Регулятор косинуса фи

[Eugene Sergejev]

Добрый день всем.
Возник тут некий абстрактный разговор про переходные процессы в длинных линиях с большими токами.
Сошлись на том, что неплохо было бы регулировать непосредственно косинус фи.
Полез я в интернет, нашёл пару статеек, таки да, такие устройства существуют, но про принцип их действия ничего не нашёл.
Можт кто расскажет?
ЗЫ Речь идёт именно о регуляторе, а не о компенсаторе, подключающем к линии кондюки.

[Serex]

Термин "Длинные линии" не разрывно связан с понятием "Стоячая волна".
Может быть так, что подаем огромную энергию на длинную линию, а на нагрузке получаем очень малый выход. Энергия рассеивается в линии.
А можно сделать линию так, что на нагрузке будет максимальное напряжение, в результате чего передача энергии будет максимально возможной для этой линии.
Для этих целей линию согласуют в начале и конце реактивной нагрузкой. Т.е. это емкости и индуктивности соответствующих токов.
Можно конечно регулировать и методом "научного тыка" найти нужное значение реактивных нагрузок. Но лучше сделать расчет.

P.S. А для линий на 50Гц разве существует проблема Длинный линий ?

[Никита]

Serex, энергия никуда не рассеивается и не берется из ниоткуда, она просто не потребляется нагрузкой :) Если линия не согласована с нагрузкой - то часть, отразившись, ее просто вернется обратно в той же фазе или в противофазе. Классический пример - радиостанция без антенны или ее эквивалента, включенная на передачу. Отраженной волной вышибает выходной каскад передатчика, вместо того чтобы рассеяться в эфире.
А замечание про 50Гц - верное. Длинной линией считают то что больше четверти длины волны. Для 50Гц четвертью будет около 1,5 тыс.км., в принципе на линиях 750..1150 где-то может и возникнет такая проблема, это без учета промежуточных подстанций...
А вот генерирующая емкость линий - это имеет место быть, причем по всем законам физики - чем выше напряжение - тем больше реактивной мощности генерируется в емкостях. Даже с учетом увеличения расстояния между проводами.
Поэтому вопрос - в каком месте и на каком напряжении надо регулировать косинус?
В сетях 0,4 ввиду малой длины и невысокого напряжения генерацией можно пренебречь.
Что касается регуляторов - то к классическим схемам с конденсаторами или синхронными компенсаторами (возбуждением которого косинус можно регулировать в обе стороны, как впрочем и любой синхронной машины), в последнее время добавляется активная электроника, способная, грубо говоря, вырезать из сети ток той формы, который нужен. Эта тема активно развивается, начиная от "зеленых" блоков питания и заканчивая устройствами типа матричных преобразователей частоты без звена постоянного тока, которые, питая асинхроный двигатель, пытаются сохранить форму входного тока и косинус, близкий к единице.

[Jackson]

Коэффициент мощности в линии невозможно регулировать. Коэффициент мощности - это свойство нагрузки, если на нагрузке стоит ТЭН то хоть в лепешку разбейся а косинус будет 1 и сделать из него 0,3 не получится. И наоборот, если стоит огромный трансформатор на холостом ходу - будет у него косинус где-то 0,3-0,4, а тот кто сможет поднять его косинус до 0,9 никак не нагружая - достоин нобелевки. :)

[Никита]

Как это невозможно - со студенческих времен известно, что в трехфазной системе по одной фазе течет ток, по другой напряжение, а по третьей косинус фи, причем косинусом вперед :)
А если серьезно - здесь терминологические заморочки - что считать нагрузкой. Отдельный потребитель, ТП с батареями, энергосистема в целом... Соответственно, принимая те или иные меры на стороне этого "потребителя" можно регулировать потребляемую реактивную мощность или генерировать ее... Терминологически правильнее - компенсировать.
И нагрузкой в контексте данной темы, наверное следует считать потребителя вместе с компенсирующими устройствами. Т.е. что приделать к нагрузке (тому же трансформатору) чтобы он перестал потреблять реактивную мощность.
Ну а если рассматривать угол фи как в школьных учебниках - между векторами тока и напряжения - то можно говорить и о косинусе в линии, ибо ток там есть, напряжение тоже, а значит есть и косинус:)
Второй терминологический нюанс - разница между русским "косинусом" и импортированным термином "коэффициент мощности", он же "power factor". Если первый считается по основной гармонике и с ним все ясно, то вот изменение второго - отдельная тема, и может так случиться что увеличение косинуса приведет к снижению "коэффициента мощности".

