Высшие гармоники в трехфазных цепях: Высшие гармоники в трехфазных цепях

Содержание

Высшие гармоники в трехфазных цепях

В трехфазных цепях кривые напряжения во второй и третьей фазах со сдвигом на треть периода обычно в точности воспроизводят форму кривой напряжения в первой фазе. Так, например, если напряжение в фазе А может быть представлено некоторой функцией времени , то , где Т-период основной частоты.
Рассмотрим гармонику порядка k функции во всех трех фазах. Пусть .
Учитывая, что и подставляя вместо t соответственно t — Т/3 и t + T/3, получаем:
.
Сравнивая полученные выражения для различных значений k, можно заметить, что напряжения гармоник порядка, кратного трем (k=3n), где n — любое целое число, во всех фазах в любой момент времени имеют одно и то же значение и направление. При k= 3n+1 гармоники трех фаз образуют симметричную систему напряжений, последовательность которой совпадает с последовательностью фаз 1-й гармоники. При k=3n+2 гармоники образуют симметричную систему напряжений с последовательностью, обратной основной.
Таким образом, гармоники порядка 1, 4, 7, 10, 13 и т. д. образуют системы напряжений прямой последовательности, гармоники 2, 5, 8, 11, 14 и т. д. образуют системы напряжений обратной последовательности. Наконец, гармоники 3, 6, 9, 12 и т. д. образуют системы напряжений нулевой последовательности. При наличии постоянной составляющей в напряжении каждой из фаз она может рассматриваться как нулевая гармоника порядка, кратного трем (k=0), т. е. образующая нулевую последовательность.
В большинстве практически важных случаев в напряжениях отсутствуют как постоянная составляющая, так и все четные гармоники, поэтому в дальнейшем ограничимся исследованием только нечетных гармоник.
Рассмотрим различные схемы соединения трехфазных цепей.
Если фазы генератора соединены звездой, то при несинусоидальном фазном напряжении линейные напряжения, равные разностям напряжений двух смежных фаз, не содержат гармоник напряжений порядка, кратного трем, так как последние образуют системы нулевой последовательности.
Отсутствие гармоник порядка, кратного трем, в линейных напряжениях приводит к тому, что при несинусоидальных напряжениях отношение линейного напряжения к фазному меньше . Действительно, фазное напряжение

а линейное напряжение

Отсюда следует, что

При симметричной нагрузке фазные токи основной частоты и все высшие гармоники, за исключением высших гармоник порядка, кратного трем, образуют системы прямой и обратной последовательностей и дают в сумме нуль. Гармоники же порядка, кратного трем, образуют систему нулевой последовательности, т. е. имеют в любой момент времени одинаковые значения и направления. Поэтому ток в нейтральном проводе равен утроенной сумме токов высших гармоник нулевой последовательности:

При отсутствии нейтрального провода токи в каждой из фаз не могут содержать высших гармоник порядка, кратного трем, так как в этой схеме сумма токов в любой момент времени должна равняться нулю, что невозможно при наличии высших гармоник порядка, кратного трем. Поэтому в приемнике нет напряжений от токов нулевой последовательности и между нейтральными точками генератора и симметричного приемника может появиться значительное напряжение, содержащее только гармоники, кратные трем.
Если фазы генератора соединены треугольником, то при несинусоидальных ЭДС в фазах сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре генератора, не равна нулю, как при синусоидальных ЭДС, а равна тройной сумме высших гармоник порядка, кратного трем. Если включить вольтметр в рассечку треугольника (рис. 12.21), то вольтметр измерит гармоники ЭДС порядка, кратного трем, так как остальные в сумме дадут нуль, т. е.

Рис. 12.21

Открытый треугольник с ЭДС, содержащими высшие гармоники, применяется как утроитель частоты.
Если фазы соединены в замкнутый треугольник, то ЭДС гармоник порядка, кратного трем, вызывают внутренний ток в генераторе. Этот ток протекает в замкнутом треугольнике генератора даже и в режиме холостого хода генератора. Составляющая фазной ЭДС, содержащая гармоники порядка, кратного трем, однако, не выявляется между выводами фаз, так как она компенсируется падением напряжения на внутреннем сопротивлении фазы генератора. Фазное напряжение, равное в данном случае линейному,

Поэтому во внешней цепи, подключенной к генератору, обмотки которого соединены треугольником, токи не содержат гармоник порядка, кратного трем.
Фазный ток генератора при симметричной нагрузке

а линейный ток во внешней цепи

Пример 12.12. Найти показания приборов при разомкнутом и замкнутом ключе S в трехфазной цени (рис. 12.22, а), имеющей соединенную звездой трехфазную систему источников (вторичные обмотки трехфазного трансформатора) с фазными ЭДС (в вольтах):

Сопротивление источника для 1-й гармоники . Приемником служат три конденсатора, соединенных звездой. Для 1-й гармоники .

Рис. 12.22

Решение. Найдем показания приборов (индексы токов и напряжений соответствуют обозначениям приборов в схеме).
Для случая звезды без нейтрального провода (ключ S разомкнут)

Для случая звезды с нейтральным проводом (ключ S замкнут)

Близость к резонансу на 3-й гармонике привела к очень большому значению тока 3-й гармоники в нейтрали. В этом случае оказалось, что линейное напряжение, которое не содержит 3-й гармоники, меньше фазного, так как вследствие почти резонансного режима 3-я гармоника фазного напряжения больше основной.

Пример 12.13. Найти показания приборов при тех же фазных ЭДС и сопротивлениях, что и в примере 12.12, но при соединении фаз источника и приемника треугольником (рис. 12.22, б).
Решение. В этом случае 3-я гармоника замыкается в контуре генератора и .
Так как остальные составляющие те же, что и в примере 12.12, то

Таким образом, 3-я гармоника влияет только на внутренние токи источника и не сказывается на распределении токов и напряжений приемника.

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Рассмотрим процесс поведения высших гармоник в трехфазных системах. При этом будем полагать, что фазные напряжения источника не содержат постоянных составляющих и четных гармоник, т.е. кривые напряжения симметричны относительно оси абсцисс, которые на практике встречаются наиболее часто.

Пусть напряжение фазы Аисточника, разложенное в ряд Фурье, имеет вид:

При записи напряжений фаз ВиСучтем, что фазаВотстает от фазыАнаТ/3, а фазаСопережает фазуАнаТ/3, тогда:

Для гармоник кратных трем (k = 3n, гдеn– целое число) напряжения во всех фазах совпадают и одинаковы по величине, т.

е. они образуют симметричную нулевую последовательность фаз.

Если номер гармоники k=3n + 1, то напряжения образуют систему прямой последовательности фаз, когда напряжение отстает от фазы на угол2 /3, а опережает на такой же угол. Для гармоник с номеромk=3n – 1напряжения образуют систему обратной последовательности фаз, когда опережает на 2/3, а отстает от на этот же угол.

На Рис. 7 .109 показаны симметричные составляющие соответствующих систем напряжений в трехфазных цепях.

Гармоники Гармоники Гармоники

3, 6, 9, 12 и т.д. 1, 4, 7, 10 и т.д. 2, 5, 8, 11 и т.д.

Рис.7.109. Симметричные составляющие системы несинусоидальных напряжений в трехфазных цепях

Высшие гармоники при соединении фаз источника и приемника звездой:

В линейных напряжениях, определяемых как разность соответствующих фазных напряжений, гармоники напряжений, кратные трем, отсутствуют.

Поэтому при несинусоидальных напряжениях:

При наличии нулевого провода при симметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю:

Гармоники тока, не кратные трем, в сумме дают нуль.

При отсутствии нулевого провода сумма фазных токов должна равняться нулю, поэтому в фазных токах гармоники, кратные трем, отсутствуют. Тогда между нулевыми точками источника и приемника возникает напряжение смещения, которое можно определить методом двух узлов:

Для гармоник напряжений, не кратных трем, при симметричной нагрузке смещение нейтрали . Следовательно, вольтметр, включенный между нулевыми точками источника и приемника, покажет

Высшие гармоники при соединении фаз генератора и приемника треугольником

При наличии в ЭДС гармоник, кратных трем, они образуют систему нулевой последовательности, поэтому результирующая ЭДС гармоник, кратных трем, равна утроенной ЭДС одной фазы.

При этом вольтметр, включенный в разрыв обмоток (Рис. 7 .110), покажет напряжение:

Рис.7.110. Включение вольтметра в разрыв обмоток источника

Если обмотки генератора замкнуть, то под действием ЭДС с номерами гармоник кратных трем возникают соответствующие гармоники тока. Результирующий ток в обмотках создает падение напряжения на сопротивлениях, которые в свою очередь уравновешивают ЭДС.

Рассмотрим разность потенциалов на зажимах любой фазы источника, например, на фазе А:

Таким образом, вольтметр, подключенный к любой фазе источника, образующего замкнутый треугольник, уже не будет содержать гармоник напряжения, кратных трем, и поэтому в нагрузке гармоники напряжения и тока, кратные трем, отсутствуют.

Уравнительный ток в обмотках генератора вызывает их дополнительный нагрев, поэтому обмотки генератора обычно соединяют звездой.

113

Высшие гармоники в трехфазных цепях

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 29Следующая ⇒

Напряжения трехфазных источников энергии часто бывают существенно несинусоидальными (строго говоря, они несинусоидальны всегда). При этом напряжения на фазах В и С повторяют несинусоидальную кривую напряжения на фазе А со сдвигом на треть периода Т основной гармоники:

Пусть для фазы А к-я гармоника напряжения

Тогда с учетом, что , для к-х гармонических напряжений фаз В и С соответственно можно записать:

Всю совокупность гармоник к от 0 до можно распределить по трем группам:

1. — гармоники данной группы образуют симметричные системы напряжений, последовательность которых соответствует последовательности фаз первой гармоники, т.е. они образуют симметричные системы напряжений прямой последовательности.

Действительно,

2. . Для этих гармоник имеют место соотношения:

т.е. гармоники данной группы образуют симметричные системы напряжений обратной последовательности.

3. . Для этих гармоник справедливо

Таким образом, векторы напряжений данной группы во всех фазах в любой момент времени имеют одинаковые модули и направления, т.е. эти гармоники образуют системы нулевой последовательности.

Рассмотрим особенности работы трехфазных систем, обусловленные наличием гармоник, кратных трем.

1. Если фазы генератора соединены в треугольник, то при несинусоидальных фазных ЭДС сумма ЭДС, действующих в контуре (см. рис. 7) не равна нулю, а определяется гармониками, кратными трем. Эти гармоники вызывают в замкнутом треугольнике генератора ток, даже когда его внешняя цепь разомкнута:

где , а — сопротивление фазы генератора для i-й гармоники, кратной трем.

2. Если фазы генератора соединить в открытый треугольник (см. рис. 8), то на зажимах 1-2 будет иметь место напряжение, определяемое суммой ЭДС гармоник, кратных трем:

Таким образом, показание вольтметра в цепи на рис. 8

3. Независимо от способа соединения – в звезду или в треугольник – линейные напряжения не содержат гармоник, кратных трем.

При соединении в звезду это объясняется тем, что гармоники, кратные трем, как указывалось, образуют нулевую последовательность, ввиду чего исчезают из линейных напряжений, равных разности фазных.

При соединении в треугольник составляющие фазных ЭДС, кратные трем, не выявляются в линейных (фазных) напряжениях, так как компенсируются падениями напряжений на собственных сопротивлениях фаз генератора.

Таким образом, при соединении в треугольник напряжение генератора

и ток

В свою очередь при соединении в звезду

4. При симметричной нагрузке ток в нейтральном проводе определяется гармоническими, кратными трем, поскольку они образуют нулевую последовательность:

5. При соединении в звезду и отсутствии нейтрального провода фазные токи нагрузки не содержат гармоник, кратных трем (в соответствии с первым законом Кирхгофа сумма токов равна нулю, что невозможно при наличии этих гармоник). Соответственно нет этих гармоник и в фазных напряжениях нагрузки, связанных с токами законом Ома. Таким образом, при наличии гармоник, кратных трем, в фазных напряжениях генератора напряжение смещения нейтрали в симметричном режиме определяется этими гармониками

Литература

Основытеории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Теоретическиеосновы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. –М.: Энергия- 1972. –240с.

Контрольные вопросы

Какой характер: монотонный или колебательный – будет иметь зависимость действующего значения тока от величины индуктивности в цепи на рис. 1 при ее изменении от нуля до бесконечности?
Почему на практике сигнал, пропорциональный току, получают с использованием резистивных шунтов?
Какие гармоники и почему определяют характерные особенности режимов работы трехфазных цепей?
Какие гармоники отсутствуют в линейных напряжениях и токах?
Почему при несинусоидальных источниках питания, соединенных в треугольник, действующее значение фазной ЭДС может быть больше действующего значения фазного напряжения?

