Источники гармонических составляющих

Выпрямительные агрегаты

Генераторами электрической энергии являются трехфазные синхронные машины, которые вырабатывают электрическую энергию высокого качества. Кривые мгновенных значений тока и напряжения генератора носят синусоидальный характер.

Искажения напряжения являются следствием коммутации вентильных преобразователей. Преобразователь во время коммутации вентилей производит подключение нагрузки к соответствующей фазе без разрыва тока, поступающего из предыдущей фазы, что приводит к периодическим междуфазным КЗ в питающей сети. Эти коммутационные короткие замыкания отличаются от аварийных КЗ только небольшой длительностью времени протекания, т. е. они длятся до тех пор, пока ток выходящей из работы фазы не спадет до нуля. В кривой напряжения в процессе коммутации появляются коммутационные искажения, форма, величина и количество которых зависят от схемы выпрямления, количества фаз выпрямления, мощности преобразователей, параметров питающей сети, угла коммутации преобразователей. Искаженные кривые напряжения и тока питающей сети в процессе работы вентильного преобразователя имеют периодический характер, что позволяет производить их гармонический анализ и определять наличие в кривых напряжения и тока ряда гармоник, кратных основной частоте.

Порядок номера гармоник, попадающих в питающую сеть, определяется выражением.

=k,.

где p — число пульсов преобразователя; k=1,2,3…

Для трехфазного шестипульсового преобразователя, рис 4.14 (схема Ларионова) у которого p=6 в сети имеем гармоники v=5,7,11,13 и т. д.

Амплитуду v-ой гармоники ориентировочно в относительных единицах можно определить из выражения.

На практике для ориентировочных расчетов ток v-й гармоники в относительных единицах можно определить из выражения.

I_v*=. (3.19).

При этом ток I_v оказывается завышенным на (10−20%). При v >13 погрешность столь значительна, что пользоваться формулой недопустимо.

Отметим закономерность, чем выше номер гармоники, тем меньше ее относительная величина. С другой стороны, чем выше фазность выпрямления p, тем выше номер учитываемых гармоник. При шестифазной схеме выпрямления необходимо учитывать гармоники, начиная с, т. е. при k=1 необходимо учитывать гармоники с 5-й. Для двенадцатифазной схемы выпрямления учет ведется, начиная с 11-й гармоники.

Таким образом, основной путь снижения гармоник — увеличение фазности выпрямления до 24 и выше. Базовой для повышения фазности выпрямления является шестифазная схема.

Для получения двенадцатипульсовой схемы выпрямления используют две шестифазные схемы, работающие на одну нагрузку, с углом сдвига между питающими напряжениями 30⁰ (рис. 3.13).

Трансформатор имеет схемы соединения Y/Y-12 и Y/-11. Одноименные напряжения на стороне Y и имеют угол сдвига равный 30⁰.

Для получения двадцатичетырехпульсовой схемы выпрямления необходимо между выпрямляемыми напряжениями иметь угол сдвига равный 15⁰. Получить такой угол соединением обмоток в Y и невозможно. Поэтому соединяют обмотки по схеме «зигзаг». Очевидно, что при этом необходимо иметь четыре выпрямительных обмотки с углом сдвига между одноименными напряжениями 15⁰. При этом отсутствуют 5-я, 7-я, 11-я и 13-я гармоники в питающей сети.

Для получения тридцатишестипульсовой схемы выпрямления необходимо шесть выпрямительных обмоток с углом сдвига между выпрямляемыми напряжениями 10⁰.