиристорным управлением, дуговые и индукционные печи, люминесцентные лампы, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, бытовая электроника (компьютеры, телевизоры и т.д.)

4 Развитие современных технологий полупроводников ведет все к более возрастающему количеству потребителей, управляемых тиристорами и конверторами. Конверторы увеличивают значение индуктивной реактивной мощности и ухудшают несинусоидальную форму токовой кривой. Эти помехи питаемой сети ведут к повреждениям и ошибочным включениям оборудования и приборов. Ток конвертора представляет собой наложения различных синусоидальных составных тока, т.е. основной сетевой частоты и определенного числа так называемых высших гармоник (в трехфазной сети в первую очередь гармоники 5-го, 7–го и 11-го порядков). Содержание высших гармоник в трехфазной сети ведет к повышению тока в конденсаторах, т.к. реактивное сопротивление конденсаторов с возрастанием частоты уменьшается.

5 Аналогично мероприятиям по снижению колебаний напряжения:

Применение оборудования с улучшенными характеристиками:

  — „ненасыщающиеся“ трансформаторы;

  — преобразователи с высокой импульсностью и т.д.

Подключение к мощной системе электроснабжения;

Питание нелинейной нагрузки от отдельных трансформаторов или секций шин; снижение сопротивления питающего участка сети;

Применение фильтрокомпенсирующих устройств. L-С цепочка, включенная в сеть, образует колебательный контур, реактивное сопротивление которого для токов определённой частоты равно нулю. Подбором величин L и С фильтр настраивается на частоту гармоники тока и замыкает её не пропуская в сеть. Набор таких контуров, специально настроенных на генери­руемые данной нелинейной нагрузкой высшие гармоники тока, и образует фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ), которое не пропускает в сеть гармоники тока и компенсирует протекание реактивной мощности по сети.

Рисунок 3 – принципиальная схема ФКУ