При соединении трехфазного генератора и симметричной нагрузки по схеме «звезда-звезда» без нейтрального провода фазная ЭДС источника определяется выражением

Определить действующие значения линейного напряжения, фазных напряжений генератора и приемника, а также напряжение смещения нейтрали.

Ответ: .

В предыдущей задаче нейтральные точки генератора и приемника соединены проводом с нулевым сопротивлением.

Определить ток в нейтральном проводе, если сопротивление фазы нагрузки R=10 Ом.

Ответ: .

При соединении трехфазного генератора и симметричной нагрузки по схеме «треугольник-треугольник» фазная ЭДС источника содержит первую и третью гармоники с амплитудами . Сопротивление нагрузки для первой гармоники

Определить действующее значение линейного тока.

Ответ: .

Высшие гармоники в трехфазных цепях. — КиберПедия

В трех фазных цепях кривые напряжения в каждой фазе сдвинуты на 1/3 периода и по форме одинаковы.

Напряжение гармоник порядка кратного трем, то есть k=3n, где n- целое число, во всех фазах имеют во всех фазах одну и ту же начальную фазу; то есть эти гармоники образуют систему нулевой последовательности. Гармоники с порядком k=3n+1 образуют систему прямой последовательности, а гармоники с порядковыми номерами k=3n+2 образуют систему обратной последовательности. k=1 – прямая k=3- нулевая k=5 – обратная Четные не образуют последовательности Особенности работы трехфазных систем вызванные гармониками порядка кратного трем. 1)Если фазы трехфазного генератора или трансформатора соединены звездой, то при несимметричных фазных напряжений, линейные напряжения, равные разности напряжения двух смежных фаз не содержащей гармоник порядка кратного 3, так как последние образуют систему нулевой последовательности. Поэтому при несимметричных напряжениях отношение линейного напряжения к фазному будет меньше в . 2)При симметричной нагрузке в трехфазной цепи с нулевым проводом фазные токи основной частоты и все высшие гармоники за исключением гармоник порядка кратного 3 образуют систему прямой и обратной последовательности и дают в сумме 0. Гармоники же тока порядка кратного трем образуют систему нулевой последовательности. Ток в нейтральном проводе равен сумме токов высших гармоник нулевой последовательности. 3)При отсутствии нейтрального провода тока в каждой из фаз не могут содержать гармоник с k=3n, так как, в этой схеме сумма фазных токов в любой момент времени должна равняться нулю, что не возможно при наложении в кривой тока высших гармоник порядка равного 3. Поэтому в приемнике нет напряжений от токов нулевой последовательности между нейтральными точками генератора и симметричного приемника может появиться напряжение смещения нейтрали, содержащей только гармонику кратную 3. 4)Если фазы генератора соединены треугольником, то при несимметричном ЭДС в фазах сумма ЭДС действующей в замкнутом треугольнике не равна нулю как при симметричных ЭДС , а равна тройной сумме высших гармоник фазных ЭДС порядка кратного 3. Если разорвать контур треугольника фазного ЭДС и измерить напряжение в месте разрыва, то вольтметр измерит гармоники ЭДС порядка кратного трем, то есть остальные в сумме дадут ноль. Открытый треугольник с ЭДС , содержащий высшие гармоники, применяется как утроитель частоты. 5)Если фазы генератора соединены в замкнутый треугольник, то ЭДС гармоник порядка кратного 3 вызывает внутренний ток генератора, этот ток протекает в замкнутом треугольнике даже в режиме холостого хода, и он равен Составляющая фазная ЭДС, содержащая гармоники порядка кратного трем не выявляется однако между выводами фаз, так как она компенсируется падением напряжения на внутреннем сопротивлении фазы генератора. Фазное напряжение, равное в данном случае линейному не содержит гармоники кратной трем. Поэтому во внешней цепи подключенному к генератору, обмотки которго соединены треугольником токи которого не содержат порядка кратного трем. Фазный ток генератора при симметричной нагрузке Линейный ток во внешней цепи Отношение Iл/Iф будет меньше .

Четырехполюсники.

Часть электрических цепей имеющих два входных и два выходных зажима называются четырехполюсниками. К входным зажимам присоединяются источники энергии, к выходным зажимам – преемник энергии.

Т.о.4-хпол.-это передаточное звено между источником и нагрузкой.

При анализе 4-хпол.предполагается, но нагрузка и входное напр.могут меняться, но схема внутр.сопр-ий и их значения в 4-хп.неизменны.

Примеры четырехполюсников :линия электропередач, трансформатор, усилитель, электрофильтр.

Классификация четырехполюсников

1. По признаку линейности элементов, входящих в четырехполюсник они делятся на линейные и на нелинейные.

2. Если внутри четырехполюсника имеются источники энергии, то четырехполюсник называется активным, а если он не содержит внутри себя источника, то пассивным.

3. Если токи и напряжение в цепи не изменяются при перемене местами входных и выходных выводов, то четырехполюсник называется симметричным, в противном случае несимметричным.

Уравнения четырехполюсников.

Для исследования четырехполюсников используется шесть различных по форме, но по существу равнозначных форм записи уравнений.

Через параметры А , y, z, a, H, B. U₁=A₁₁U₂+ A₁₂I₂ (1)

I₁=A₂₁U₂+ A₂₂I₂

А₁₁— безразмерный коэффициент А₁₂— [Ом] А₂₁— [См] А₂₂— безразмерная величина.

Уравнения четырехполюсников в матричной форме.

Матрицы столбцы соответственно напряжения и тока на входе и выходе.

Наз.эти коэф. А – параметры четырехполюсника. Они зависят от схемы соединений и параметров элементов, составляющих четырехполюсник.

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Представим трехфазный генератор с несин. ЭДС и запишем выражение к-ой гармоник для 3-х фаз Если k=2, то получим обратную послед. Если к=3, то нулевая последовательность Если к=4, то прямая К=5, обратная Гармоники с номерами к = 3n+1, где n-это числа натурального ряда, образ. симм. систему прямой послед. Гармоники с номерами к=3n+2, образ. систему обр. послед. Кривые, исп. в эл.энергетике не содержат четных гармоник, поэтому во внимание принимаем только нечетные гарм.

Рассмотрим особенности, к-ые возник. в 3-хф. цепях 1 Линейные напр. не содержат гарм. с ном. кратным 3-ем при наличии этих гармоник в составе фазного напр. 2Ток в нейтральном проводе равен утроенной величине тока нулевой посл. , т.е. гарм. с ном. кр.3-ем. Даже в симм. режиме ток в нейтрале не равен 0, за счет наличия токов гарм. с ном. кр. 3-ем..

3 При отсутствии нейтрального тока м/у ген. и нагр. появл. напр. сост. из гарм. с ном. кр. 3-ем. Даже в симм. режиме Смещение нейтрали для 3-ей гарм. в симм. режиме

Таким образом

4 В схеме треугольника при разомкнутых обмотках

Гарм. сном. кр. 3-ем сумм.. и ваттметр покажет напр. сост. из гармоник с ном. кр.3-ем

5В замкнутом треуг. обмоток ген. протек. токи всех гармоник, поэтому ф-ой ток генератора равен В составе лин. тока гарм. сном. кр.3 присутсв. не могут Следовательно, за счет наличия высших гармоник

Основные ур. пассивного четырехполюсника

1-1-входные или первичные зажимы

2-2-выходные или вторичные зажимы

Схема прямого питания

Выведем осн. ур., связывающие напр. и токи на входе и выходе четырехполюсника:

1Нагрузку с током заменим ист.

2Токи и ток выразим по принципу наложения через ЭДС и и входные и вторичные проводимости первичной вторичной ветвей

Четырехполюсник наз. симм., если у него равны A=D, т.е при перестановке.U и I на входе и выходе не меняются

Определение коэф. четырехполюсника

Коэф. A и D – безразмерные Коэф. ч-ка можно либо рассчитать, либо найти экспериментальным путем. Проще всего коэф. опр-ся из режимов х.х. и к.з. 1 2

Схемы замещения симм. четырехполюсника

Основные схемы замещения это Т и П

Т-образная схема П-образная схема

Т и П –схемы будут явл. схемами замещения, если равны соответствующие коэф. заданного четырехполюсника и его схемы замещения

Рассчитаем параметры Т-схемы, т.е. через коэф. А и С Т-схемы и четырехполюсника

Низкочастотные фильтры

Рассмотрим обл. пропускания а=0; сha=1

Найдем граничные частоты обл. пропускания из этого ур. след., что Для наглядности построим векторную диаграмму для n-образной схемы в обл.. пропускания В обл. пропуск. характеристич. сопр. Чисто активное, поэтому напр. и ток на нагр. совпадают по фазе — Сдвиг фаз между входным и выходным напр. Из векторной д. видно, что b>0, т.к опережает . Таким образом, в полосе пропускания, коэффициент фазы изменен

В полосе затухания коэф. фазы неизменен и равен При

Высокочастотные фильтры

Коэф. b в полосе пропуск. Коэф. в полосе затухания

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Электротехника Высшие гармоники в трехфазных цепях

просмотров — 350

Пусть для фазы А к-я гармоника напряжения

Тогда с учетом, что , для к-х гармонических напряжений фаз В и С соответственно можно записать:

Всю совокупность гармоник к от 0 до можно распределить по трем группам:

1. — гармоники данной группы образуют симметричные системы напряжений, последовательность которых соответствует последовательности фаз первой гармоники, ᴛ.ᴇ. они образуют симметричные системы напряжений прямой последовательности.

Действительно,

2. . Для этих гармоник имеют место соотношения:

ᴛ.ᴇ. гармоники данной группы образуют симметричные системы напряжений обратной последовательности.

3. . Для этих гармоник справедливо

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, векторы напряжений данной группы во всех фазах в любой момент времени имеют одинаковые модули и направления, ᴛ.ᴇ. эти гармоники образуют системы нулевой последовательности.

Рассмотрим особенности работы трехфазных систем, обусловленные наличием гармоник, кратных трем.

1. В случае если фазы генератора соединены в треугольник, то при несинусоидальных фазных ЭДС сумма ЭДС, действующих в контуре (см. рис. 7) не равна нулю, а определяется гармониками, кратными трем. Эти гармоники вызывают в замкнутом треугольнике генератора ток, даже когда его внешняя цепь разомкнута:

где , а — сопротивление фазы генератора для i-й гармоники, кратной трем.

2. В случае если фазы генератора соединить в открытый треугольник (см. рис. 8), то на зажимах 1-2 будет иметь место напряжение, определяемое суммой ЭДС гармоник, кратных трем:

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, показание вольтметра в цепи на рис. 8

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при соединении в треугольник напряжение генератора

и ток

В свою очередь при соединении в звезду

5. При соединении в звезду и отсутствии нейтрального провода фазные токи нагрузки не содержат гармоник, кратных трем (в соответствии с первым законом Кирхгофа сумма токов равна нулю, что невозможно при наличии этих гармоник). Соответственно нет этих гармоник и в фазных напряжениях нагрузки, связанных с токами законом Ома. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, при наличии гармоник, кратных трем, в фазных напряжениях генератора напряжение смещения нейтрали в симметричном режиме определяется этими гармониками

Литература

Основытеории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
Теоретическиеосновы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. –М.: Энергия- 1972. –240с.

Контрольные вопросы

Какой характер: монотонный или колебательный – будет иметь зависимость действующего значения тока от величины индуктивности в цепи на рис. 1 при ее изменении от нуля до бесконечности?
Почему на практике сигнал, пропорциональный току, получают с использованием резистивных шунтов?
Какие гармоники и почему определяют характерные особенности режимов работы трехфазных цепей?
Какие гармоники отсутствуют в линейных напряжениях и токах?
Почему при несинусоидальных источниках питания, соединенных в треугольник, действующее значение фазной ЭДС может быть больше действующего значения фазного напряжения?
При соединении трехфазного генератора и симметричной нагрузки по схеме «звезда-звезда» без нейтрального провода фазная ЭДС источника определяется выражением

Ответ: .

В предыдущей задаче нейтральные точки генератора и приемника соединены проводом с нулевым сопротивлением.

Определить ток в нейтральном проводе, если сопротивление фазы нагрузки R=10 Ом.

Ответ: .

При соединении трехфазного генератора и симметричной нагрузки по схеме «треугольник-треугольник» фазная ЭДС источника содержит первую и третью гармоники с амплитудами . Сопротивление нагрузки для первой гармоники

Определить действующее значение линейного тока.

Ответ: .

Высшие гармоники в трехфазных цепях

⇐ ПредыдущаяСтр 24 из 30Следующая ⇒

Появление высших гармоник в электрических цепях во всех случаях должно вызывать озабоченность потребителей электрической энергии, поскольку это может привести не только к снижению эксплуатационных свойств приемников электрической энергии, но к ухудшению экономических показателей энергопотребления. При наличии емкостей в цепи, например, между линейными проводами или между проводами и землей высшие гармоники могут вызывать опасные резонансные явления.