[Jackson]

Никита, абсолютно с Вами согласен. (особенно на счет косинусом вперёд). :)

Но исходно автор исключает какую-либо компенсацию.

ЗЫ Речь идёт именно о регуляторе, а не о компенсаторе, подключающем к линии кондюки.

А о регулировании коэффициента мощности лампочки я уже написал выше - это нобелевка. :)

[Бондарев Михаил]

Речь, видимо все-таки, идет о ККМ, эти устройства активно внедряются в импульсной электронике малых мощностей ( см станции катодной защиты, блоки питания и т.п.) а есть и на 100КВАр компенсаторы.

общий принцип тут вот есть, вопрос в мощности транзисторов и емкостях кондеров)
http://www.compeljournal.ru/enews/2009/3/6

и сделать из него 0,3

ну думаю тут все-таки речь идет строго о поднятии косинуса)

[Никита]

Идея-то не меняется - взять ток, когда положено и отдать в нагрузку, когда ей надо. Это и конденсатор умеет. Принципы разные, суть одна:)

[Jackson]

Нужно разъяснение автора: что же он имел всё-таки в виду, задавая свой вопрос. Ибо неверно поставленный вопрос способен загнать в ступор любую дискуссию. А то вот уже варианты перебирать начали, а о чем речь так и неясно.

[Михайло]

Для 50Гц четвертью будет около 1,5 тыс.км.

Как это Вы посчитали? :) Я, блин, первый раз слышу про проблему длинных линий. А вот про цепи с распределенными параметрами в ТОЭ слышал.

[Никита]

Как это Вы посчитали? :) Я, блин, первый раз слышу про проблему длинных линий. А вот про цепи с распределенными параметрами в ТОЭ слышал.

Я особо не заморачивался, поэтому и написал "примерно". Это из предположения что скорость распространения электромагнитной волны 300 тыс.км/сек. На самом деле это число для вакуума.:)
А "длинные линии" - это термин из учебников по радиотехнике, там они называются именно так.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0% ... 0%B8%D1%8F

[Михайло]

Судя по википедии, речь про цепи с распределенными параметрами и относится к электротехнике. А Вы про скорость света и радиотехнику загнули.

[Никита]

Снова про термины.. В электротехнике эта тема проходит постольку поскольку. Ну есть такое явление - да и ладно, частоты не те. А у радистов коэффициент стоячей волны - один из главных параметров антенно-фидерного тракта, они без него жить не могут. Если электрик, когда света нет хватается за индикатор или вольтметр, то радисты, когда радиосвязи нет - за КСВ-метр :)
Идея в том, что падающие и отраженные волны надо учитывать только на линиях длиннее четверти длины волны. Что для 50Гц практического смысла не имеет, а на 400МГц - это принципиально важно.
Ну а про скорость света - это уж не ко мне, я ее не мерял...

[Михайло]

В приводной технике этот эффект проявляется при модуляции 4-16 кГц и на длинах 20-300 метров. Метод борьбы - установка выходного дросселя, который устраняет высокочастотные составляющие в токе, делая ток синусоидальным с частотой от 0 до 600 Гц. Регулировать косинус фи не поможет, надо действительно коэффициент мощности регулировать, который тем и отличается от косинус фи, что учитывает составляющие различных частот, а не только основную гармонику. Однако устройств для регулирования именно коэффициента мощности не существует. Надо смотреть, что у Вас за проблема и какие ее причины. Возможно у Вас проблема лежит совершенно в другой плоскости или ее совсем не существует.

[Михайло]

Eugene Sergejev
Если разговор настолько абстрактен, что не определена длина линии и т.п., то можно потерзать теорию в следующем плане: я вам сообщу следующий факт:
"В линейных цепях (емкости, индуктивности и резисторы), омическое сопротивление представляет собой потребитель активной энергии. Если цепи нелинейные (присутствуют диоды, тиристоры, транзисторы и прочие коммутационные элементы, сами по себе не потребляющие энергию), то резистор вкупе с этими нелинейными элементами может образовать индуктивную и даже емкостную нагрузку при отсутствии в схеме индуктивностей и емкостей."

