Aukštesnių harmonikų atsiradimo šiuolaikinėse elektros energijos sistemose priežastys
Šiuolaikinio pasaulio elektros įranga tampa vis sudėtingesnė, ypač IT technologijų atžvilgiu. Dėl šios tendencijos elektros kokybės užtikrinimo sistemos turi atitikti šiuos reikalavimus: tiesiog turi lengvai valdyti svyravimus, viršįtampius, įtampos kritimus, triukšmą, impulsinį triukšmą ir pan., kad pramoninis tinklas ir susiję jo vartotojai galėtų normaliai funkcionuoti.
Tinklo įtampos pertvarkymas dėl netiesinių apkrovų sukeliamų harmonikų yra viena iš pagrindinių spręstinų problemų. Šiame straipsnyje apžvelgsime nuodugnius šios problemos aspektus.
Kokia yra problemos esmė
Didžiąją dalį dabartinės biuro technikos, kompiuterių, biuro, multimedijos įrangos paprastai sudaro nelinijinės apkrovos, kurios, dideliais kiekiais prijungtos į bendrą elektros tinklą, iškreipia tinklo įtampos formą.
Šią iškreiptą įtampą skausmingai suvokia kiti elektros prietaisai ir kartais smarkiai sutrikdo normalų jų veikimą: sukelia gedimus, perkaitimą, nutraukia sinchronizaciją, sukelia trikdžius duomenų perdavimo tinkluose, — apskritai nesinusinė kintamoji įtampa gali sukelti daugybę įrenginių. , procesai ir nepatogumai žmonėms, įskaitant medžiagas.
Įtampos iškraipymas kaip toks apibūdinamas koeficientų pora: sinusoidiniu koeficientu, kuris atspindi aukštesniųjų harmonikų efektinės vertės ir tinklo įtampos pagrindinės harmonikos efektinės vertės santykį, ir apkrovos maksimumo koeficientą, lygų didžiausios srovės suvartojimo ir efektyvios apkrovos srovės santykis.
Kodėl aukštesnės harmonikos pavojingos?
Aukštesnių harmonikų pasireiškimo sukeliami efektai pagal poveikio trukmę gali būti skirstomi į tiesioginius ir ilgalaikius. Įprasta paminėti momentinius: maitinimo įtampos formos iškraipymas, skirstomojo tinklo įtampos kritimas, harmoniniai efektai, įskaitant harmoninį dažnio rezonansą, žalingi trukdžiai duomenų perdavimo tinkluose, triukšmas akustiniame diapazone, mašinų vibracija. Ilgalaikės problemos yra: per dideli šilumos nuostoliai generatoriuose ir transformatoriuose, kondensatorių ir skirstomųjų tinklų (laidų) perkaitimas.
Harmonikos ir linijos įtampos forma
Didelės didžiausios srovės pusėje tinklo sinusinės bangos padidina viršūnės koeficientą.Kuo didesnė ir trumpesnė didžiausia srovė, tuo stipresnis iškraipymas, tuo tarpu šukos koeficientas priklauso nuo maitinimo šaltinio galimybių, nuo jo vidinės varžos – ar jis sugeba tiekti tokią didžiausią srovę. Kai kurie šaltiniai turi būti pervertinti, palyginti su jų vardine galia, pavyzdžiui, generatoriuose turi būti naudojamos specialios apvijos.
Tačiau nepertraukiamo maitinimo šaltiniai (UPS) daug geriau susidoroja su šia problema: dėl dvigubos konversijos jie gali bet kuriuo metu valdyti apkrovos srovę ir reguliuoti ją naudodami PWM, o tai išvengia problemų dėl didelio srovės šukos koeficiento. . Kitaip tariant, aukštas viršūnės koeficientas nėra problema kokybiškam UPS.
