Universum: технические науки

Ключевые слова:
показатели качества электроэнергии
, 
стабилизатор напряжения, вольтодобавочный транс-
форматор. 
Keywords:
power quality indicators, voltage regulator,
 
booster transformer. 
________________________________________________________________________________________________ 
В Узбекистане показатели качества электрической 
энергии в системе электроснабжения характеризу-
ются одиннадцатью показателями, утвержденными 
Государственным стандартом Узбекистана O’zDSt 
1044:2003 [1] и Межгосударственным стандартом 
ГОСТ 32144-2013 [6].
В данной статье рассматриваются два основных 
показателя качества электроэнергии – стабилизация 
номинального напряжения на клеммах потребителя 
и коэффициент гармонической составляющей напря-
жения при использовании вольтодобавочного стаби-
лизатора напряжения, подмагничивание обмотки 
которого коммутируется ключами, выполненными 
на базе полупроводниковых приборов. Причинами 
ухудшения качества напряжения могут быть плохое 
техническое состояние линий и трансформаторных 
подстанций, частые коммутации электроемких уста-
новок, а также удаленность потребителей от источ-
ника питания [1; 9; 8; 15; 2; 10]. Одним из главных по-
казателей качества электроэнергии является степень 
несинусоидальности кривой напряжения [1; 6; 9; 8; 
11]. Развитие промышленной электрохимии с мощ-
ными электролизерами, применение электротяги на 
транспорте, мощных полупроводниковых регулиру-
ющих устройств в промышленности, массовое ис-
пользование для освещения в городском хозяйстве и 
промышленности газоразрядных ламп, а также при-
менение других электроприемников с нелинейными 
вольт-амперными характеристиками приводят к ис-
кажению формы тока промышленной частоты, т.е. 
появлению высших гармоник тока и напряжения [9; 
8; 15; 17]. Возникновение высших гармоник 
вызывает дополнительные потери электроэнергии, 
нагрев 
электроприемников, 
увеличивает 
интенсивность износа изоляции кабелей, а также 
оказывает вредное влияние на режим работы 
вентильных преобразователей, вводит погрешность 
в работу связи, измерения, релейной защиты и 
автоматики вследствие возникновения резонансных 
явлений [1; 6; 8; 15; 2; 21]. 
В лаборатории кафедры «Электроснабжение» 
Ташкентского государственного технического универ-
ситета имени Ислама Каримова были проведены 
экспериментальные исследования и сняты показа-
ния значений напряжения с использованием цифро-
вого осциллографа типа LeCroy WaveRunner 64 Xi-A 
(США). Приведено экспериментальные исследова-
ние при изменении входного напряжения в пределах 
176–241 В, при этом выходное напряжение изменя-
ется в пределах 217–224 В. Результаты эксперимен-
тов показывают, что предложенный стабилизатор 
напряжения в зависимости от изменения напряже-
ния сети обеспечивает стабильность напряжения на 
нагрузке, т.е. в пределах ±2% от номинального [9; 11; 
17; 21; 4]. 
Как отмечалось выше, в связи с широким приме-
нением электроприемников, имеющих нелинейную 
вольт-амперную характеристику, являющихся ис-
точниками высших гармоник, ограничения несину-
соидального напряжения является в настоящее 
время одной из основных проблем. Если значение 
высших гармоник не превышает 5% значения основ-
ной частоты, считается, что форма кривой напряжения 
имеет форму синусоиды [1; 6; 9; 11]. Однако исследо-
вания показали, что во многих случаях эти условия 
не соблюдаются [16; 13; 3]. Определение несинусо-
идального тока в цепях систем электроснабжения и 
его оценка являются одной из основных задач по 
улучшению качества электроэнергии [1; 6; 9; 3; 14; 12; 
22]. Форму кривых стабилизированного напряжения 
определяют коэффициентом несинусоидальности 
К
нс
[8; 15; 11; 17; 19; 20; 18; 7; 5]: 
%
100
%
100
2
2
1
2
2



=


=

=
ном
n
нс
U
U
U
U
K




, 
где 
U
ν
– действующее значение напряжения 
n
-й гар-
моники;
n
– номер последней из учитываемых гармоник. 
Значение 
U
1
при определении 
К
нс
принимается 
равным номинальному напряжению сети 
U
н
. Неси-
нусоидальная переменная может быть представлена в 
виде гармонического ряда Фурье: 
(
)






+
+



=
n
t
K
K
A
t
u
1
0
1
sin
)
(





, 
где 
A
1
– амплитуда первой гармонической составля-
ющей исследуемой несинусоидальной переменной; 
K
0
, 
K
1
, 
K
2
, ... 
К
n
– коэффициент гармоник ряда 
Фурье; 
ν 
– порядковый номер гармоники; 
ω 
= 
2πf 
= 314 (1/с) – угловая частота первой гар-
моники; 
n
– порядковый номер последней из учитываемых 
гармоник. 
Коэффициенты ряда Фурье определяются с по-
мощью следующих выражений: 

=

























=
m
i
i
i
N
t
u
N
N
m
a
1
2
cos
sin
2





=

























=
m
i
i
i
N
t
u
N
N
m
b
1
2
sin
sin
2




,
где
a
ν
; 
b
ν 
– действительная и мнимая составляющие 
амплитуд гармоник; 
m 
– число ординат осциллограммы; 

---

№ 10 (91)
октябрь, 2021 г. 
22 
N
– число интервалов разбиения одного периода 
несинусоидальной переменной. 
Амплитуда 
ν
-й гармоники: 
2
2



b
a
A
+
=
.
Начальная фаза гармоники: 






=




b
a
arctg
.
Коэффициент 
ν-
й гармоники в процентах по 
отношению к амплитуде первой гармоники:
%
100
1
%

=
A
A
K


. 
Коэффициент несинусоидальности: 

=
=
N
нс
K
K
2
2
%


.
На рис. 1 представлена осциллограмма кривых 
напряжения и тока на входе и выходе стабилизатора 
напряжения.