Kõrgemate harmooniliste ilmnemise põhjused tänapäevastes elektrisüsteemides

Kaasaegse maailma elektriseadmed muutuvad üha keerukamaks, eriti IT-tehnoloogiate osas. Sellest suundumusest tulenevalt peavad elektrikvaliteedi tagamise süsteemid vastama nendele nõuetele: nad peavad lihtsalt kergesti taluma kõikumisi, liigpingeid, pinge langusi, müra, impulssmüra jne, et tööstusvõrk ja sellega seotud kasutajad saaksid normaalselt toimida.

Võrgu pinge ümberkujundamine mittelineaarsetest koormustest põhjustatud harmoonilistest on üks peamisi lahendamist vajavaid probleeme. Käesolevas artiklis vaatleme selle probleemi põhjalikumaid aspekte.

Mis on probleemi olemus

Põhiosa praegusest kontoritehnikast, arvutitest, kontori-, multimeediaseadmetest on üldjuhul mittelineaarsed koormused, mis tohututes kogustes ühisesse elektrivõrku ühendatuna moonutavad võrgupinge kuju.

Seda moonutatud pinget tajuvad teised elektriseadmed valusalt ja mõnikord häirib see oluliselt nende normaalset tööd: põhjustab talitlushäireid, ülekuumenemist, katkestab sünkroniseerimise, tekitab häireid andmeedastusvõrkudes, — üldiselt võib mittesinusoidne vahelduvpinge põhjustada mitmesuguseid seadmeid. , protsessid ja ebamugavused inimestele, sealhulgas materjalile.

Pinge moonutust kui sellist kirjeldatakse koefitsientide paariga: siinustegur, mis peegeldab kõrgemate harmooniliste efektiivväärtuse ja võrgupinge põhiharmooniku efektiivväärtuse suhet, ja koormuse harufaktor, mis on võrdne tippvoolutarbimise ja efektiivse koormusvoolu suhe.

Miks on kõrgemad harmoonilised ohtlikud?

Kõrgemate harmooniliste avaldumisest tingitud mõjud võib kokkupuute kestuse järgi jagada vahetuteks ja pikaajalisteks. Tavaliselt mainitakse hetkelisi: toitepinge kuju moonutusi, jaotusvõrgu pingelangust, harmoonilisi mõjusid sh harmooniline sagedusresonants, kahjulikud häired andmeedastusvõrkudes, müra akustilises vahemikus, masinate vibratsioon. Pikaajaliste probleemide hulka kuuluvad: liigsed soojuskaod generaatorites ja trafodes, kondensaatorite ja jaotusvõrkude (juhtmete) ülekuumenemine.

Harmoonikud ja liinipinge kuju

Märkimisväärsed tippvoolud pooles võrgu siinuslainest põhjustavad hariteguri suurenemist.Mida suurem ja lühem on tippvool, seda tugevam on moonutus, samas kui kammkoefitsient sõltub toiteallika võimalustest, selle sisetakistusest – kas ta suudab sellist tippvoolu välja anda. Mõned allikad peavad olema nende nimivõimsuse suhtes ülehinnatud, näiteks tuleb generaatorites kasutada spetsiaalseid mähiseid.

Kuid katkematud toiteallikad (UPS) saavad selle probleemiga palju paremini hakkama: topeltkonversiooni tõttu suudavad nad koormusvoolu igal hetkel juhtida ja reguleerida seda PWM-i abil, mis väldib voolu kõrge kammiteguri tõttu probleeme. . Teisisõnu, kõrge tõusutegur ei ole kvaliteetse UPS-i jaoks probleem.

Kõrgemad harmoonilised ja pingelangus

Nagu eespool märgitud, saavad UPS-id hästi toime kõrgete laineteguritega ja nende lainekuju moonutus ei ületa 6%. Ühendusjuhtmed siin reeglina ei oma tähtsust, need on üsna lühikesed. Kuid liinipinge harmooniliste rohkuse tõttu erineb voolu lainekuju sinusoidsest, eriti paaritute kõrgsageduslike harmooniliste puhul, mis on sisse viidud ühefaasiliste ja kolmefaasiliste alalditega (vt joonist).

Jaotusvõrgu komplekstakistus on tavaliselt induktiivne olemusSeetõttu põhjustavad suurtes kogustes voolu harmoonilised 100 meetri pikkustel liinidel märkimisväärseid pingelangusi ja need langused võivad ületada lubatud väärtusi, mille tagajärjel moondub pinge kuju koormusel.

Näitena pange tähele, kuidas ühefaasilise dioodalaldi väljundvool muutub erinevate võrgutakistuste korral, olenevalt trafota sisendiga toiteseadme sisendfiltri takistusest ja kuidas see mõjutab pinge lainekuju.

Kolmanda harmooniliste kordajate probleem

Kolmas, üheksas, viieteistkümnes jne. — võrguvoolu kõrgemaid harmoonilisi iseloomustavad suured amplituudikoefitsiendid. Need harmoonilised tekivad ühefaasilistest koormustest ja nende mõju kolmefaasilistele süsteemidele on üsna spetsiifiline. Kui kolmefaasiline süsteem on sümmeetriline, voolud nihkuvad üksteisest 120 kraadi võrra ja nulljuhtme koguvool on null, — juhtmes ei esine pingelangust.

See kehtib teoreetiliselt enamiku harmooniliste kohta, kuid mõnda harmoonilist iseloomustab vooluvektori pöörlemine põhiharmooniku vooluvektoriga samas suunas. Selle tulemusena asetsevad neutraalses paaritu harmoonilised, mis on kolmanda kordsed, üksteise peale. Ja kuna need harmoonilised on enamuses, võib kogu neutraalvool ületada faasivoolud: näiteks 20-amprised faasivoolud annavad 30 ampri juures neutraalse voolu sagedusega 150 Hz.

Harmoonikute mõju arvestamata projekteeritud kaabel võib üle kuumeneda, sest mõistuse järgi oleks pidanud selle ristlõiget suurendama. Kolmanda harmoonilised kordsed nihutatakse kolmefaasilises ahelas üksteise suhtes 360 kraadi võrra.

Resonants, häired, müra, vibratsioon, kuumenemine

Jaotusvõrkudes on resonantsi oht suurema voolu või pinge harmooniliste korral osutub nendel juhtudel harmooniline komponent põhisagedusest kõrgemaks, mis mõjutab süsteemi komponente ja seadmeid negatiivselt.

Andmeedastusvõrgud, mis asuvad elektriliinide läheduses, mille kaudu voolavad suurema harmoonilise vooluga voolud, on häiritud, nendes olev infosignaal halveneb, samas kui mida lühem on kaugus liinist võrku, seda pikem on nende ühenduse pikkus, seda suurem on harmooniline sagedus - seda suurem on moonutusteabe signaal.

Trafod ja drosselid hakkavad kõrgemate harmooniliste tõttu rohkem müra tegema, elektrimootorid kogevad magnetvoos pulsatsioone, mille tulemuseks on võllil pöördemomendi vibratsioon. Elektrimasinad ja trafod kuumenevad üle ja tekivad soojuskaod. Kondensaatorites suureneb dielektrilise kadu nurk võrgust kõrgema sagedusega ja need hakkavad üle kuumenema, võib tekkida dielektriku purunemine. Ei ole vaja rääkida kadudest liinides, mis on tingitud nende temperatuuri tõusust ...