Didesnės harmonikos ir įtampos kritimas
Kaip minėta pirmiau, UPS puikiai susidoroja su aukštais viršūnių faktoriais ir jų bangos formos iškraipymas neviršija 6%. Prijungimo laidai čia, kaip taisyklė, nesvarbu, jie yra gana trumpi. Tačiau dėl harmonikų gausos linijos įtampoje srovės bangos forma nukryps nuo sinusinės, ypač nelyginėms aukšto dažnio harmonikoms, kurias įveda vienfaziai ir trifaziai lygintuvai (žr. pav.).
Paskirstymo tinklo kompleksinė varža paprastai yra indukcinė prigimtis, todėl dideliais kiekiais srovės harmonikos sukels reikšmingus įtampos kritimus 100 metrų ilgio linijose, o šie kritimai gali viršyti leistinus, dėl to apkrovos įtampos forma bus iškraipyta.
Kaip pavyzdį atkreipkite dėmesį, kaip kinta vienfazio diodo lygintuvo išėjimo srovė esant skirtingoms tinklo varžoms, atsižvelgiant į maitinamo įrenginio su be transformatoriaus įėjimu įvesties filtro varžą ir kaip tai veikia įtampos bangos formą.
Trečios harmonikų kartotinių problema
Trečias, devintas, penkioliktas ir t.t. — aukštesnėms tinklo srovės harmonikoms būdingi dideli amplitudės koeficientai. Šios harmonikos atsiranda dėl vienfazių apkrovų ir jų poveikis trifazėms sistemoms yra gana specifinis. Jeigu trifazė sistema yra simetriška, srovės viena nuo kitos pasislinkusios 120 laipsnių, o bendra srovė nuliniame laide lygi nuliui, — laidu nenukrenta įtampa.
Teoriškai tai galioja daugumai harmonikų, tačiau kai kurioms harmonikoms būdingas srovės vektoriaus sukimasis ta pačia kryptimi, kaip ir pagrindinės harmonikos srovės vektorius. Dėl to neutralėje nelyginės harmonikos, kurios yra trečiosios kartotinės, yra viena ant kitos. Ir kadangi šių harmonikų yra daugumoje, bendra nulinė srovė gali viršyti fazių sroves: tarkime, 20 amperų fazinės srovės duos neutralią srovę, kurios dažnis yra 150 Hz esant 30 amperų.
Kabelis, suprojektuotas neatsižvelgiant į harmonikų įtaką, gali perkaisti, nes, pagal protą, jo skerspjūvis turėjo būti padidintas. Harmoniniai trečiojo kartotiniai trifazėje grandinėje vienas kito atžvilgiu yra paslinkti 360 laipsnių.
Rezonansas, trukdžiai, triukšmas, vibracija, šildymas
Paskirstymo tinklai turi rezonanso pavojus esant didesnei srovės ar įtampos harmonikoms, šiais atvejais harmoninė dedamoji pasirodo esanti aukštesnė už pagrindinį dažnį, o tai neigiamai veikia sistemos komponentus ir įrangą.
Duomenų perdavimo tinklai, esantys šalia elektros linijų, kuriomis teka didesnės harmonikos srovės, yra veikiami trikdžių, juose prastėja informacinis signalas, tuo tarpu kuo trumpesnis atstumas nuo linijos iki tinklo, tuo didesnis jų jungties ilgis, tuo didesnis harmoninis dažnis – tuo didesnis informacijos apie iškraipymą signalas.
Transformatoriai ir droseliai pradeda kelti didesnį triukšmą dėl aukštesnių harmonikų, elektros varikliai patiria magnetinio srauto pulsacijas, todėl velenui atsiranda sukimo momento vibracijos. Elektros mašinos ir transformatoriai perkaista ir atsiranda šilumos nuostolių. Kondensatoriuose dielektrinių nuostolių kampas didėja, kai dažnis yra didesnis nei tinklelis, ir jie pradeda perkaisti, gali įvykti dielektrikų gedimas. Nereikia kalbėti apie nuostolius linijose dėl jų temperatūros padidėjimo ...