Гармоник

Для правильного расчета гармоник тока, генерируемых статическими сило­выми преобразователями, необходимо иметь точную информацию о форме кривой напря­жения переменного тока на выводах преоб-

разователя, его схеме, типе системы управ­ления, полном сопротивлении сети пере­менного тока и параметрах цепи постоян­ного тока. Однако представление столь значительного числа факторов с самого начала затруднит понимание основных положений теории. Более удобно начать оценку явления с изложения теории управ­ления преобразователем, работающим в идеализированных системах переменного и постоянного токов, а затем рассмотреть поочередно влияющие факторы.

В зависимости от положения момента зажигания одного вентиля относительно другого при устойчивой работе преобразо­вателя различают четыре принципа управ­ления:

1) управление с постоянным фазовым
углом, при котором включение вентилей
производится через равные промежутки
времени в соответствии с их коммутацион­-
ными напряжениями;

2) симметричное управление, при кото-­
ром последовательное включение венти-­
лей производится в одинаковые моменты
синусоиды питающего напряжения;

3) модулированное фазовое управление,
при котором включение вентилей произво-­
дится через переменные промежутки вре­-
мени;

4) интегральное управление, выбираю-­
щее целое число циклов или полуциклов
питающей частоты.

Изменение фазового угла — наиболее широко используемый способ управления. Спектральный анализ Фурье прямо приме­ним к кривым, получающимся при фазовом и симметричном управлении вентилями.

Увеличилось количество и единичная мощность принудительно коммутируемых преобразователей, в особенности инверто­ров, питающих привод переменного тока. Их питающим источником обычно служит система переменного тока, от которой питается выпрямитель. Гармонический же

состав кривой на стороне инвертирован­ного тока имеет характерные особенности. Управление с постоянным фазовым углом обычно встречается в нормально коммутируемых статических преобразова­телях и регуляторах напряжения.

Регуляторы напряжения переменного тока, состоящие из встречно-параллельно включенных пар тиристоров в каждой фазе, генерируют изменяющиеся по ампли­туде гармоники. В случае индуктивной нагрузки они могут содержать гармоники четных порядков и постоянный ток. Хотя тиристорное регулирование напряжения в настоящее время используется в основном в маломощных устройствах (таких как регуляторы освещенности и малые асинх­ронные двигатели), однако в связи с возрас­тающим интересом к экономии электро­энергии их использование будет расти, и они могут в будущем превратиться в существенный источник гармонических искажений.

Основными источниками гармоник тока в настоящее время являются выпрямители и инверторы с фазовым управлением. Все они могут быть разделены на три большие группы;

1) большие преобразователи, использу­емые, например, в металлургии и в переда­чах постоянного тока высокого напряже­ния;

2) преобразователи средней мощности,
подобные используемым в промышлен­-
ности для управления электродвигателями
и на железной дороге;

3) маломощные преобразователи одно­
фазных устройств, таких как телевизоры и
устройства перезарядки батарей.

Формы кривых напряжений и токов преобразователей первой группы близки к идеальным и могут быть приняты за основу для получения характеристик гар­моник стандартных схем преобразовате­лей. На эти данные обычно ссылаются при оценке гармоник в кривых, отличающихся от идеальной.

До появления статических преобразова­телей наличие гармонических искажений в энергосистемах ассоциировалось, в первую очередь, с работой электрических машин и трансформаторов. И действительно, основ­ными источниками гармоник, существовав­шими ранее в электрических системах, были намагничивающие токи силовых трансформаторов.

После того как выполнение требований по конструированию экономичных генера­торов привело к искажению формы кривой напряжения, генераторы электрических станций стали вторым основным источни­ком гармоник.

Современные трансформаторы и враща­ющиеся машины в нормальных условиях работы не вносят существенных искаже­ний в сеть. Однако в переходных процессах и в условиях работы, отличных от проекти­руемых, эти искажения могут сильно уве­личиться.

Кроме статических преобразователей, существует еще два вида нелинейных нагру­зок, чье влияние на формы кривых напряже­ния и тока должно быть рассмотрено, — это дуговые печи и флюоресцентные лампы.