Файл: Электробезопасность на горнорудных предприятиях сборник материалов Республиканской научно-технической конференции..pdf

форматорного устройства мощностью 3,5 кВА с разомкнутой вторичной обмоткой — кривая 1 ; для случая пуска двигателя электросверла СЭР-19М от устройства 3,5 кВА — кривая 2. Там же (на рис. 3) нанесены точки, снятые с осциллограмм. Наибольшие расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 2 0 % и объясняется неточностью измерений, по­ грешностью аналоговой машины МН-7 (особенно нелинейных блоков) и погрешностью в определении параметров двигателя.

На этом же рисунке приведены кривые напряжения на зажи­ мах двигателя (кривая 3) и на зажимах вторичной обмотки трансформаторного устройства при включении его без нагрузки

Ьт-> Л ,

fiitti.

Рис. 2, Блок-схема решения задачи на машине МН-7.

Рис. 3. Переходные напряжения при включении трансформаторного уст­ ройства и двигателя.

271

(кривая 4). Легко заметить, что в переходном режиме имеют место значительные перенапряжения.

Для ограничения этих перенапряжений необходима специ­ альная защита, которая шунтировала бы емкость в те моменты, когда напряжение превышает допустимый уровень и не влияла бы на работу устройства в остальное время, т. к. перенапряже­ ние после завершения разбега двигателя не превышает допусти­ мой величины (при надлежащем выборе компенсирующей ем- ' кости).

Результаты, приведенные на рис. 3, позволяют получить не­ которое представление о возможных значениях магнитной индук­ ции в магнитопроводе трансформаторного устройства в переход­

ТРАНСФОРМАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО С ВНУТРЕННЕЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ДЛЯ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ

А. М. МИРОШНИК, Ю. В. КУВАЕВ, В. Г. КЛЮШНИК, И. К. КОВАЛЬ (Днепропетровский горный институт)

Безопасность подземных электроустановок во многом зави­ сит от качества подводимой к ним электроэнергии.. Одним из показателей качества электроэнергии является уровень напря­ жения на зажимах потребителей. Зачастую напряжение на за­ жимах подземных электропотребителей ниже номинальных, а часто и ниже минимально-допустимых, что приводит к перегреву асинхронных двигателей, ухудшению качества их изоляции и, как следствие, к повышению опасности их эксплуатации. Умень­ шение освещенности на рабочем месте, вследствие питания све­ тильников пониженным напряжением, также увеличивает веро­ ятность травматизма.

Обеспечить необходимый уровень напряжения подземным электропотребителям можно лишь при использовании автомати­ ческих регуляторов напряжения. Существующие общепромыш­ ленные регуляторы напряжения в подземных условиях не при­ меняются, ввиду их громоздкости и взрывоопасности.

Одним из регуляторов напряжения для подземных электро­ потребителей могут быть трансформаторные устройства с внуУренней емкостной компенсацией.

В настоящей работе изложены некоторые результаты исследо­ ваний трансформаторных устройств.

Трансформаторное устройство представляет собой трансфор­ матор и последовательную компенсирующую емкость, совмещен­ ные в одном аппарате. Для получения достаточной величины

271

емкости обмотки устройства выполняются из фольги. Примене­ ние фольги в качестве проводникового материала позволяет резко повысить коэффициент заполнения окна сердечника и до­ вести его до 0,45.

Расчет трансформаторного устройства отличается от расчета трансформатора тем, что необходимо рассчитать величину ком­ пенсирующей емкости, размеры обмоток с емкостью и диэлек­ трические потери. Имеется также некоторая специфика расчета магпитопровода, которая обусловлена изменением магнитной индукции в нем в весьма широких пределах (10—30%) при изменении нагрузки от поминальной до холостого хода.

Компенсирующая емкость распределена вдоль обмотки транс­ форматорного устройства, поэтому система дифференциальных уравнений его содержит уравнения в частных производных, что затрудняет решение этой системы. Для установившихся режимов можно, по аналогии с тем, как это делается при исследовании длинных линий, преобразовать систему таким образом, чтобы она содержала лишь обыкновенные дифференциальные уравнения.

Тогда трансформаторное устройство можно условно заменить комбинацией трансформатора и сосредоточенной емкости, вклю­ ченной последовательно с первичной обмоткой.

Используя формулу изменения напряжения трансформатора, можно получить следующую зависимость для потребной величи­ ны компенсирующего емкостью сопротивления:

UKai Cki— активная и реактивная составляющие напряже­ ния короткого замыкания трансформатора, соответственно, от­ несенные к номинальному напряжению;

3= -1- — коэффициент нагрузки трансформатора;

I 1Н

1Ш— номинальный первичный ток трансформатора, А; К — ток первичной обмотки, А;

Р2 - —угол сдвига фаз между токами и напряжением на за­ жимах вторичной обмотки;

Л!].,,,— изменение (требуемое) вторичного напряжения, отне­ сенное к номинальному вторичному напряжению.

Подробное исследование распределения разности потенциалов между обкладками емкости трансформаторного устройства показывает, что эта разность имеет минимум в средине обмотки, поэтому эквивалентная сосредоточенная емкость получается на

(1—5)% меньше рассчитанной по формулам цилиндрического конденсатора. (Меньшая величина относится к трансформатор­ ным устройствам большей мощности). Это обстоятельство необ­ ходимо «учитывать при расчете длины обкладок емкости.

Кроме того, при намотке катушек не удается получить иде­ ально плотную укладку витков, поэтому необходимо при расчете емкости вводить специальный коэффициент, учитывающий плот­ ность намотки. Этот коэффициент можно получить на основании сопоставления рассчитанной и фактической емкости катушек. Расчет необходимо вести по фактическим размерам обкладок и толщине диэлектрика.

В таблице 1 приведены значения коэффициента плотности намотки, которые определены для 5-ти опытных образцов транс­ форматорных устройств мощностью 10 кВА. Легко заметить, что эта величина практически одна и та же в указанном диапа­ зоне мощностей, поэтому можно принимать ее 0,7—0,75 во всех случаях и, как показывает опыт изготовления катушек, ошибка в расчете величины емкости не превысит (1 0 —1 2 ) %, что вполне допустимо в большинстве случаев.

Таким образом, емкость катушки можно определить зависи­ мостью:

A U: и 1н

COS2Cf,

( 3 )

При расчете потребной величины Хс необходимо учитывать пусковые режимы, как наиболее критичные по уровню напря­ жения в условиях шахт. В этом отношении трансформаторные устройства являются значительно более совершенным средством поддержания напряжения на зажимах потребителей, чем обычно применяемое повышение на 5% выходного напряжения транс­ форматоров, т. к. при холостом ходе напряжение трансформатор­ ного устройства может быть выбрано номинальным (для потре­ бителя) и будет повышаться лишь при появлении нагрузки в функции тока, что обеспечивает инвариантность регулирования.

Исследование гармонического состава выходного напряжения показывает, что трехфазные трансформаторные устройства при АН,н =^40% вносит высших гармоник в выходное напряжение не больше, чем обычные трансформаторы.

В связи с тем, что намагничивающая цепь (эквивалентной Т-образной схемы) трансформаторного устройства включена последовательно с компенсирующей емкостью, в этой системе возможен феррорезонанс напряжений. Явление феррорезонанса наблюдалось практически в трансформаторных устройствах с

274