В этой связи знание причин появления высших гармоник, способность предвидеть и оценивать результаты и возможные последствия этого явления, относятся к важным показателям профессиональной компетенции инженера-электроэнергетика. Несинусоидальные токи и напряжения могут стать причиной значительных перенапряжений и связанных с этим аварийных ситуаций на участках цепей, а в некоторых случаях создавать помехи системам связи. При эксплуатации трехфазных цепей это имеет повышенную значимость, ибо в трехфазных цепях высшие гармоники приводят к ряду специфических явлений оказывающих существенное влияние на их работу.

Понятно, что форма кривых напряжений на входе любой электрической цепи формируется источником электрической энергии. В случае синхронных генераторов, являющихся основными источниками энергии, синусоидальные формы кривых напряжений в них добиваются приданием полюсным наконечникам ротора строго выверенной формы, обеспечивающей решение этой задачи.

Однако, следует понимать, что даже при идеальной форме полюсных наконечников синхронных генераторов, идеально синусоидальную форму магнитного поля и напряжения на зажимах генератора можно получить только при его работе на холостом ходу, т. к. при нагрузке картина поля изменяется под действием реакции якоря.

Тем не менее повсеместно принято считать, что современные синхронные генераторы в номинальном режиме обеспечивают безупречно синусоидальные формы кривых ЭДС и напряжений. Это означает, что причины появления высших гармоник, свидетельствующих о наличии искажений синусоид напряжений и токов в цепях, в основном, находятся в составе этих цепей (вне генератора).

Если говорить о причинах искажения кривых токов и напряжений, находящихся «внутри» электрической цепи, следует помнить, что типичными «генераторами» высших гармоник в электрических цепях являются безынерционные нелинейные элементы, каковыми являются и электрические двигатели, и трансформаторы, как, собственно, все электротехнические устройства, работа которых основана на использовании магнитных цепей (реакторы, дроссели, реле и т.д.).

Неизбежно возникающие в этих приемниках электрической энергии высшие гармоники в сети «накладываются» на напряжения и токи основной частоты, искажая их форму.

Конечно, наиболее серьезными причинами возникновения высших гармоник являются трансформаторы, выполняющие функции вторичных источников питания.

Перемагничивание стали сердечников заставляет в качестве вебер-амперных характеристик электротехнических устройств использовать петлю гистерезиса, которая даже на прямолинейных участках кривой намагничивания не является линейной. В случае насыщенного трансформатора искажение кривых оказывается существенным. На рис. 61 приведен пример осциллограммы напряжения на вторичной обмотке трансформатора, работающего в режиме насыщения.

Рис. 61

Поскольку трансформаторы входят в состав основных источников высших гармоник и одновременно являются типичными безынерционными нелинейными индуктивными элементами, дающими полное представление об электромагнитных процессах в каждом из них, представляется полезным с позиций теоретической электротехники на основе анализа электромагнитных процессов именно в трансформаторе детально исследовать и причины возникновения высших гармоник в цепях, и формы кривых напряжений и токов в них.

гармоник в трехфазных трансформаторах — значение и объяснение

Гармоника — это искажение формы волны напряжения и тока. Это целое кратное некоторых опорных волн. Гармоническая волна увеличивает потери в сердечнике и в меди трансформатора и, следовательно, снижает их эффективность. Это также увеличивает диэлектрическую нагрузку на изоляцию трансформатора.

В трехфазном трансформаторе несинусоидальная природа тока намагничивания создает синусоидальный поток, который вызывает нежелательное явление.Фазные токи намагничивания в трансформаторе должны содержать третьи гармоники и высшие гармоники, необходимые для создания синусоидального потока.

Если фазное напряжение на каждой фазе должно оставаться синусоидальным, то токи намагничивания фаз должны иметь следующую форму.

Из уравнений (1), (2) и (3) видно, что третьи гармоники в трех токах совпадают по фазе, то есть имеют одну и ту же фазу. У пятой гармоники разные фазы.

Соединение по схеме «треугольник»

Пусть I _AO, I _BO и I _CO представляют фазный ток намагничивания при соединении треугольником.Линейные токи могут быть найдены путем вычитания тока двух фаз. Например,

Третья гармоника, присутствующая в фазном токе намагничивания трехфазного трансформатора, отсутствует в линейном токе. Компоненты третьей гармоники совпадают по фазе и, следовательно, уравновешиваются в линии. Составляющие третьей гармоники обтекают замкнутый контур дельты.

Соединение треугольником допускает только синусоидальный поток и напряжение без тока третьей гармоники в линии передачи.По этой причине большинство 3-фазных трансформаторов имеют обмотки, соединенные треугольником, а в местах, где неудобно подключать первичную или вторичную обмотку по схеме «треугольник», предусмотрена третичная обмотка. Третичные обмотки несут циркулирующий ток третьей гармоники, необходимый для синусоидального потока в каждом конце сердечника.

При соединении треугольником напряжение, действующее вокруг замкнутого треугольника, составляет

Это напряжение третьей гармоники, и оно будет распространять ток третьей гармоники по замкнутому контуру треугольника

Звезда

Если I _AO, I _BO и I _CO, представляет фазный ток намагничивания при соединении звездой,

Где I _n — ток в нейтральном проводе.

Гармоники выше седьмой следует пренебречь. Уравнение (6) показывает, что в сбалансированном состоянии ток, протекающий в нейтральном проводе, является током третьей гармоники. Величина тока третьей гармоники в три раза превышает величину тока каждой третьей фазы. Гармонический ток третьей степени создавал индуктивные помехи в цепи связи. Если питание по схеме звезды трехпроводное, ток нейтрали должен быть равен нулю и, следовательно,

Таким образом, видно, что трехпроводное соединение звездой подавляет поток гармонических и намагничивающих токов.Для четырехпроводной системы, соединенной звездой, синфазный ток третьей гармоники протекает в нейтральном проводе.

Аналогично, третье фазное напряжение баланса, содержащее гармоники, может быть записано как

Уравнение (7), (8) и (9) показывает, что третьи гармоники в трехфазном напряжении имеют одинаковую фазу. Линейное напряжение при соединении звездой может быть получено путем вычитания двух фазных напряжений. Например

Из уравнения (10) видно, что третья гармоника отсутствует в межфазном напряжении при соединении звездой.Это относится ко всем гармоникам тройников.

Трехфазные трансформаторы — часть 4: Гармоники

Гармоники

Гармоники — это напряжения или токи, которые действуют на частоте, которая кратное основной частоте сети. Если фундаментальная сила частота 60 герц, например, вторая гармоника будет 120 герц, третья гармоника — 180 герц и так далее. Гармоники производятся нелинейными нагрузками, потребляющими ток в импульсах, а не в непрерывном манера.Гармоники в однофазных линиях электропередачи обычно вызваны устройствами. такие как компьютерные блоки питания, электронные балласты в люминесцентных лампах и симисторы диммеры и тд. Обычно возникают трехфазные гармоники. частотно-регулируемыми приводами для двигателей переменного тока и электронными приводами для Двигатели постоянного тока. Хорошим примером пульсирующей нагрузки является нагрузка, преобразующая переменный ток в DC, а затем регулирует напряжение постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции.

Таким образом работают многие регулируемые источники питания.Мостовой выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток. Конденсатор фильтра используется для сглаживания пульсации. Транзистор включается и выключается для подачи питания на нагрузка. Время, на которое транзистор включен по сравнению с время выключения определяет выходное напряжение постоянного тока. Каждый раз транзистор включается, это вызывает разряд конденсатора. Когда транзистор выключится, конденсатор снова начнет заряжаться. Ток берется из линии переменного тока каждый раз, когда конденсатор заряжается.Эти пульсации тока производимый зарядным конденсатором, может привести к тому, что синусоидальная волна переменного тока станет искаженный. Эти искаженные формы сигналов тока и напряжения текут обратно в другие части энергосистемы.

+++++ 30 Широтно-импульсная модуляция регулирует выходное напряжение путем изменения время, в течение которого транзистор проводит, по сравнению со временем, когда он выключен. Фильтр конденсатор Мостовой выпрямитель переменного тока Транзистор Регулятор напряжения Нагрузка Ширина между импульсами определяет выходное напряжение

+++++ 31 Гармоники вызывают искажение синусоидальной волны переменного тока.Типичный синусоида Типичная волна искаженного тока из-за гармоник; Типичный искаженный волна напряжения из-за гармоник

Гармонические эффекты

Гармоники могут оказывать очень вредное воздействие на электрооборудование. Некоторый общие симптомы гармоник — перегретые проводники, трансформаторы и цепь выключатели, которые, кажется, срабатывают, хотя этого не должно быть. Гармоники классифицируются по имени, частоте и последовательности. Название указывает на то, насколько гармоничен это вторая, третья, четвертая или так далее основной частоты.В частота относится к рабочей частоте гармоники. Второй гармоника работает на частоте 120 герц, третья на 180 Гц, четвертая на 240 герц и так далее. Последовательность относится к повороту вектора относительно к основной форме волны.

В асинхронном двигателе гармоника прямой последовательности будет вращаться в в том же направлении, что и основная частота. Гармоника обратной последовательности будет вращаться в направлении, противоположном основной частоте.А конкретный набор гармоник, называемых «тройками», имеет нулевую последовательность. Триплены — это нечетные кратные третьей гармоники (третьей, девятой, пятнадцатой, двадцать первое и т. д.). Диаграмма, показывающая последовательность первых девяти гармоник показано в ==== 1.

==== 1 Название, частота и последовательность первых девяти гармоник

+++++ 32 В трехфазной четырехпроводной системе, соединенной звездой, центр вторичная обмотка, соединенная звездой, имеет ответвления, образуя нейтральный проводник.Фаза дирижер; Фазовый проводник; Нейтральный проводник; Фазовый проводник:

Гармоники прямой последовательности обычно вызывают перегрев проводов, трансформаторы и автоматические выключатели. Гармоники обратной последовательности могут вызвать те же проблемы с нагревом, что и положительные гармоники, плюс дополнительные проблемы с моторами. Поскольку вращение вектора отрицательной гармоники противоположно основной частоты, это будет иметь тенденцию к ослаблению вращающегося магнитное поле асинхронного двигателя, вызывающее меньший крутящий момент.Уменьшение крутящего момента заставляет двигатель работать со скоростью ниже нормальной. Снижение скорости приводит к чрезмерному току двигателя и перегреву.

Хотя у триплетов нет вращения вектора, они могут проблема в трехфазной четырехпроводной системе, такой как 208/120 вольт или система на 480/277 вольт. В обычной системе с соединением звездой на 208/120 В, первичная обмотка обычно подключается по схеме треугольник, а вторичная подключается в Уай.

Однофазные нагрузки, работающие от 120 В, подключаются между любыми фазный провод и нейтральный провод. Нейтральный ток — это векторная сумма фазных токов. В симметричной трехфазной цепи (все фазы, имеющие равный ток), ток нейтрали равен нулю. Хотя однофазный нагрузки имеют тенденцию вызывать несбалансированное состояние, векторная сумма токов обычно приводит к тому, что нейтральный проводник пропускает меньше тока, чем любой из фазные проводники.Это верно для линейных нагрузок и непрерывный синусоидальный ток. Когда пульсирующие (нелинейные) токи подключен к трехфазной четырехпроводной системе, тройные гармонические частоты нарушает нормальное соотношение фазовых токов и может заставляют фазные токи суммироваться в нейтральном проводе, а не отменять. Поскольку нейтральный проводник не защищен предохранителем или автоматическим выключателем, существует реальная опасность чрезмерного нагрева нейтрального проводника.

Гармонические токи также отражаются в первичной обмотке треугольником, где они циркулируют и вызывают перегрев. Возникли другие проблемы с нагревом по вихревым токам и гистерезисным потерям. Трансформаторы обычно проектируются для работы 60 герц. Чем выше частота гармоник, тем больше сердечник потерь, на которые рассчитан трансформатор. Трансформеры, которые подключенных к цепям, которые производят гармоники, иногда необходимо снизить или заменены трансформаторами, специально предназначенными для работы с гармонические частоты.

Трансформаторы — не единственный электрический компонент, на который влияют гармоники. токи. Аварийные и резервные генераторы также могут быть повреждены в так же, как трансформаторы. Особенно это актуально для резервных генераторов. используется для питания оборудования обработки данных в случае сбоя питания.

Некоторые гармонические частоты могут даже исказить переход сигнала через нуль. производится генератором.

В термомагнитных выключателях используется биметаллический отключающий механизм, который чувствителен к теплу, выделяемому током цепи.Эти схемы выключатели предназначены для реагирования на тепловое воздействие истинного среднеквадратичного значения. текущая стоимость.

