Краткие методические указания

Быстропротекающие процессы изменения напряжения включают в себя колебания напряжения, провал напряжения, импульсное перенапряжение, импульс напряжения. Из этих процессов в данной лабораторной работе будут исследоваться колебания напряжения, провал напряжения, импульсное перенапряжение.

Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера, из этих показателей в лабораторной работе рассматривается только размах колебания напряжения, представляющий собой разность между следующими один за другими экстремумами среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенных на каждом полупериоде основной частоты, В. Если коэффициент искажения синусоидальности напряжения не превышает 5 %, то допускается определять размах изменения напряжения по экстремумам амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты.

Провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 U_ном, которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд. Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала напряжения.

Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 U_ном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения. Временное перенапряжение характеризуется показателем коэффициента временного перенапряжения.

Для исследования быстропротекающих процессов изменения напряжения в лабораторной работе используется компьютерная модель системы электроснабжения, выполненная в пакете Simulinkсистемы MatLab. Модель приведена на рис.1.

Рис.1. Компьютерная модель системы электроснабжения

Она состоит из программируемого трехфазного источника (3-PhaseProgrammableVoltageSource), трехфазной нагрузки (3-PhaseSeriesRLCLoad), вольтметра (Volt) с присоединенным к его выходу осциллографом (Scope). Параметры программируемого трехфазного источника и трехфазной нагрузки задаются в процессе работы по указаниям преподавателя в соответствующих окнах.

Окно установки параметров программируемого трехфазного источника показано на рис.2.

В этом окне последовательно задаются:

- междуфазное напряжение источника, В; фаза, град; частота, Гц – (Positive-sequence:Amplitude (VrmsPh- PhPhase (deg) Freq. (Hz));

- вид изменяемого параметра напряжения источника (Timevariationof), здесь можно установить - нет изменений (None), амплитуда (Amplitude), фаза (Phase), частота (Frequency);

- тип изменения напряжения (Typeofvariation), здесь можно установить шаг (Step), линейное возрастание (Ramp), модуляция (Modulation), таблица время-амплитудных парных значений (Tableofamplitudepairs);

- значения амплитуды в относительных единицах (Amplitudevalues);

- значения времени (Time values).

Рис.2. Окно установки программируемого трехфазного источника

Вид окна приведен для выбранного типа изменения таблицы время-амплитудных парных значений. При выборе других типов изменения напряжения вид окна может изменяться.

Для получения колебаний напряжения прямоугольной формы нужно выбрать тип изменения напряжения - Tableofamplitudepairs. Для него задать амплитуды напряжения в относительных единицах на участках колебаний и время начала и окончания каждого участка. В приведенном примере вида окна с момента времени от 0 до 0,3 с амплитуда выходного напряжения источника в относительных единицах равна 1,0; с 0,3 до 0,6 с амплитуда выходного напряжения источника равна 0,7; с 0,6 до 0,9 с амплитуда выходного напряжения источника равна 1,0; после 0,9 с амплитуда выходного напряжения источника равна 0,7.

Задание параметров нагрузки производится в окне, вид которого приведен на рис.3. В этом окне последовательно задаются:

- номинальное междуфазное напряжение нагрузки (Nominalphase-phasevoltage (Vrms)), В;

- номинальная частота (NominalFrequency), Гц;

- активная мощность по трем фазам (Three-PhaseactivepowerP (W)), Вт;

- реактивная индуктивная мощность по трем фазам (Three-PhaseinductivereactivepowerQl (var)), вар;

- реактивная емкостная мощность по трем фазам (Three-PhasecapacitivereactivepowerQс (var)), вар.

Рис.3. Окно задания параметров нагрузки

Порядок выполнения работы

1. На компьютере запустить MatLab и затем - пакет Simulink.

2. Открыть файл с исследуемой моделью – koleb_U.mdl.

3. Задать параметры трехфазного программируемого источника и нагрузки, установив при этом режим прямоугольных колебаний напряжения.

3. Установить время моделирования и запустить процесс моделирования. По окончании процесса моделирования открыть осциллограф и определить величину размаха колебания напряжения, длительность интервала времени между изменениями напряжения.

Размах колебания напряжения в процентах находится по следующей формуле:

, (1)

где U_ai, U_ai+1- значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты, В.

Интервал времени между изменениями напряжения Dt_i, _i+1 в секундах или минутах вычисляют по формуле

Dt_i, _i+1 = t_i+1 -t_i , (2)

где t_i, t_i+1- начальные моменты следующий один за другим изменений напряжения, с, мин.

Данные измерений и расчетов занести в табл.1.

Таблица 1.

Исследование прямоугольных колебаний напряжения

№ опыта	Uai,В	Uai+1, В	dUt,%	ti+1 , с	ti , с	Dti, i+1, с

4. Повторить несколько раз опыт с прямоугольными колебаниями напряжения, в одном из опытов преобразовать полученную осциллограмму в графический файл с последующей распечаткой.

5. По результатам опытов определить создавались или нет провалы напряжения и временные перенапряжения, и в случае возникновения этих процессов, определить их параметры длительность провала напряжения, коэффициент временного перенапряжения, длительность временного перенапряжения. Длительность провала напряжения определяется как

Dt_п = t_к -t_н , (3)

где t_н - начальный момент времени провала напряжения (снижение среднеквадратичного напряжения ниже уровня 0,9 U_ном);

t_к- конечный момент времени провала напряжения (восстановление среднеквадратичного напряжения до уровня 0,9 U_ном).

Коэффициент временного перенапряжения по вычисляется по формуле

. (4)

Длительность временного перенапряжения Dt_пер в секундах определяется как

Dt_перU = t_{к пер}-t_{н пер}, (5)

где t_{н пер} - момент времени превышения действующим значением напряжения уровня 1,1 U_ном;

t_{к пер} - момент времени спада напряжения до уровня 0,9 U_ном.

5. Установить режим модулированных колебаний напряжения на трехфазном программируемом источнике и повторить пункты 3 - 4. Данные измерений и расчетов занести в табл.2.

Таблица 2.

Исследование модулированных колебаний напряжения

№ опыта	Uai,В	Uai+1, В	dUt,%	ti+1 , с	ti , с	Dti, i+1, с

6. По результатам работы сделать вывод о соответствии качества электроэнергии во время проведения опытов требованиям ГОСТ 13109-97.

Содержание отчета

8. Название работы.

9. Цель работы.

10. Схема исследуемой модели.

11. Таблицы с опытными данными.

12. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Основные причины возникновения колебаний напряжения в электрических сетях.

2. Основные причины возникновения провалов напряжения и временных перенапряжений.

3. В чем проявляется вредное воздействие колебаний напряжений на электроприемники.

4. Основные методы по снижению колебаний напряжения в трехфазных электрических сетях.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4