Вывод следующий: чтобы регулировать косинус фи, надо сварганить особую схемку из нелинейных и линейных элементов. Ответ на вопрос "как сварганить?" я тут дать коротко не смогу..

[Никита]

Еще небольшое замечание относительно эффекта. ПЧ хоть и коммутирует на единицах-десятках килогерц, модуляция-то импульсная да еще и с переменной длительностью - имеем на выходе весь набор гармоник, в то время как радисты принципиально работают с синусоидальной несущей и строго ограниченной полосой.

А схемка - да это обычно классика жанра. Управляемый выпрямитель/инвертор + реактивные элементы. Весь фокус в алгоритме управления силовыми ключами...

[Бондарев Михаил]

Регулировать косинус фи не поможет, надо действительно коэффициент мощности регулировать, который тем и отличается от косинус фи, что учитывает составляющие различных частот, а не только основную гармонику. Однако устройств для регулирования именно коэффициента мощности не существует.

[grammar_nazi_mode off]

http://www.3ymf.ru/electro/salicru/nsfilters/

http://www.news.elteh.ru/arh/2006/38/15.php

Устройство - фильтр высших гармоник, оно не только сеть чистит, но и косинус поднимает.( лично на 100 кВА ставил такуой).

[Никита]

Михаил, извините, не могу удержаться. Тем более тут уже пару раз всплывал вопрос корректности терминов. Просто во всех учебниках написано что фильтр верхних частот пропускает верхние частоты и обрезает низкие. В этом плане "фильтр высших гармоник" звучит двусмыслено :)
А вот если не секрет - чем была вызвана необходимость установки такого устройства? А то многие знают про существование, а в реальности никому нафиг не надо.

[Бондарев Михаил]

На месторождении энергоцентр на ДГУ, а кроме наших двух движкоов по 500КВт еще куча потребителей важных, а у частотника нашего еще и входного фильтра не было...

[grammar_nazi_mode ON] а я не писал, что фильтр верхних частот, я написал что фильтр ВЫСШИХ ГАРМОНИК! Чувствуйте разницу!

[grammar_nazi_mode OFF]

Если честно ну все так называют, даже и производитель и поставщик. Чего уж с академизмами к ним лезть)

ну кстати, вот статья http://www.ruselt.ru/techinfo.php?id=5&ap=2&ap1=20 и терминология в ней, похоже, правильная. {CALL grammar_nazi's_test}

[Jackson]

А то многие знают про существование, а в реальности никому нафиг не надо.

Это Вы зря. Многим надо и многие ставят. Перебор гармоник ускоряет старение изоляции, снижает срок службы кабелей и электромашин, заставляет глючить электронику и приборы.

Нам звонили с одного объекта, "почему ни один Ваш прибор не работает нормально, все погоду показывают" - а мы говорим "в нашем приборе есть функция измерения THD, посмотрите сколько там" - Там, говорят, 54% - А контроллеры у Вас не глючат? - Глючат, даже БМРЗ глючит - До свидания, разбирайтесь с гармониками. Сумасшедшая цифра - 54%. Насколько я помню, работать при THD выше 11,5% уже запрещено.

Но это всё лирика. Что там с косинусом Фи? Надо его еще регулировать? :)

[Никита]

Это Вы зря. Многим надо и многие ставят. Перебор гармоник ускоряет старение изоляции, снижает срок службы кабелей и электромашин, заставляет глючить электронику и приборы.

Да я не о том. Для чего это надо и к чему приводит отсутствие - я и так знаю. А вот насчет второй части фразы - ну со словом "многие" можно поспорить, хотя бы относительно нашего региона. Хотя, в статье, на которую Бондарев Михаил ссылку дал, упоминается вентилятор главного проветривания рудника «Северный-Глубокий». Знакомый объект, полторы сотни верст от меня, хотя к этому вентилятору и не довелось руки приложить :) .
Но, все-таки, думаю не от хорошей жизни на привод 3,7МВА эту штуку поставили. Ибо рядом есть куча других, меньшей мощности, которые гадят в сеть напрямую. То есть, ставят, как в Вашем примере - когда гармоники уже превышают все разумные пределы и деваться некуда. А вот чтобы кто добровольно о качестве электроэнергии на шинах подумал - это пока из области фантастики...

А автор темы чего-то отмалчивается... Хотя и тема важная и вроде все-таки интерес у народа понемногу, но появляется...