Если ток становится слишком большим, биметаллический механизм отключает выключатель. открыто. Гармонические токи вызывают искажение среднеквадратичного значения, которое может приводить к срабатыванию автоматического выключателя, когда он не должен срабатывать, или не срабатывать, когда он должен. Тем не менее, термомагнитные выключатели, как правило, обеспечивают лучшую защиту. против гармонических токов, чем электронные автоматические выключатели.Электронный выключатели определяют пиковое значение тока. Пики гармонических токов обычно выше, чем основная синусоида. Хотя вершины гармонических токов обычно выше основной частоты, они могут быть ниже. В некоторых случаях электронные прерыватели могут срабатывать при малых токах, а в других случаях они могут вообще не споткнуться.

+++++ 33 Гармонические сигналы обычно имеют более высокие пиковые значения, чем основная форма волны.

Форма гармонического сигнала Основная синусоида:

Токи тройной гармоники могут также вызвать проблемы с проводами нейтральной шины и подключением. ушки. Нейтральная шина рассчитана на пропускание номинального фазного тока.

Поскольку тройные гармоники могут привести к тому, что ток нейтрали будет выше, чем фазный ток может привести к перегрузке нейтральной шины.

Электрические панели и шинопроводы рассчитаны на токи, действующие на на 60 герц.Гармонические токи создают магнитные поля, которые действуют при более высокие частоты. Если эти поля станут механически резонансными с кожухами панелей или шинопроводов панели и кабельные каналы могут вибрировать и издавать жужжащие звуки с гармонической частотой.

Телекоммуникационное оборудование часто подвержено воздействию гармонических токов.

Телекоммуникационный кабель часто проходит рядом с линиями электропередач. Чтобы свести к минимуму помех, кабели связи проложены как можно дальше от фазных проводов как можно ближе к нейтральному проводнику.Гармонический токи в нейтральном проводе индуцируют высокочастотные токи в кабель связи. Эти высокочастотные токи можно услышать как высокие частоты. жужжащий звук в телефонных линиях.

+++++ 34 Сравнение амперметров со средним и истинным среднеквадратичным значением. Отклик синусоидальной волны Тип амперметра Отклик прямоугольной волны Отклик искаженной волны Правильно Среднее количество ответов Прибл. 10% высокий До 50% низкий; Верный; True-RMS ответ; Верный; Правильный

+++++ 35 Средние текущие значения обычно меньше истинного среднеквадратичного значения в искаженной форме волны.Действующее значение RMS; Среднее текущее значение

Определение гармонических проблем в однофазных системах

Чтобы определить, есть ли проблема с гармоники.

Один из шагов — сделать обзор оборудования. Это особенно важно в определении наличия проблем с гармониками в однофазной системе.

1. Проведите проверку оборудования. Такое оборудование, как персональные компьютеры, принтеры и люминесцентные лампы. фары с электронным балластом, как известно, излучают гармоники.Любой кусок оборудования, которое потребляет ток в импульсах, может генерировать гармоники.

2. Просмотрите записи о техническом обслуживании, чтобы узнать, не было ли проблем. с отключением автоматических выключателей без видимой причины.

3. Проверить трансформаторы на перегрев. Если вентиляционные отверстия не закрыты и трансформатор работает слишком горячо, проблема может заключаться в гармониках. Проверьте токи трансформатора с помощью амперметра, способного показать истинное среднеквадратичное значение. текущая стоимость.Убедитесь, что номинальные значения напряжения и тока трансформатор не был превышен.

Необходимо использовать амперметр, который реагирует на истинный среднеквадратичный ток, когда делая эту проверку. Некоторые амперметры реагируют на среднее значение, а не на Среднеквадратичное значение. Измерители, которые реагируют на истинное среднеквадратичное значение, обычно указывают это на счетчике. Счетчики, которые реагируют на среднее значение, обычно меньше дорогие и не указывайте, что это измерители RMS.

Измерители, которые реагируют на среднее значение, используют выпрямитель для преобразования Переменный ток в постоянный.Это значение должно быть увеличено в 1,111 раза, чтобы изменить среднее значение RMS для синусоидального тока. True-RMS отвечающие счетчики рассчитывают эффект нагрева от тока. График на показывает некоторые различия между показывающими среднее значение метрами и истинными Измерители RMS. В искаженной форме волны истинное среднеквадратичное значение тока будет больше не будет Среднее x 1,111. Искаженная форма волны обычно вызывает среднее значение должно быть на 50% меньше среднеквадратичного значения.

Другой метод определения наличия гармонической проблемы в однофазной система должна сделать две отдельные текущие проверки. Одна проверка выполняется с использованием амперметр, показывающий истинное среднеквадратичное значение, а другой — с использованием измеритель, показывающий среднее значение. В этом примере предполагается что амперметр с истинным среднеквадратичным значением показывает значение 36,8 ампер, а среднее значение Амперметр показывает значение 24,8 ампера. Определите соотношение двух измерения путем деления среднего значения на истинное среднеквадратичное значение:

Коэффициент

= Среднее значение

________ RMS

Коэффициент

= 24.8 А

______ 36,8 А

Коэффициент

= 0,674

Коэффициент 1 означает отсутствие гармонических искажений. Коэффициент 0,5 будет указывают на крайние гармонические искажения. Этот метод не раскрывает название или последовательность гармонических искажений, но это дает указание что есть проблема с гармониками. Определить название, последовательность и количество присутствующих гармонических искажений следует использовать анализатор гармоник.

+++++ 36 Определение гармонических проблем с помощью двух амперметров.

Измеритель истинного среднеквадратичного значения показывает значение 36,8 ампер. значение 24,8 ампера

==== 2 Трехфазная четырехпроводная система с соединением звездой

Дирижер | Амперметр с истинным среднеквадратичным значением | Амперметр среднеактивный

Фаза 1365 A 292 A Фаза 2396 A 308 A Фаза x 387 A 316 A Нейтраль 488 А 478 А

Определение гармонических задач в трехфазных системах

Определение наличия проблемы с гармониками в трехфазной системе аналогично определению проблемы в однофазной системе.Так как гармонические проблемы в трехфазной системе обычно возникают при соединении звездой четырехпроводная система, в этом примере предполагается подключение первичной обмотки треугольником и соединение звездой вторичный с нейтралью с центральным отводом. Для проверки гармонических искажений в трехфазной четырехпроводной системе измерьте все фазные токи и нейтральный ток с показанием амперметра с истинным среднеквадратичным значением и показанием среднего значения амперметр. Предполагается, что испытуемая трехфазная система запитана трансформатором на 200 кВ, а указанные значения тока были записано.Текущие значения указывают на то, что проблема с гармониками существуют в системе. Обратите внимание на более высокие измерения тока, сделанные с помощью показывающий амперметр истинного среднеквадратичного значения, а также тот факт, что ток нейтрали выше любого фазного тока.

Работа с проблемами гармоник

После того, как было определено, что существуют проблемы с гармониками, что-то должно нужно сделать, чтобы справиться с проблемой. Как правило, удалять оборудование, вызывающее гармонические искажения, поэтому необходимо использовать другие методы. заняты.Рекомендуется проконсультироваться со специалистом по качеству электроэнергии, чтобы определить точный характер и количество присутствующих гармонических искажений. Некоторые общие ниже приведены процедуры работы с гармониками.

1. В трехфазной четырехпроводной системе 60-герцовая часть нейтрали ток можно уменьшить, уравновешивая ток в фазных проводниках. Если все фазы имеют равный ток, ток нейтрали будет равен нулю.

2. Если в нейтральном проводе присутствуют тройные гармоники, гармоника фильтры могут быть добавлены при загрузке.Эти фильтры могут помочь уменьшить количество гармоник на линии.

3. Вытяните лишние нейтральные проводники. Идеальной ситуацией было бы использование отдельная нейтраль для каждой фазы вместо использования общей нейтрали.

4. Установите нейтральный провод большего диаметра. Если нецелесообразно поставлять отдельный нейтральный провод для каждой фазы, увеличьте размер общего нейтральный.

5. Уменьшите или уменьшите нагрузку на трансформатор.Гармонические проблемы обычно связаны с перегревом трансформатора. Во многих случаях это необходимо снизить номинальные параметры трансформатора до такой степени, чтобы он мог справиться с дополнительный ток, вызванный гармоническими искажениями. Когда это будет сделано, обычно необходимо добавить второй трансформатор и разделить нагрузку между двумя.

==== 3 пиковых тока добавлены в диаграмму проводника True-RMS, ответ амперметр Амперметр среднего срабатывания Фаза 1365 A 292 A Фаза 2396 A 308 A Фаза x 387 A 316 A Нейтраль 488 A Мгновенный пиковый ток 716A 794 А 737 А 957 А 478 А

Определение коэффициента снижения гармоник трансформатора

Вероятно, самый практичный и простой метод определения коэффициент снижения мощности трансформатора рекомендован Computer and Business Ассоциация производителей оборудования.Чтобы использовать этот метод, два измерения ампер должны быть выполнены. Один — это истинный среднеквадратичный ток фаз, а второй — — мгновенный пиковый фазный ток. Мгновенный пиковый ток можно определить с помощью осциллографа, подключенного к токовому пробнику или с амперметром, способным показывать пиковое значение тока. Многие из цифровые токоизмерительные клещи могут отображать среднее значение, истинное среднеквадратичное значение и пик значения тока. В этом примере предполагается, что пиковые значения тока измерены для трансформатора на 200 кВ, о котором говорилось ранее.Эти значения добавляются к предыдущим данным, полученным с помощью истинного среднеквадратичного значения и среднего значения. амперметры.

Формула для определения коэффициента снижения гармонических характеристик трансформатора:

THDF = (1,414) (среднеквадратичный фазный ток)

_______

мгновенный пиковый ток

Эта формула дает коэффициент снижения мощности где-то между 0 и 1,0. Поскольку мгновенное пиковое значение тока равно среднеквадратичному значению x 1.414, если форма волны тока синусоидальная (без гармонических искажений), формула дает коэффициент снижения мощности 1,0. Как только фактор снижения номинальных характеристик определяется, умножьте коэффициент снижения мощности на киловольт-амперную емкость. трансформатора. Товар — это максимальная нагрузка, которую следует разместить. на трансформаторе.

Если фазные токи не равны, найдите среднее значение, добавив токи вместе и разделенные на три:

Трансформатор на 200 киловольт-ампер в этом примере должен быть снижен. к 144.4 киловольта-ампера (200 кВА x 0,722).

Основы трехфазного тестирования — Снижение гармоник тока

Электрический проводник нагревается при передаче тока. Если нагрев достаточно высок, проводник может быть поврежден, поэтому рекомендуется ограничить ток. Трехфазные системы распределения электроэнергии очень эффективны в ограничении протекания тока без уменьшения мощности, подаваемой на нагрузку. Они делают это, разделяя фазы, а также балансируя нагрузку. Схема, состоящая из горячих ветвей, сдвинутых по фазе на 120 ° друг к другу, может обеспечивать большую мощность через проводники меньшего диаметра.

Галилео Феррарис, Михаил Доливо-Добровольский, Йонас Венстрём и Никола Тесла в 1880-х годах независимо друг от друга изобрели многофазные системы. Тесла задумал и разработал трехфазную систему и трехфазный асинхронный двигатель.

Идеальные формы сигналов трехфазного напряжения — реальные обычно имеют наложенный шум.

Трехфазная мощность обычно вырабатывается в одной из двух конфигураций: Y или треугольник. Генератор электросети имеет три обмотки, расположенные симметрично, так что ток в каждой обмотке отделен от двух других на один и тот же фазовый угол, равный одной трети цикла.Это 120 ° или 2π / 3 радиана. Вне генератора ток от каждой обмотки может проходить через один или несколько трансформаторов, где ток и напряжение, обратно пропорциональные, повышаются или понижаются без изменения межфазного интервала или частоты. На стороне заказчика трансформатор, установленный на опоре или опоре, преобразует мощность до желаемого уровня и подает ее по трем проводам к точке подключения.

Трехфазные конфигурации, Y и треугольник.

Более распространенная Y-образная конфигурация соединяет одну сторону каждой обмотки с одной из трех шин на входной панели, а другую ветвь — с общей, обычно заземленной нейтралью.На входной панели трехфазные выключатели зажимают три шины для питания трехфазных нагрузок, а однополюсные выключатели зажимают только одну из шин для питания однофазных нагрузок. Таким образом, трехфазное и однофазное питание может быть получено от одной входной панели или центра нагрузки без использования трансформатора или фазового преобразователя, поворотного или электронного. Там, где должны быть запитаны междуфазные нагрузки, используются двухполюсные выключатели.

Обмотка трансформатора, соединенная треугольником (греческая буква «Дельта», Δ), соединена между двумя первичными фазами.В системе с открытым треугольником используются только два трансформатора, в то время как в системе с закрытым треугольником используются три трансформатора, по одному на каждую фазу. Если один из трансформаторов выходит из строя или его необходимо удалить, система продолжит функционировать как система с открытым треугольником при мощности 58%.

С точки зрения электрика, проводящего проводку от трехфазной коробки, двухполюсный выключатель снимает напряжение между двумя фазами. Однополюсный выключатель снимает напряжение в одной фазе вместе с нулевым проводом шины.В любом случае следует проложить заземляющий провод оборудования для облегчения работы от сверхтока.

