Hogyan csökkenthető a nem szinuszos feszültség

Számos villamosenergia-fogyasztó nemlineárisan függ az áramfelvételtől a rákapcsolt feszültségtől, ami miatt nem szinuszos áramot vesz fel a hálózatból... Ez a rendszerből a hálózat elemein keresztül áramló áram nem -szinuszos feszültségesés bennük, ami "ráhelyezi" az alkalmazott feszültséget és torzít. Szinuszos feszültségtorzulás lép fel minden csomóponton a tápegységtől a nemlineáris elektromos vevőig.

A harmonikus torzítás forrásai:

• ívkemencék acélgyártáshoz,

• szelep átalakítók,

• transzformátorok nemlineáris volt-amper karakterisztikával,

• frekvenciaváltók,

• indukciós kemencék,

• forgó elektromos gépek,

• szelepátalakítók hajtják,

• televízió vevők,

• fénycsövek,

• higanylámpák.

Az utolsó három csoportra jellemző az egyes vevőkészülékek alacsony harmonikus torzítása, de nagy részük még a nagyfeszültségű hálózatokban is jelentős harmonikus szintet határoz meg.

Lásd még: Felharmonikusok forrásai elektromos hálózatokban és A magasabb harmonikusok megjelenésének okai a modern villamosenergia-rendszerekben

A nem szinuszos feszültség csökkentésének módjai három csoportra oszthatók:

a) láncos megoldások: nemlineáris terhelések elosztása külön buszrendszeren, terhelések elosztása a SES különböző egységeiben a villamos motorok velük párhuzamos csatlakoztatásával, a konverterek csoportosítása a fázisszorzási séma szerint, a terhelések elosztása a SES különböző egységeiben. terhelés nagyobb teljesítményű rendszerre,

b) szűrőberendezések alkalmazása, keskeny sávú rezonanciaszűrők terhelésével párhuzamosan, szűrőkompenzáló eszközök (FCD) beépítése;

c) speciális berendezések használata, amelyekre jellemző a magasabb felharmonikusok csökkentett szintje, "telítetlen" transzformátorok használata, javított energiajellemzőkkel rendelkező többfázisú átalakítók használata.

Fejlesztés a teljesítményelektronika elemi alapja és a nagyfrekvenciás moduláció új módszerei az 1970-es években egy új eszközosztály létrehozásához vezettek, a villamos energia minőségének javítása – aktív szűrők (AF)... Azonnal felmerült az aktív szűrők soros és párhuzamos, valamint áram- és feszültségforrásokba sorolása, amely négy főáramkörhöz vezetett.

Mind a négy szerkezet (1. 6. ábra) meghatározza a szűrőáramkört a működési frekvencián: az átalakító kapcsolóit és maguk a kapcsolók típusát (kétirányú vagy egyirányú kapcsoló). Áramforrásként szolgáló konverterben energiatároló eszközként (1.a, d. ábra) használják. induktivitás, a feszültségforrásként szolgáló konverterben (1.b, c ábra) pedig kapacitást használnak.

1.ábra.Az aktív szűrők fő típusai: a — párhuzamos áramforrás; b — párhuzamos feszültségforrás; c — soros feszültségforrás; d — soros áramforrás

Ismeretes, hogy a Z szűrő ellenállása w frekvencián egyenlő

Ha ХL = ХC vagy wL = (1 / wC) w frekvencián, feszültségrezonancia, ami azt jelenti, hogy a w frekvenciájú harmonikus és feszültségkomponens szűrőjének ellenállása nulla Ebben az esetben a w frekvenciájú harmonikus komponenseket a szűrő elnyeli és nem hatol be a hálózatba. A rezonáns szűrők tervezésének elve ezen a jelenségen alapul.

A nemlineáris terhelésű hálózatokban általában a kanonikus sorozat harmonikusai keletkeznek, amelyek sorrendje ν 3, 5, 7,. … ..

2. ábra Teljesítményrezonancia szűrő egyenértékű áramköre

Figyelembe véve, hogy XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), ahol XL és Xc a reaktor és a kondenzátortelep ellenállása az alapfrekvencián, a következőt kapjuk:

Egy szűrő, amely a harmonikusok szűrése mellett generál meddő teljesítmény, és kompenzálja a hálózati tápveszteséget és feszültséget, ezt kompenzációs szűrőnek (PKU) nevezik.

Ha egy eszköz a magasabb harmonikusok szűrése mellett a feszültségkiegyenlítés funkcióit is ellátja, akkor egy ilyen eszközt szűrőkiegyenlítésnek (FSU) nevezünk... Szerkezetileg az FSU-k a hálózat vonali feszültségére kapcsolt aszimmetrikus szűrők. A hálózati feszültség megválasztását, amelyre az FSU szűrőáramkörök csatlakoznak, valamint a szűrőfázisokban szereplő kondenzátorok teljesítményarányait a feszültségkiegyenlítési feltételek határozzák meg.

A fentiekből következik, hogy az olyan eszközök, mint a PKU és az FSU, egyszerre többen működnek áramminőségi mutatók (nem szinuszos, aszimmetria, feszültségeltérés). Az ilyen elektromos energia minőségének javítására szolgáló eszközöket multifunkcionális optimalizáló eszközöknek (MOU) nevezik.

Az ilyen eszközök fejlesztésének célszerűsége a hirtelen változó terhelések miatt merült fel ívacél kemencék egyidejű feszültségtorzulást okoz számos jelző esetében. Az MOU alkalmazása lehetőséget ad a villamos energia minőségbiztosítási problémájának átfogó megoldására, i. egyszerre több mutató esetében.

Az ilyen eszközök kategóriájába tartoznak a nagy sebességű statikus reaktív energiaforrások (IRM).

A meddőteljesítmény szabályozási elve szerint az IRM két csoportra osztható: közvetlen kompenzációjú nagysebességű statikus meddőenergia-források, közvetett kompenzációjú nagy sebességű statikus meddőenergia-források... Az IRM felépítéseit a 3. ábra mutatja be. , a, b, ill. Az ilyen, nagy reakciósebességgel rendelkező készülékek csökkenthetik a feszültségingadozásokat. A fokozatos beállítás és a szűrők jelenléte biztosítja a kiegyensúlyozást és a magasabb harmonikus szintek csökkentését.

ábrán. A 3. ábrán egy közvetlen kompenzációs áramkör látható, ahol a "vezérelt" meddő áramforrást a következőkkel kapcsolják tirisztorok kondenzátor bank. Az akkumulátor több részből áll, és lehetővé teszi a generált meddőteljesítmény diszkrét változtatását. ábrán. A 3b. ábrán az IRM teljesítménye a reaktor beállításával változtatható. Ezzel a szabályozási módszerrel a reaktor a szűrők által termelt többlet meddőteljesítményt fogyasztja.Ezért a módszert közvetett kompenzációnak nevezik.

3. ábra: Közvetlen (a) és közvetett (b) kompenzációval rendelkező többfunkciós IRM blokkdiagramjai

A közvetett kompenzációnak két fő hátránya van: a többletteljesítmény elnyelése további veszteségeket okoz, a reaktorteljesítménynek a szelepvezérlési szöggel történő változtatása pedig további magasabb harmonikusok keletkezését eredményezi.