3.2 Общие сведения по автоматизации процесса симметрирования

В системах электроснабжения промышленных предприятий нагрузки изменяются по случайному закону. Изменение нагрузок во времени приводит к тому, что регулирование параметров симметрирующего устройства осуществляется по ретроспективной информации величины нагрузки и может привести к ухудшению качества электрической энергии.

В современных системах электроснабжения для устранения несимметрии токов и напряжений используются специальные устройства. Эти устройства могут работать как в автоматическом, так и в неавтоматическом режиме [46].

На рисунке 3.4 и 3.5 приведены схемы регулируемых симметрирующих устройств, используемых в настоящее время для печей электрошлакового переплава [25]. Наиболее перспективными являются автоматические симметрирующие устройства, позволяющие поддерживать уровень несимметрии токов или напряжений в заданном пределе при изменении нагрузки. Автоматические симметрирующие устройства должны иметь высокую точность симметрирования при заданном коэффициенте мощности. Из этого требования следует, что система управления автоматическим СУ должна вычислять параметры и синтезировать схему устройства в общем случае при произвольной несимметричной нагрузке как для трехпроводной, так и для четырехпроводной трехфазной сети.

Рисунок 3.4 - Схема регулируемого симметрирующего устройства

на конденсаторных батареях

При решении общей задачи симметрирования нужно учитывать свойства внутренней симметрии, присущей трехфазной системе токов:

- трехфазная система напряжений имеет ось третьего порядка, перпендикулярную к комплексной плоскости, т.е. тройной поворот вокруг оси переводит систему в исходное положение;

- при комплексном сопряжении прямая и обратная последовательности меняются местами.

Наибольшую сложность в автоматическом симметрирующем устройстве вызывает синтез параметров СУ. Поэтому в качестве вычислителя параметров в симметрирующем устройстве наиболее удобно использовать спецвычислитель или микропроцессор. Применение микропроцессора в качестве системы управления СУ позволяет объединить в одном устройстве и измеритель информационных величин, и вычислитель параметров [86, 87].

Рисунок 3.5 - Схема управляемого симметрирующего устройства с

индуктивными и емкостными элементами

Общий подход к процессу симметрирования, а также использование микропроцессорной техники позволяют создать унифицированную систему управления параметрами симметрирующего устройства для трехпроводных и четырехпроводных сетей и для любого способа симметрирования: индивидуального, группового, центрального и комбинированного.

3.3 Разработка структурной схемы устройства симметрирования

3.3.1 Общие сведения

Структурные схемы в соответствии с ГОСТ 2.702-84 разрабатывают при проектировании электроустановок на стадии анализа и синтеза структуры устройства [19]. Разработка структурной схемы предшествует разработке схем других видов (функциональная, принципиальная и другие). Структурная схема концентрирует в себе всё наиболее важное и существенное о составе, структуре и функциях электроустановок. На структурной схеме изображаются обычно в виде прямоугольников все основные функциональные части электроустановок и взаимосвязи между ними. Второстепенные блоки обычно не указываются.

Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей устройства. На линиях взаимосвязи рекомендуется стрелками указывать направление действия сигналов или потоков энергии.

На схеме должны быть указаны наименования каждой функциональной части, если для её обозначения применяется прямоугольник, а не условное графическое обозначение.

Если функциональных частей много, вместо наименований можно присваивать им порядковые номера, возрастающие сверху вниз в направлении слева направо. Структурная схема является первой моделью электроустановки или прибора.

Достоинством структурных схем при изучении электроустановок является то, что по ней можно быстро представление о составе, структуре и выполняемой им функции, не отвлекая внимание на схематическую реализацию его функциональных частей.

3.3.1.1 Структурная схема симметрирующего устройства

Устройство можно разделить на несколько функциональных блоков, каждый из которых выполняет свою определенную функцию. Общая схема устройства представлена на рисунке 3.4

УВ – устройство ввода; УСУ – устройство согласования уровней фазных сетевых напряжений; УУС – устройство управления симисторами; СУ – система управления; БП – блок питания; БС – блок симисторов; БРТ – блок регулируемых трансформаторов

Рисунок 3.6 – Структурная схема симметрирующего устройства

Рассмотрим принцип работы каждого отдельно взятого блока устройства.

Устройство ввода обеспечивает подключение устройства к питающей сети электроприемника, «страдающего» от последствий несимметрии. Через устройство ввода прибор получает исходные данные для обработки и принятия соответствующего решения впоследствии.

Устройство согласования уровней фазных сетевых напряжений преобразует, собственно, уровни фазных напряжений в уровни, воспринимаемые блоком УУС. То есть данный блок преобразует переменное высокое напряжение в такой вид, который могла бы воспринять и обработать микропроцессорная система управления, а именно, напряжение должно быть постоянным и не превышать 5 В.

Устройство управления симисторами, в соответствии с логикой восстановления симметрии фазных напряжений, формирует сигналы, подаваемые на управляющие электроды симисторов, подключенных к обмоткам вольтдобавочного трансформатора. При этом блок УУС управляется блоком СУ.

Система управления обрабатывает поступающую информацию о сетевых фазных напряжениях, принимает соответствующее решение и дает команду на включение соответствующих симисторов блоку УУС.

Блок питания обеспечивает преобразование одного из фазных напряжений питающей сети в постоянное напряжение, необходимое для питания всех других блоков устройства.

Блок симисторов получает команду от блока УУС, то есть на управляющие электроды определенной комбинации симисторов поступает сигнал на их открытие. Таким образом, в работу вводятся соответствующие обмотки регулируемых вольтдобавочных трансформаторов (блок БРТ).

После блока БРТ происходит питание электроприемника уже симметричным трехфазным напряжением с заданным уровнем.