В некоторых системах с треугольником заземление выполняется посередине между двумя из трех фаз. Они называются трехфазными системами, соединенными треугольником с заземлением от центра. Из-за этого центрального отвода одна из трех фаз будет иметь более высокое напряжение относительно земли, чем две другие. Следует проявлять осторожность в отношении этой высокой ножки. Он имеет оранжевый цвет, чтобы отличить его от двух других ножек.

Трехфазный двигатель меньше, дешевле и служит дольше, чем однофазный двигатель той же мощности, потому что он не подвержен вибрации и требует меньшего рассеивания тепла. По этой причине большинство асинхронных двигателей мощностью более пяти лошадиных сил являются трехфазными, хотя также доступны трехфазные двигатели с дробной мощностью. Их легко подключить. Просто проложите три питающих провода с защитой от перегрузки по току с правильной амплитудой к двигателю и подключите их к двигателю.При необходимости используйте контроллер мотора.

Чтобы повернуть в обратном направлении, поменяйте местами две из трех линий. Некоторые моторные нагрузки, такие как вентиляторы или насосы, работают более эффективно в одном направлении, чем в другом. Причина в форме лопастей или крыльчатки. Правильное вращение можно определить методом проб и ошибок, измерив выходную мощность. Однако некоторые насосы мгновенно выходят из строя из-за неправильного вращения.

Этот индикатор чередования фаз от Fluke показывает последовательность подключения для вращения по и против часовой стрелки.

В трехфазной системе Y или схеме треугольника без заземленного центрального ответвителя в одной из обмоток однофазные нагрузки могут подключаться от одной фазы к нейтрали или между любыми двумя фазами. Это делает возможными многочисленные однофазные напряжения, которые можно использовать в различных приложениях. Если эти нагрузки сбалансированы, т.е. имеют равное сопротивление, трансформаторы и проводники используются наиболее экономично.

В сбалансированной системе Y все три фазных провода имеют одинаковый ток и напряжение относительно нейтрали системы.При линейных нагрузках измеренное напряжение между линейным проводом при равных нагрузках представляет собой квадратный корень из трех значений напряжения между фазой и нейтралью.

Проблема сегодня в том, что постоянно увеличивающаяся часть подключенных нагрузок является нелинейной. Люминесцентное освещение с балластом, которое широко распространено в офисных помещениях, а также импульсные источники питания и асинхронные двигатели являются примерами нелинейных нагрузок. Они производят дорогостоящие гармоники третьего порядка, которые синфазны во всех трех ветвях. В результате они складываются в нейтральных проводниках.Эта избыточная нагрузка вызывает нагрев нейтрали в параллельных цепях и распределительных линиях на всем пути вверх по потоку, включая генераторы энергоснабжения.

Однофазные электронные нагрузки генерируют гармоники, кратные основной гармонике. Наиболее вредными из них являются тройные гармоники, поскольку их амплитуда наибольшая. Гармоники более высокого порядка уменьшаются по амплитуде по мере того, как они удаляются от основной гармоники, как показано на оси X в частотной области осциллографа.

Трехфазные нагрузки не генерируют тройные гармоники.Следовательно, на промышленных объектах с большой трехфазной нагрузкой наибольшую проблему представляют нечетные гармоники более высокого уровня — пятая, седьмая, одиннадцатая и так далее.

Активные фильтры могут подавлять гармоники, но они сложны и дороги в реализации. Они синтезируют в цифровом виде реактивную мощность для подавления гармоник. Более экономичным решением является использование фазосдвигающих трансформаторов для ослабления гармоник. Они работают, комбинируя гармоники от разных источников, которые сдвинуты по фазе относительно друг друга, так что гармоники затем компенсируются.Другие методы подавления гармоник включают использование сетевых дросселей, ловушек гармоник, 12- и 18-импульсных выпрямителей и фильтров нижних частот.

Гармоники

также дороги, потому что они приводят к превышению полной мощности в системе и нагрузке на активные и реактивные компоненты. Более того, поскольку они имеют более высокую частоту, чем основная гармоника, они уменьшают емкостное реактивное сопротивление, параллельное явление, до определенной степени шунтируя намеченную нагрузку и нагревая проводку питания. При наличии гармоник конденсаторы испытывают более высокое приложенное напряжение, что может вызвать диэлектрические потери и реальные повреждения.Трехфазные асинхронные двигатели также испытывают потери и нагрев своих обмоток. Гармоники увеличивают ток и перегревают нейтральные проводники, которые обычно не имеют защиты от сверхтоков.

Когда большие двигатели не загружены на полную мощность, совокупный эффект внутри объекта добавляется к наличию гармоник для уменьшения коэффициента мощности. Электроэнергетические компании часто взимают с промышленных потребителей более высокую плату, когда коэффициент мощности падает ниже 90%.

Коэффициент мощности можно повысить, добавив в электрическую систему конденсаторы коррекции коэффициента мощности.Обычная реализация включает автоматический переключатель, который подключает конденсаторы только по мере необходимости.

Конденсаторы коррекции коэффициента мощности

требуют периодического осмотра и обслуживания. Тепловидение — хороший способ начать. Рабочие должны знать, что эти устройства способны сохранять смертельное напряжение еще долгое время после отключения питания. Вспышка дуги также представляет собой потенциальную опасность. В связи с этим любой, кто работает с испытательными приборами в непосредственной близости от трехфазных цепей питания, должен носить средства индивидуальной защиты (СИЗ) в соответствии со стандартами безопасности.

При измерении трехфазных электрических параметров необходимо учитывать несколько тонкостей. Один касается трехфазного режима 480Y. В этой конфигурации используются четыре провода, три контакта, нейтраль и заземляющий провод. Напряжение между любой ногой и землей будет 277 В, а между любыми двумя горячими проводами вы получите 480 В. Для работы с однофазными и трехфазными нагрузками 120/208 должен использоваться трансформатор. Трансформатор должен иметь первичную обмотку 480 Ом и вторичную обмотку 208 Ом.

Трехфазное оборудование обычно работает от напряжения Delta, в конфигурации с тремя горячими проводами и без нейтрального провода.Если автомат на 230 В по ошибке подключить к 480 В, его двигатель, скорее всего, сгорит. Напряжение не влияет на частоту вращения двигателя, но частота напряжения влияет.

Наконец, существуют разные способы измерения трехфазной мощности. Возможно, самым простым является использование одного измерителя мощности для измерения мощности в одной фазе за раз. Потенциальная проблема этого метода заключается в том, что он предполагает, что мощность в неизмеряемых фазах такая же, как и измеренная после того, как измеритель мощности введен в эту фазу.

Самый простой способ — использовать измеритель мощности одновременно в каждой фазе. Здесь фазное напряжение для измерения мощности измеряется относительно нейтрального провода. Очевидно, общая мощность — это сумма их показаний.

Интересно, что есть способ точно измерить трехфазную мощность с помощью всего двух измерителей мощности. Одна из фаз служит нулевым эталоном, и мощность необходимо измерять только для оставшихся двух фаз.

Но есть сравнительный расчет, связанный с этим методом, который используется для проверки его точности.Легко понять, когда источник напряжения и нагрузка имеют Y-образную конфигурацию. Поскольку нейтраль не подключена, сумма мгновенных токов в трех фазах должна быть равна нулю по закону Кирхгофа: I ₁ + I ₂ + I ₃ = 0.

Затем можно продемонстрировать, что сумма мгновенных мощностей трех фаз равна мгновенным мощностям двух фаз с третьей фазой (L2) в качестве опорного напряжения:

V ₁ × I ₁ + V ₂ × I ₂ + V ₃ × I ₃ = [(V ₁ — V ₂) × I ₁] + [(V ₃ — V ₂) × I ₃]

гармоник: не удивляйтесь…Be Prepared

По мере увеличения нелинейных нагрузок в промышленном и коммерческом секторах, проблемы из-за гармонических токов, вызываемых этими нагрузками, становятся все более распространенными. Однако наличие гармонических токов само по себе часто не является проблемой. Настоящая проблема может заключаться в каком-то побочном эффекте, который они вызывают. Давайте посмотрим на несколько примеров. Промышленная среда Промышленные нелинейные нагрузки, использующие трехфазное питание, такие как приводы с регулируемой скоростью и выпрямители, вызывают протекание токов пятой и седьмой гармоник.Эти токи используют емкость системы и могут способствовать перегреву трансформатора. Однако на многих объектах эти токи остаются незамеченными до тех пор, пока более крупное событие не покажет их важность. Этим событием может быть наложение штрафа на коэффициент мощности сети. Конденсаторы, установленные для повышения коэффициента мощности, вызывают электрический резонанс и выход из строя конденсаторов или, что еще хуже, электрическое повреждение какой-либо части объекта. Теперь гармоники мешают плану улучшения коэффициента мощности.Решение — добавить конденсаторы, чтобы не вызывать резонанса. Производители могут предоставить такое решение под такими названиями, как «расстроенные конденсаторы» или «защищенные конденсаторы». Эти устройства в первую очередь предназначены для увеличения емкости и обеспечения минимальной фильтрации гармоник. Во-вторых, коммунальное предприятие может принять решение о введении гармонических норм, таких как IEEE 519, на объект, и, опять же, гармонические токи возникают как проблема. Они приводят к тому, что объект превышает допустимые пределы искажений на интерфейсе электросети.Решение состоит в том, чтобы добавить фильтры для удаления гармонических токов, и снова ряд производителей могут предоставить эти устройства. Такие фильтры часто устанавливают на трансформаторе, где они улавливают гармонические токи до того, как они достигнут сети. В-третьих, может потребоваться больше оборудования. Однако, поскольку электрическая система пропускает гармонические токи, для питания этого оборудования нет полезной мощности. Опять же, фильтры можно использовать для удаления гармонических токов, но теперь они должны быть размещены рядом с нагрузками, генерирующими гармоники, чтобы уменьшить нагрузку на распределительные шины.Коммерческие объекты Большинство коммерческих нелинейных нагрузок — это персональные компьютеры. Коммерческие объекты обычно питаются от трехфазной четырехпроводной системы «звезда» на 208/120 вольт с нагрузкой, подключенной между фазой и нейтралью до 120 вольт. Такие нагрузки вызывают протекание в системе большого количества всех нечетных гармонических токов, при этом третья гармоника часто равна по величине основному току. Ценная емкость системы тратится впустую из-за гармонических токов. И токи третьей гармоники от всех трех фаз объединяются в нейтральном проводе, что часто приводит к тому, что ток нейтрали превышает фазные токи.Дополнительные токи, если их не контролировать, могут привести к перегреву трансформаторов, распределительного устройства и нейтральных проводов. Когда компьютерные нагрузки умеренные по сравнению с нагрузками других систем, гармонические токи не являются проблемой. Однако проблемы возникают при добавлении компьютерных нагрузок. Например, небольшой операторский центр в арендованном офисе может пожелать добавить персонал. Как только подключено больше компьютеров, выключатели начинают отключаться; нет дополнительной полезной мощности, и владелец здания не желает добавлять мощность.Единственный способ высвободить емкость — подключить каждый компьютер к устройству, удаляющему гармоники. В более крупном масштабе крупные пользователи компьютеров могут внезапно занять помещение, построенное с электрической системой, которая не предназначена для обработки большого количества гармонических токов. Если проблема заключается в перегреве трансформатора, их можно заменить блоками с номиналом k или увеличенными размерами, рассчитанными на дополнительное нагревание, или зигзагообразные фильтры могут удалять гармонические токи. Если проблема заключается в перегреве нейтрального провода, новый кабелепровод и двойные провода могут предотвратить его последствия.Наиболее частая проблема, вызванная гармоническими токами, — это недостаток полезной емкости системы. Для увеличения полезной емкости доступна система подавления гармоник, которая может предотвратить образование гармонических токов, высвобождая ранее потраченную впустую емкость и позволяя полностью использовать емкость системы для питания нескольких компьютерных нагрузок без увеличения размера системы. Когда объект должен быть построен, и известно, что многие компьютеры будут получать питание, оптимальным решением, по-видимому, является обеспечение спецификации и установки системы подавления гармоник.Как минимум, электрическая система должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать гармонические токи с использованием трансформаторов увеличенного номинала k, двойных нейтральных проводов и дополнительного охлаждающего оборудования. В то время как небольшие токи гармоник не вызывают проблем с электрическими системами, нагрузки, вызывающие гармоники, увеличиваются. Уменьшение полезной емкости, перегрев и улучшение коэффициента мощности становятся нормой. Установка оборудования во избежание или устранение проблем приводит к увеличению первоначальных затрат и может быть непопулярной среди владельцев помещений.Однако может быть более экономически выгодным избежать или устранить проблемы, вызванные гармониками, на стадии проектирования, чем использовать дорогостоящее решение по модернизации. ЛОВЕНШТЕЙН является президентом и главным техническим директором (CTO) Harmonics Limited. С ним можно связаться по адресу [email protected].