[Jackson]

ну со словом "многие" можно поспорить,

Вот тут согласен, к сожалению.

Пример. МЛСП (Морская Ледостойкая Платформа) Приразломная. Запросили поставку нашей автоматики на электростанцию, мы дали предложение, затем нам задали вопрос а как поведет себя автоматика при THD (коэф.нелинейных искажений) порядка 25-30%, мы ответили что хреново себя поведет, будет погоду показывать вместо тока и мощности как и любой другой прибор. Когда проектировали буровой комплекс и ставили туеву хучу частотников, то не поставили ни одного фильтра - сэкономили. Автоматику купили, поставили и даже как-то запустили. Потом приезжал оттуда персонал, рассказал что активная мощность на генераторах делится так себе с большой раскачкой, реактивная вообще не делится (как бог на душу положит), настройки не помогают, постоянно вылетают защиты по перекосу мощностей (где-то генератор в двигательный режим ушел, где-то реактивной перегрузился). Взяли у нас прибор для измерения THD и поехали мерить. Ждем результатов. Кстати пректировал это всё - ЦМКБ "Рубин" во главе со светилой нашим Спасским.

До модернизации там стояла автоматика американская (штука такая - AC-модуль) - я её до винта разобрал и посмотрел. Это фактически аналоговая вычислительная машина, на лампах. Схема так сделана что ей чхать на гармонические искажения в принципе - поэтому до перевооружения прекрасно работала. И после консервации была в прекрасном состоянии, могла еще работать и работать. Но всю автоматику на платформе заменили на современную, уже трепетно относящуюся к гармоникам, а с приводами положение только ухудшили - поставили мощные частотники без фильтров. Теперь мучаются.

[Никита]

Пример. МЛСП (Морская Ледостойкая Платформа) Приразломная

Страна у нас не такая и большая, однако:) В самом конце уже мне задавали вопросы - как сделать так чтобы компьютеры нормально работали - мож стабилизаторы поставить или ИБП или еще чего. Причем, как всегда в России - за неделю до того, как платформа должна была отшвартоваться от нашего 35-го СРЗ и уйти к месту работы... А вот про THD даже не упоминали, жаловались что генераторы плохо работают, напряжение плавает...
Или они только сейчас поняли в чем проблема? И мерять уже в море поехали?

[Бондарев Михаил]

Страна-то большая, да похоже строится в ней мало. ( хотя может просто нефтянка тесная такая, что все через 1-2 рукопожатия знакомы)

а насчет генераторов, где-то в соседней ветке уже упоминалось "дык КИПовцы виноваты"

[Jackson]

Страна-то большая, да похоже строится в ней мало. (

Ага. :)

Про проблему гармоник они знали с самого начала. Может не все. Знал ген.проектант ЦМКБ Рубин, знал Коралл, на этапе проектирования их даже спрогнозировали - 25-30% это цифра из расчета Рубиновского. Все всё знали. Я даже могу поднять письмо многолетней давности, в котором я пишу о том что при таких гармониках наша автоматика не будет корректно работать и что необходимо принять меры.

Буровые генераторы там вообще - алес. от старых оставили раму и двигатель, а генератор заменили. Не понял почему не поменяли всё.

600-вольтовый буровой щит - я вообще не понял зачем заменили, старый щит я лично дефектовал, он вполне живой был. Да там много такого "мудрого" было. Вот жилой модуль зря снесли, родной был просто превосходный.

Я больше скажу - платформа сейчас работает без аварийного генератора, он до сих пор не запущен, хотя аварийный щит я туда сделал еще в 2005 году. С Аварийником там вообще попадалово. Рубин не долго думая, выбрал его у МТУ (представительство в том же здании). МТУ им расписало видимо что двигатель офигенно легкий и эффективный - он и правда такой, хороший на самом деле. Но он ни грамма не аварийный - он берёт нагрузку залпом 50%, а дальше - только ступенями: 25% и три раза по 10%. Аварийник должен брать все 100% сразу. Это побочный эффект его легкости и эффективности. :) Так и работают без аварийника, молятся. А не запущен он потому что вот только в прошлом году определили наконец как же этим двигателем управлять, а в закупленной автоматике интерфейс не тот - не далее чем две недели назад у нас купили нужную интерфейсную плату.

Кино и немцы.