Online Electric

     Для уменьшения влияния высших гармоник на электрооборудование, прежде всего, необходимо знать источник и природу их возникновения, а также зону их действия. Причем, как будет показано ниже, следует четко разделять возникновение высших гармоник либо в токе, либо в напряжении, либо в токе и напряжении одновременно.
     В последнее время основными источниками высших гармоник являются электроприводы с вентильными преобразователями. Работа вентильных преобразователей основана на беспрерывной коммутации транзисторных или тиристорных ключей [1].
     Наиболее популярными являются 6-ти и 12-пульсные схемы частотных преобразователей. Остальные многопульсные схемы основаны на параллельном соединении 6-пульсных групп. Важным фактором в этом случае является соединение обмоток трансформаторов, входящих в состав преобразователей.
     Источниками высших гармоник могут быть мощные однофазные приемники, к которым, к примеру, относятся электрические печи, электровозный транспорт и т.п. В отличие от предыдущих, эти приемники могут вносить и несимметрию в напряжение трехфазной системы. Мощность представленных выше приемников варьируется в очень широких пределах и может достигать нескольких мегавольтампер.
     Кроме этого, источниками высших гармоник могут быть: электросварочные установки, системы освещения с применением газоразрядных и флуоресцентных ламп, а также, но в меньшей степени, вращающиеся машины [2].
     Остановимся на первом виде источников высших гармоник –асинхронном электроприводе с вентильным преобразователем, как наиболее распространенном. Для представления принципа влияния высших гармоник на работу сети и нагрузки воспользуемся простейшей однофазной схемой замещения, показанной на рис. 1.


Рис. 1. Однофазная схема замещения: ИН – источник синусоидального напряжения; ЛН – линейная нагрузка; ВП – вентильный преобразователь; АД – асинхронный двигатель, i_л – общий ток сети; i_лн – ток линейной нагрузки; i_нн – ток нелинейной нагрузки; u_н – напряжение на нагрузке; u_и – напряжение источника

     Очевидно, что напряжение на нагрузке, независимо от наличия нелинейности будет синусоидальным. Ток на ЛН (i_лн) также будет синусоидальным. Несинусоидальными будут токи i_нн и i_л = i_лн + i_нн. Никакого влияния нелинейность не оказывает на ЛН. Картина нереальная, но позволяющая четко представить принцип возникновения несинусоидальности, причем только в токе.
     Рассмотрим другую, более реальную схему, представленную на рис. 2.


Рис. 2. Однофазная схема замещения: R_Л и L_Л – активное и индуктивное сопротивление питающей сети

     В отличие от предыдущей схемы, здесь добавлены R_Л и L_Л – соответственно активное сопротивление и индуктивность питающей сети.
     Аналогично схеме на рис. 1, здесь источником высших гармоник в сети является нелинейный ток i_нн. Напряжение u_н будет нелинейным, так как:

где uи – синусоидальное напряжение.
     Падение напряжения от несинусоидального тока i_л создает несинусоидальность в напряжении u_н. Отсюда следует, что несинусоидальность напряжения на нагрузке обусловлена падением напряжения в сети и только этим.
     Следующий еще более сложный вариант представлен на рис. 3.


Рис. 3. Однофазная схема замещения: R_Л1, R_Л2, L_Л1, L_Л2 – соответственно активные сопротивления и индуктивности первой и второй линий, u_нн – напряжение на нелинейной нагрузке; u_лн – напряжение на линейной нагрузке

     Опять же, источником несинусоидальности в сети является ток u_нн. Падение напряжения в первой линии:

тогда:

т.е. напряжение u_лн будет несинусоидальным из-за несинусоидального падения напряжения в первой линии. Несинусоидальность тока i_лн вызвана несинусоидальностью напряжения u_нн:

     Очевидно, что в этом случае, чем больше R_Л1 и L_Л1, тем больше будет несинусоидальным напряжение u_нн.
     Наконец рассмотрим еще один вариант схемы, показанной на рис. 4.


Рис. 4. Однофазная схема замещения сети

     В этом случае напряжение u_нн1 будет несинусоидальным вследствие несинусоидальности падения напряжения в первой линии (R_Л1, L_Л1). Несинусоидальность же напряжения u_лн = u_нн2 будет обусловлена двумя факторами: несинусоидальностью напряжения u_нн1 и падением несинусоидального напряжения во второй линии (R_Л2, L_Л2), обусловленного уже несинусоидальным током i_лн и i_нн2.
     Из вышесказанного следует, что если высшие гармоники поступают из внешней (питающей) сети, то исследовать высшие гармоники необходимо прежде всего в питающем напряжении. Если высшие гармоники обусловлены работой нагрузки предприятия, то прежде всего необходимо исследовать ток нагрузки.

Библиографическй список
     1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 168 с.
     2. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 224 с.