деструктивных гармоник в инфракрасном мире

Несинусоидальные и нелинейные нагрузки производятся обычным офисным оборудованием, используемым сегодня на большинстве рабочих мест, таким как: копировальные аппараты, персональные компьютеры (настольные и портативные), лазерные принтеры, балласты электронного освещения (флуоресцентные, пары ртути и пары натрия), бесперебойные источники питания и системы частотно-регулируемых приводов (VFD).Как мы все знаем из личного опыта, огромное количество одних компьютеров на каждом рабочем месте сегодня резко увеличилось за последнее десятилетие. В больших офисных помещениях нередко есть компьютер на каждом столе или рабочем месте.

Эти типы оборудования, создающего нелинейную нагрузку, подвергают обычную систему распределения с частотой 60 Гц, используемую в Соединенных Штатах, для нагрева сверх расчетных температур. Этот повышенный нагрев определенных компонентов в распределительной системе в значительной степени вызван более высокими среднеквадратичными токами нагрузки и скин-эффектом.Наиболее частыми компонентами распределительной системы, которые перегреваются из-за воздействия разрушающих гармоник, являются нейтральные проводники и обмотки трансформатора. Опытный термограф может легко обнаружить эти перегревающиеся компоненты, используя инфракрасную камеру и соответствующие методы проверки.

Сайты, на которых используются электронные приводы и системы передачи энергии с шестью и двенадцатипульсными тиристорами, обычно имеют аналогичные проблемы. Эти типы приводных систем SCR также вызывают искаженные токи, которые, в свою очередь, вызывают перегрев кабелей и обмоток трансформатора.Несколько примеров объектов, которые используют эти типы приводов SCR: судовые краны и лебедочные системы, узлы навигационных передатчиков правительства США и современные системы привода оборудования, используемые в нефтяных месторождениях.

Три основных типа повреждающих гармоник, обнаруживаемых в стандартных электрических распределительных системах с частотой 60 Гц, это: гармоники прямой последовательности, гармоники обратной последовательности и гармоники нулевой последовательности. Я постараюсь кратко и как можно проще описать каждый из них и то, на что они чаще всего влияют.

Гармонические токи прямой последовательности чаще всего представлены в виде векторов, вращающихся в фазовой последовательности A-B-C стандартных трехфазных электрических систем с частотой 60 Гц.

Гармонические токи обратной последовательности чаще всего представлены в виде векторов, вращающихся в последовательности фаз A-C-B, аналогично чередованию фаз, и чаще всего приводят к серьезным головным болям, вызывая перегрев трехфазных двигателей. Следующее ИК-изображение и соответствующее визуальное изображение являются примером перегрева трехфазного двигателя.Дальнейший анализ качества электроэнергии показал, что причиной перегрева двигателя были гармоники обратной последовательности.

Гармонические токи нулевой последовательности, также обычно называемые тройными гармониками в большинстве использованных мной исследовательских материалов, чаще всего представлены как фазоры, которые находятся в фазе друг с другом. Токи нулевых гармоник обычно добавляют тепло нейтральным проводникам трехфазных четырехпроводных распределительных систем. Кроме того, гармоники нулевой последовательности часто наносят ущерб системам на 120/208 В переменного тока.

Все трехфазные четырехпроводные распределительные системы могут испытывать воздействие гармонических токов прямой, обратной и нулевой последовательности при питании нелинейных нагрузок в установившемся режиме. Трехфазные трехпроводные распределительные системы испытывают гармонические токи прямой и обратной последовательности только в установившемся режиме. Причина этого в том, что в трехфазной трехпроводной системе не существует однофазного тракта для гармонических токов нулевой последовательности. Наиболее распространенный эффект этих типов гармоник, замеченный термографистом в трехфазной четырехпроводной системе, — это неравномерный нагрев обмоток трансформатора, как видно на ИК и визуальном изображении ниже.

Гармонические токи и напряжения, создаваемые сбалансированными трехфазными нелинейными нагрузками, обычно представляют собой гармоники прямой последовательности (векторы, которые смещены на 120 градусов с тем же вращением, что и основная частота), и гармоники обратной последовательности (векторы, смещенные на 120 градусов с обратным вращением к основной частоте).

Однако гармонические токи и напряжения, создаваемые однофазными нелинейными нагрузками, которые обычно соединены фазой с нейтралью, являются так называемыми гармониками нулевой последовательности третьего порядка.Эти гармоники нулевой последовательности третьего порядка в однофазных распределительных сетях (120/208 В переменного тока) действуют иначе, чем гармоники прямой и обратной последовательности в трехфазных системах. В отличие от гармонических токов прямой и обратной последовательности, они не компенсируются, а складываются арифметически на нейтральной шине. Обычно это вызывает необъяснимый нагрев всей нейтральной шины в однофазной системе. Термографист обычно видит всю нейтральную шину при нагревании панели 120/208 В переменного тока.Ниже приведены два инфракрасных изображения, которые показывают типичные эффекты гармонических токов третьего порядка нулевой последовательности на нейтральной шине однофазной распределительной системы.

Источники гармоник нулевой последовательности третьего порядка

Разрушающие уровни третьего порядка, гармоники нулевой последовательности чаще всего встречаются в однофазных распределительных сетях, используемых на большинстве современных рабочих мест. Важно помнить, что все однофазные распределительные системы на рабочих местах имеют гармоники того или иного типа.Только когда они достигают определенной разрушительной способности, они становятся помехой и вызывают проблемы с качеством электроэнергии.

Эти деструктивные уровни третьего порядка, гармоники нулевой последовательности в основном являются побочным продуктом так называемой технологии импульсных источников питания (SMP). Этот тип технологии обычно используется в современном офисном оборудовании и системах освещения, а также практически во всех других электронных устройствах малой мощности. Эти блоки питания эффективны, компактны, легки и недороги.Во всем остальном, помимо создания деструктивных гармоник третьего порядка нулевой последовательности, они хорошо подходят для своей задачи.

Напряжение источника переменного тока для SMP электрически выпрямляется или преобразуется в напряжение постоянного тока, которое затем используется для зарядки конденсатора большой емкости. В первой половине цикла конденсатор заряжается до среднего значения синусоидального напряжения. Электронное оборудование, которое оно питает, затем потребляет ток от заряженного конденсатора до регулируемого нижнего предела, в свою очередь, запитывая схемы устройства.Перед достижением этого регулируемого нижнего предела конденсатор снова заряжается до среднего значения в следующем полупериоде синусоидальной волны. Этот процесс, который повторяется дважды в каждом цикле, заставляет переменный ток течь только в течение части волны переменного напряжения в виде резких импульсов. В течение остальной части волнового цикла, когда напряжение ниже остаточного напряжения конденсатора, конденсатор не потребляет ток. Это основной принцип, делающий эти типы источников питания электрически эффективными.

Примеры обычного рабочего оборудования, содержащего импульсные источники питания, включают персональные компьютеры, терминалы мэйнфреймов, принтеры, копировальные аппараты, факсимильные аппараты и электронные балласты в люминесцентных осветительных приборах.В среднем ток нулевой последовательности (180 Гц), генерируемый этими типами устройств, превышает 80% потребляемого тока основной гармоники (60 Гц). Например, было обнаружено, что персональный компьютер, потребляющий 1,08 ампер тока основной гармоники, генерирует 0,90 ампер тока нулевой последовательности третьего порядка, что составляет 83% от основной гармоники. Это то, что создает нелинейные нагрузки, которые наносят ущерб однофазным распределительным системам. По отдельности эти довольно небольшие нелинейные нагрузки могут показаться незначительными, но в массовых количествах, встречающихся на современных рабочих местах, их воздействие может стать дорогостоящим и даже опасным.

Эффекты третьего порядка, гармоники нулевой последовательности

Значительные уровни гармонического тока и напряжения третьего порядка нулевой последовательности в низковольтной однофазной системе распределения электроэнергии могут иметь серьезные последствия как для самой системы распределения, так и для подключенных к ней устройств. При рассмотрении масштабов этой проблемы качества электроэнергии в однофазных системах важно понимать, что, в отличие от гармоник прямой и обратной последовательности, гармоники нулевой последовательности обычно не распространяются на более высокие уровни напряжения в распределительной системе.Обычно они находятся в распределительных трансформаторах низкого напряжения и нейтралах.

В зависимости от мощности и конфигурации системы распределения присутствие гармоник нулевой последовательности третьего порядка может включать в себя любые или все из следующих симптомов. Поскольку большинство этих симптомов обычно включают аномальное повышение температуры, опытный термограф может обнаружить присутствие повреждающих гармоник, если он знает, на что обращать внимание:

По иронии судьбы, устройства, которые создают повреждающие гармоники третьего порядка нулевой последовательности в типичных низковольтных распределительных сетях, также являются типами оборудования, наиболее чувствительными к проблемам, которые они создают.Производительность импульсного источника питания, в частности, зарядка его конденсатора, критически зависит от величины пикового напряжения. Эти повреждающие гармоники напряжения, описанные выше, могут вызвать так называемое «плоское перекрытие» формы волны напряжения. Это просто описывается как сглаживание или искажение синусоидальной волны переменного тока на ее пиках. В тяжелых случаях пользователь может столкнуться с переустановкой офисного оборудования, люминесцентным освещением и компьютерами или «миганием» включения и выключения из-за отказа собственного источника питания, когда конденсатор импульсного источника питания не заряжен должным образом.Одна секретарша в офисном здании, которое я недавно осматривал, была убеждена, что в этом здании есть призраки, потому что проблема на этом этаже стала настолько серьезной.

Поиск гармоник

Существует несколько практических шагов, которые можно предпринять для подтверждения наличия деструктивных гармоник в системе распределения электроэнергии. Включение этих процедур в программу прогнозирующего / профилактического обслуживания, наряду с другими процедурами, такими как инфракрасный контроль, поможет обеспечить качество электроэнергии.

В качестве первого шага при поиске повреждающих гармоник совершите поездку по объекту или рабочему месту, чтобы определить типы оборудования, подключенного к системе распределения низкого напряжения. Если этот перечень включает много типов офисного оборудования и люминесцентного освещения, перечисленных ранее, вероятно, присутствуют деструктивные гармоники. Однолинейная принципиальная схема имеет первостепенное значение для возможности отслеживать и определять источники искажений, производящих нелинейные токи и напряжения.

Затем найдите силовые трансформаторы низкого напряжения, которые питают эти нелинейные нагрузки, и проверьте их на предмет чрезмерного нагрева.Именно здесь термографист становится ценным помощником в обнаружении деструктивных гармоник. Гармоники увеличивают потери трансформаторов и вызывают их перегрев, превышающий данные, указанные на паспортной табличке, без перегрузки. Это можно рассматривать как даже перегрев обмоток, но часто наблюдается как неравномерный нагрев обмоток, даже если каждая фаза почти равномерно нагружена.

Наличие гармонических токов третьего порядка нулевой последовательности может также привести к перегрузке на клеммах нейтрали трансформатора.При высоких уровнях гармонических токов нейтральные токи могут превышать фазные токи. Каждый раз, когда термограф замечает нагрев нейтральной клеммы трансформатора, вполне вероятно, что существуют серьезные гармонические условия.

Наличие гармоник нулевой последовательности третьего порядка также вызовет перегрев нейтральных проводов и нейтральной шины в панелях автоматических выключателей 120/208 В переменного тока. В нормальных условиях нейтраль в панелях такого типа не должна нагреваться. Когда термографист видит, что нейтральные шины или проводники ненормально нагреваются, это снова является признаком того, что этот тип гармонического состояния, вероятно, существует.

Используя измерители истинного среднеквадратичного значения (среднеквадратичной или эквивалентной теплотворной способности), измерьте фазный и нейтральный токи, а также напряжение между фазой и нейтралью на вторичных выводах трансформатора. При разрушающем присутствии гармонических условий нулевой последовательности нейтральные токи будут превышать векторную сложение трех фазных токов. В тяжелых условиях токи нейтрали могут значительно превышать фазные токи при сбалансированной нагрузке. Эти условия подтверждают существование задачи третьего порядка нулевой последовательности.

Затем с помощью анализаторов гармоник и осциллографов можно точно определить, какой тип гармоник существует, чтобы можно было использовать соответствующие методы подавления для решения проблемы.

Подавление гармоник

Очень важно помнить, что подавление гармоник не является панацеей и означает уменьшение, а не устранение гармонических состояний. Как упоминалось ранее, гармоники на современном рабочем месте будут существовать, но при правильном контроле и управлении они не будут разрушительными, разрушительными или опасными.

Электропроводка однофазной ответвленной цепи

Как правило, конструкция параллельной цепи позволяет использовать общий нейтральный проводник для трехфазных четырехпроводных распределительных систем, обслуживающих однофазные нагрузки со сбалансированной нагрузкой. Согласно этой расчетной схеме нейтральный проводник несет только минимальный дисбаланс тока от трех однофазных нагрузок. Из-за этого, а также чтобы быть экономически эффективным, нейтральный проводник часто уменьшается по размеру по сравнению с фазными проводниками.

В строго сбалансированных однофазных условиях линейной нагрузки три однофазных основных тока трехфазной четырехпроводной распределительной системы, которые по определению являются гармониками прямой последовательности, нейтрализуются в общей точке подключения, которая является нейтральным проводником.Точно так же в условиях тщательно сбалансированной нелинейной нагрузки все гармонические токи прямой последовательности, включая основную гармонику и гармонические токи обратной последовательности, подавляются в нейтральном проводнике. И наоборот, гармонические токи нулевой последовательности не компенсируются, а складываются в нейтральном проводе как в сбалансированных, так и в несимметричных условиях.

При несимметричной однофазной нелинейной нагрузке общая нейтраль трех однофазных ответвленных цепей переносит токи прямой и обратной последовательности из-за небаланса системы.Нейтраль также несет токи нулевой последовательности от тройных гармоник. Один общий нейтральный провод для трех однофазных параллельных цепей может подвергаться чрезмерному току при несинусоидальных нагрузках.

Кроме того, чрезмерный ток нагрузки в нейтральном проводе может вызвать более высокое, чем обычно, падение напряжения между нейтралью и землей на выходах 120 В из-за более высоких потерь в меди. Это часто нарушает работу чувствительного электронного оборудования и может потребовать изолированной розетки заземления.

Чтобы предотвратить перегрузку нейтрального проводника параллельной цепи, каждый отдельный фазный провод должен быть снабжен отдельным полноразмерным нейтральным проводом, ведущим обратно к панели управления. Отдельный и полноразмерный нейтральный проводник снизит перегрузку нейтрального проводника, вызванную потерями тока высокой частоты и высокими потерями в меди. Впоследствии падение напряжения между нейтралью и землей будет уменьшено, что защитит чувствительное электронное оборудование от неправильной работы и преждевременного повреждения.

Схема трехфазного оборудования

Трехфазные устройства, создающие нелинейную нагрузку, такие как выпрямители, в источниках бесперебойного питания и системах частотно-регулируемых приводов, не могут генерировать гармонические токи нулевой последовательности, как упоминалось ранее. Однако они создают гармонические токи прямой и обратной последовательности, которые протекают через фазовые проводники к источнику.

Гармонические токи прямой и обратной последовательности увеличивают нагрев проводника из-за более высокого эффективного среднеквадратичного тока и «скин-эффекта».Скин-эффект характеризуется величиной переменного тока более высокой частоты, протекающего вблизи внешней поверхности проводника. Это связано с тем, что потокосцепления не имеют постоянной плотности по всему проводнику, а имеют тенденцию к уменьшению вблизи внешней поверхности, уменьшая индуктивность и увеличивая ток. Чем выше частота, тем меньше эффективное поперечное сечение проводника. Это увеличивает сопротивление в проводнике, что увеличивает температуру проводника.

Это одно из мест, где термография может помочь определить проблему.Если проводники с равномерной нагрузкой и силой ниже номинальной силы тока цепи необъяснимо нагреваются до ненормального уровня, это может быть признаком разрушающих гармоник.

Одним из методов предотвращения перегрева проводов трехфазного оборудования до опасных и разрушительных температур является снижение номиналов фазных проводов. Проводники с пониженным номиналом будут продолжать испытывать скин-эффект и более высокие потери, но добавленная площадь поперечного сечения проводов увеличенного диаметра компенсирует эти эффекты и может нести ток гармонической нагрузки.При выборе размеров проводов необходимо соблюдать осторожность и осторожность, чтобы избежать превышения допустимого диапазона размеров проводов для клеммных наконечников оборудования.

Другой метод подавления гармоник для трехфазного оборудования — это параллельное соединение двух или более фазных проводов. Два или более параллельных фазовых проводника с достаточной амплитудой для передачи полного тока нагрузки 60 Гц помогут минимизировать скин-эффект. Это, в свою очередь, уменьшит гармонический нагрев проводников, сохраняя при этом возможность подключения клемм надлежащего размера.

Автоматические выключатели на панели управления, шины нейтрали и фидеры

Автоматические выключатели

обычно имеют три аспекта своей работы, которые вызывают беспокойство при смягчении нелинейных нагрузок: 1) срабатывание перегрузки по току, 2) мгновенное срабатывание тока короткого замыкания и 3) номинальное значение прерывания тока замыкания.

Для срабатывания перегрузки по току в термомагнитных выключателях используется биметаллический отключающий механизм, который реагирует на нагревательное воздействие тока нагрузки. Они в основном отключают цепь, когда выключатель обнаруживает превышение проектной максимальной температуры.Они разработаны, чтобы реагировать на тепло, выделяемое истинным среднеквадратичным значением тока нагрузки. Термомагнитные выключатели подходящего размера обеспечивают адекватную защиту фазных проводов и оборудования от перегрузок гармоническим током.

Однако гармонические токи часто могут ускорить ослабление соединений выключателя как со стороны сети, так и со стороны нагрузки. Это происходит из-за естественного расширения и сжатия, которое происходит при увеличении и уменьшении гармонических токов при использовании оборудования в определенное время дня.Эти незакрепленные соединения, в свою очередь, увеличивают температуру перехода и заставляют выключатель срабатывать при чрезмерной нагрузке, хотя на самом деле это было неплотное соединение. Точно так же электронные выключатели определяют истинное среднеквадратичное значение тока нагрузки и обеспечивают защиту оборудования, обслуживающего нелинейные нагрузки.

Снижение номинальной отключающей способности автоматического выключателя не требуется в системах с гармонической нагрузкой 60 Гц и обычно не является хорошей идеей. Гармонические токи нагрузки также не влияют на мгновенное срабатывание выключателей при возникновении истинного короткого замыкания.Следовательно, при расчете надлежащего размера не требуется и не рекомендуется особого рассмотрения или снижения номинальных характеристик выключателей.

Использование надлежащих инфракрасных технологий и другого обычного профилактического обслуживания (например, регулярных проверок герметичности соединений) настоятельно рекомендуется для цепей, которые, как известно, могут иметь высокие гармонические токи. На изображениях справа изображены автоматические выключатели на 20 А и 120 В переменного тока в офисном здании в цепи розеток с высокими гармоническими токами. Было несколько выключателей с ослабленными соединениями на линии и на стороне нагрузки, вероятно, вызванными гармоническими условиями.Это еще один пример того, как инфракрасная термография может быть ценным инструментом для контроля разрушительного воздействия гармонических токов.

Нейтральные шины панели управления

Нейтральные шины панели управления представляют собой первую общую точку соединения для нескольких комплектов однофазных нагрузок, соединенных звездой. Шины нейтрального проводника могут перегреться из-за гармонических токов прямой и обратной последовательности, вызванных дисбалансом фаз. Они также могут перегреваться из-за эффектов подавления гармонических токов прямой и обратной последовательности между нейтральными проводниками, обслуживающими разные наборы нелинейных нагрузок, или из-за аддитивных гармонических токов нулевой последовательности, как обсуждалось ранее.

Нейтральные шины, рассчитанные на пропускание полного значения номинального фазного тока, могут легко перегрузиться, когда параллельные цепи питают нелинейные нагрузки. Чтобы управлять эффектами нагрева от гармоник и при этом обеспечивать достаточное пространство для оконечной нагрузки для каждого нейтрального проводника с размером четности, нейтральные шины должны быть рассчитаны на удвоенную токовую нагрузку фазных проводов. В настоящее время на рынке представлены щитовые панели, оснащенные нейтральными шинами двойной емкости, специально разработанными для несинусоидальных нагрузок.Старые панели с нейтральными шинами меньшей емкости на рабочих местах с увеличивающимися гармоническими токами должны быть заменены этими специально разработанными панелями.

Устройство подачи панелей

На нелинейных нагрузках, соединенных звездой, гармонические токи прямой и обратной последовательности будут значительно подавляться на нейтральных шинах щитка управления. Добавочные гармонические токи нулевой последовательности и добавленная несимметрия фазных токов будут проходить от отдельных нейтральных проводников ответвленной цепи через щитовую панель к нейтральному проводу фидера щитовой панели.

Для того, чтобы выдерживать эти токи нагрузки, нейтральные проводники фидера между трансформаторами, соединенными треугольником и панелями, обслуживающими однофазные нелинейные нагрузки, должны быть как минимум вдвое большей, чем допустимая нагрузка фазных проводов. Это позволит добавить тройные гармоники и любые несимметричные фазные токи. Как и в случае с фазными проводниками, рекомендуется, чтобы минимум два или более проводов были подключены параллельно с мощностью, вдвое большей, чем у фазных проводов.

Для нелинейных нагрузок, соединенных как звездой, так и треугольником, гармонические токи прямой и обратной последовательности будут проходить через панель управления по фазным проводам фидера панели управления.Фазовые проводники фидера панели управления должны быть либо с пониженным номиналом, либо, предпочтительно, иметь два или более проводов, соединенных параллельно. Проводники, независимо от того, имеют ли они пониженный номинал или соединены параллельно, должны иметь достаточную допустимую нагрузку, чтобы выдерживать полный ток нагрузки 60 Гц. Это компенсирует гармонические токи прямой и обратной последовательности.

Трансформаторы

Проблемы с гармониками в трансформаторах возникают из-за потерь как в сердечнике, так и в меди, вызванных гармоническими токами прямой и обратной последовательности, передаваемыми по фазным проводам от нагрузок, генерирующих однофазные и трехфазные гармоники.Гармонические токи нулевой последовательности, передаваемые по нейтральным проводникам от оборудования, генерирующего гармоники, также могут влиять на трансформаторы.

Гармоники нулевой последовательности математически складываются в нейтральном проводе трехфазных четырехпроводных систем и затем проходят через распределительную систему, пока не достигнут трансформатора, соединенного треугольником. Когда гармоники нулевой последовательности, вызванные токами нейтрали, достигают трансформатора, соединенного треугольником, они циркулируют в первичной обмотке треугольника, что приводит к сокращению срока службы трансформатора из-за повышенного нагрева.

Было много споров, когда дело дошло до определения трансформаторов для цепей, которые, как известно, имеют нелинейные гармонические нагрузки. Во многих недавних статьях предлагалось увеличить размер трансформаторов для учета повышенного нагрева и потерь нагрузки в качестве решения для гармонического нагрева. К сожалению, исследования показали, что проводники большего размера в трансформаторах увеличенного размера усиливают высокочастотный нагревательный эффект, создаваемый гармоническими нагрузками. Кроме того, слишком большой размер трансформаторов может позволить протекать большему количеству гармонических токов в установившемся режиме нелинейной нагрузки.

Трансформаторы негабаритные

Большая часть полного сопротивления источника в распределительной цепи представлена трансформаторами. Скин-эффект указывает на то, что индуктивный компонент трансформатора может оказывать значительное противодействующее сопротивление потоку высокочастотных гармонических токов. Чем выше частота гармоники, тем сильнее реагирует трансформатор, подавляя гармонические составляющие тока нагрузки.

Трансформаторы увеличенного размера, как правило, имеют меньшее сопротивление, чем трансформаторы такого размера, чтобы лучше соответствовать требованиям к нагрузке цепи.Это позволяет проходить через них более высоким уровням высокочастотных гармонических токов. Более высокие уровни фазного и нейтрального тока в проводнике могут увеличить потери напряжения между нейтралью и землей, что приведет к падению напряжения до потенциально опасных уровней для чувствительного электронного оборудования. Высокие уровни гармонического тока нейтрали нулевой последовательности могут вызвать более высокие уровни циркулирующих токов в первичной обмотке трансформатора, соединенной треугольником. Из-за этого слишком большой размер трансформаторов может увеличить потери, вызванные скин-эффектом.

Трансформаторы с рейтингом K

Трансформаторы с номиналом

K — это трансформаторы, которые специально протестированы, маркированы и внесены в список UL для работы в среде, которая, как известно, имеет несинусоидальную форму волны. Эти типы трансформаторов специфицированы, спроектированы и установлены в электрических распределительных сетях для обслуживания нелинейных нагрузок в соответствии с требованиями UL и маркировкой. Трансформаторы с рейтингом K разработаны в соответствии с требованиями NEC по безопасности и установке. Они специально разработаны и изготовлены таким образом, чтобы при правильной установке они работали с меньшими потерями мощности на гармонических частотах по сравнению с обычными трансформаторами 60 Гц.

Конструктивные изменения трансформаторов с рейтингом К могут включать одно или несколько из следующего:

Current Harmonic — обзор

7.5.1 Гармонические токи

Гармонические токи генерируются входным выпрямителем переменного тока. привод показан на рис. 7.8. Электропитание выпрямляется диодным мостом, и возникающий постоянный ток. напряжение сглаживается постоянным током. соединительный конденсатор, а для приводов с номинальной мощностью более 2,2 кВт — постоянного тока. ток сглаживается индуктором в d.c. схема. Постоянный ток Затем напряжение прерывается в каскаде инвертора, который использует ШИМ для создания синусоидального выходного напряжения с регулируемым напряжением и частотой.

Хотя малые приводы могут иметь однофазное питание, мы рассмотрим трехфазное питание. Из рисунка 7.13 видно, что ток течет в выпрямитель в виде серии импульсов, которые возникают всякий раз, когда напряжение питания превышает постоянное напряжение. ссылка, когда диоды начинают проводить. Амплитуда этих импульсов намного больше основной составляющей, которая показана пунктирной линией.

Рис. 7.13. Типичный ток от электросети для трехфазного привода мощностью 1,5 кВт.

На рис. 7.14 показан спектральный анализ формы сигнала тока на рис. 7.13.

Рис. 7.14. Гармонический спектр формы сигнала тока показан на рис. 7.13.

Обратите внимание, что все токи, показанные в спектрах, состоят из линий, кратных частоте сети 50 Гц. Поскольку форма волны симметрична в положительном и отрицательном полупериодах, помимо недостатков, гармоники четного порядка присутствуют только на очень низком уровне.Гармоники нечетного порядка довольно высоки, но они уменьшаются с увеличением номера гармоники. Для трехфазного входного моста нет тройных (трехчастотных) гармоник, а для 25-й гармоники уровень незначителен. Частота этой гармоники для источника питания 50 Гц составляет 1250 Гц, что находится в области звуковых частот электромагнитного спектра и значительно ниже радиочастотной части, которая, как обычно считается, начинается с 150 кГц. Это важно, поскольку показывает, что гармоники питания представляют собой низкочастотные эффекты, которые сильно отличаются от эффектов радиочастотной электромагнитной совместимости (ЭМС).Они нечувствительны к мелким деталям компоновки и экранирования цепей, и для любых корректирующих мер, которые требуются, используются традиционные методы электроэнергетики, такие как настроенные конденсаторы коэффициента мощности и фазосдвигающие трансформаторы. Это не следует путать с различными методами, используемыми для контроля радиочастотных помех от устройств с быстрым переключением, искрения электрических контактов и т. Д. — всех вопросов, которые относятся к «высокочастотному миру», упомянутому в разделе 7.4.2.

Фактические величины гармоник тока зависят от детальной конструкции привода, в частности, от значений d.c. емкость звена и, если используется, постоянный ток. индуктивность линии, а также полное сопротивление системы электроснабжения, к которой она подключена, и других нелинейных нагрузок в системе.

Мы должны прояснить, что промышленные проблемы, связанные с гармониками, необычны, хотя с постоянным увеличением использования электронного оборудования они станут более распространенными в будущем. Проблемы чаще всего возникали в офисных зданиях с очень высокой плотностью персональных компьютеров и в тех случаях, когда большая часть мощности питания используется электронным оборудованием, таким как приводы, преобразователи и ИБП.

Как правило, если общая нагрузка выпрямителя (например, приводы, ИБП, ПК и т. Д.) В энергосистеме составляет менее 20% от ее допустимой токовой нагрузки, то гармоники вряд ли будут ограничивающим фактором. Во многих промышленных установках мощность источника питания значительно превышает установленную нагрузку, и большая часть нагрузки, такая как неконтролируемые (прямые) асинхронные двигатели и резистивные нагревательные элементы, генерируют минимальные гармоники.

Если нагрузка выпрямителя превышает 20%, то должен существовать план управления гармониками.Для этого требуется некоторый опыт, и часто можно получить рекомендации от поставщиков оборудования. Хорошая новость заключается в том, что, если считается, что проблема будет существовать с расчетным уровнем гармоник, тогда существует ряд доступных опций для уменьшения искажений до приемлемых уровней.

Приводы

переменного тока мощностью более 2,2 кВт обычно проектируются с индуктивностью, встроенной в постоянный ток. ссылка и / или переменный ток входная цепь. Это дает гораздо лучшую форму сигнала тока питания и его значительно улучшенный спектр, как показано на рис.7.15 и 7.16 соответственно, которые опять же для привода мощностью 1,5 кВт для простоты сравнения с предыдущими иллюстрациями. (В этом случае индуктивность в каждой линии указывается как «2%», что означает, что когда в линии протекает номинальный основной ток, падение напряжения на катушке индуктивности равно 2% от напряжения питания.) Обратите внимание на изменение вертикальной шкалы между рис. 7.13 и 7.15, которые могут скрывать тот факт, что импульсы тока теперь достигают примерно 5 А, а не 17 А или около того ранее, но основной компонент остается на уровне 4 А, потому что нагрузка такая же.(Помните, что, хотя мы только что продемонстрировали огромное улучшение гармоник питания, достигаемое за счет добавления индуктивности звена постоянного тока к приводу мощностью 1,5 кВт, стандартные приводы редко производятся с какой-либо индуктивностью, потому что, хотя спектр гармоник выглядит тревожным, токи очень низкие. уровень, что они редко вызывают практические проблемы.)

Рис. 7.15. Форма кривой тока электросети для трехфазного привода мощностью 1,5 кВт с постоянным током и 2% перем. индукторы.

Рис. 7.16. Гармонический спектр улучшенной формы волны тока, показанной на рис.7.15.

В стандартных трехфазных приводах мощностью примерно до 200 кВт обычно используются обычные 6-импульсные выпрямители. При более высоких мощностях может потребоваться увеличить количество импульсов для улучшения формы сигнала на стороне питания, и для этого требуется специальный трансформатор с двумя отдельными вторичными обмотками, как показано для 12-импульсного выпрямителя на рис. 7.17.

Рис. 7.17. Базовая схема 12-пульсного выпрямителя.

Напряжения во вторичных обмотках звезды и треугольника трансформатора имеют одинаковую величину, но с относительным фазовым сдвигом 30 °.Каждая обмотка имеет собственный набор из шести диодов, каждый из которых выдает шестипульсное выходное напряжение. Два выхода обычно подключаются параллельно, и из-за фазового сдвига результирующее напряжение состоит из двенадцати импульсов под углом 30 ° за цикл, а не из шести импульсов под углом 60 °, показанных, например, на рис. 2.13.

Фазовый сдвиг 30 ° эквивалентен 180 ° на пятой и седьмой гармониках (а также 17, 19, 29, 31 и т. Д.), Так что магнитный поток и, следовательно, первичный ток на этих гармониках компенсируются в трансформаторе, и поэтому результирующая форма первичного сигнала очень хорошо приближается к синусоиде, как показано для привода мощностью 150 кВт на рис.7.18.

Рис. 7.18. Форма кривой тока электросети для привода 150 кВт с 12-импульсным выпрямителем.

Использование приводных систем с входным выпрямителем / преобразователем, использующим ШИМ, который генерирует незначительные гармонические токи в электросети, как описано в разделе 2.4.6, становится все более распространенным. Это также позволяет возвращать мощность от нагрузки к источнику питания.

Работа с гармониками переменного тока в трехфазных входах

В наши дни все больше и больше нагрузок, подключенных к линиям питания переменного тока, потребляют токи несинусоидальной формы.Типичный пример — блок питания переменного тока для компьютера. Когда переменное напряжение подается на диодный мост источника питания (см. Рисунок 1), напряжение выпрямляется мостом, и конденсатор заряжается почти до пика выпрямленного переменного напряжения. Результатом является форма волны тока, содержащая несколько гармоник (см. Рисунок 2).

Гармоники приводят к ряду нежелательных последствий. Они не передают мощность, что означает, что они производят бесполезную энергию в виде тепла без увеличения подаваемой мощности постоянного тока.

Гармоники

увеличивают среднеквадратичный ток (среднеквадратичный) на целых 50 процентов и вызывают чрезмерное нагревание проводов, контактов, предохранителей и автоматических выключателей, что приводит к дополнительным расходам за счет использования более крупных предохранителей и автоматических выключателей, и даже более тяжелых. линии электропередач. Если общий гармонический ток достаточно велик, чтобы исказить форму волны питания, правильная работа оборудования может быть нарушена. Гармоники влияют на коэффициент мощности, который представляет собой отношение полезного тока к общему току.(Если, например, действующий ток на 50 процентов больше полезного тока, коэффициент мощности равен 0,67.)

Очевидно, что гармоники тока на входе любого блока проблематичны. Для однофазных входов с низким энергопотреблением идеальным решением являются устройства электронной коррекции коэффициента мощности. Эти устройства, которые доступны в виде силовых модулей мощностью примерно до 1 кВт, заставляют входной ток через схему широтно-импульсной модуляции (ШИМ) быть синусоидальным и синфазным с входным напряжением. По конструкции эти устройства могут быть встроены в любой блок питания; и на самом деле для этого существует множество схем.

Вышеупомянутый подход не работает для трехфазных входов, хотя три однофазных преобразователя могут использоваться вместо трехфазного входа, когда вход является WYE и нагрузка очень симметрична. Настоящая проблема проявляется в фокусе, когда уровень мощности намного выше, а входной сигнал — ТРЕУГОЛЬНИК. Без нейтрали нельзя использовать три однофазных преобразователя. Однако при выпрямлении трехфазной мощности гармоники меньше, чем при выпрямлении однофазной мощности.

Если на трехфазном входе используется трансформатор, блок можно настроить на многофазный выход. Например, если вторичная обмотка трансформатора имеет треугольник и треугольник, она будет иметь шесть фаз. Вторичная обмотка с тремя наборами WYE и DELTA, правильно сдвинутыми по фазе, будет иметь эквивалент 18 фаз. 18-фазный выпрямленный выход называется 36-импульсным выпрямителем, так как он использует 36 диодов (см. Рисунок 3). При таком большом количестве импульсов дроссель становится достаточно маленьким и легко реализуемым.

Не многие устройства имеют возможности 18-фазного 36-импульсного выпрямления. Один из них — BL + 120 от Behlman Electronics (см. Рис. 4). BL + 120 — это преобразователь частоты 120 кВА со специально намотанным входным трансформатором, который выдает 18-фазный выходной сигнал, который выпрямляется и фильтруется для 36-импульсного выпрямления, а результирующий постоянный ток подается на преобразователь частоты коммутации. Он может воспроизводить синусоидальные волны с низким уровнем искажений от 45 до 500 Гц и, при необходимости, до 2000 Гц. Входное напряжение может находиться в диапазоне от 120/208 В переменного тока до 277/480 В переменного тока при подключении по схеме «звезда» или «треугольник».Блоком можно управлять вручную или через дополнительный компьютерный интерфейс через RS-232, IEEE-488, USB или Ethernet.

Проблемы, вызванные гармониками сети переменного тока, привлекают все больше внимания как критически важная проблема качества электроэнергии из-за растущего процента электричества, проходящего сейчас через нагрузки, потребляющие несинусоидальные токи. Очевидно, что современные инженеры должны знать о негативном влиянии гармоник в сети переменного тока на свои системы и о доступных решениях для решения проблемы.

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники при соединении фаз источника и приемника звездой:

Высшие гармоники при соединении фаз генератора и приемника треугольником

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники в трехфазных цепях. — КиберПедия

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Электротехника Высшие гармоники в трехфазных цепях

Читайте также

Высшие гармоники в трехфазных цепях

гармоник в трехфазных трансформаторах — значение и объяснение

Соединение по схеме «треугольник»

Звезда

Трехфазные трансформаторы — часть 4: Гармоники

Гармоники

Основы трехфазного тестирования — Снижение гармоник тока

гармоник: не удивляйтесь…Be Prepared

деструктивных гармоник в инфракрасном мире

Источники гармоник нулевой последовательности третьего порядка

Эффекты третьего порядка, гармоники нулевой последовательности

Поиск гармоник

Подавление гармоник

Электропроводка однофазной ответвленной цепи

Схема трехфазного оборудования

Автоматические выключатели на панели управления, шины нейтрали и фидеры

Устройство подачи панелей

Трансформаторы

Трансформаторы негабаритные

Трансформаторы с рейтингом K

Current Harmonic — обзор

7.5.1 Гармонические токи

Работа с гармониками переменного тока в трехфазных входах

Добавить комментарий Отменить ответ

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники при соединении фаз источника и приемника звездой:

Высшие гармоники при соединении фаз генератора и приемника треугольником

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники в трехфазных цепях. — КиберПедия

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Высшие гармоники в трехфазных цепях

Электротехника Высшие гармоники в трехфазных цепях

Читайте также

Высшие гармоники в трехфазных цепях

гармоник в трехфазных трансформаторах — значение и объяснение

Соединение по схеме «треугольник»

Звезда

Трехфазные трансформаторы — часть 4: Гармоники

Гармоники

Основы трехфазного тестирования — Снижение гармоник тока

гармоник: не удивляйтесь…Be Prepared

деструктивных гармоник в инфракрасном мире

Источники гармоник нулевой последовательности третьего порядка

Эффекты третьего порядка, гармоники нулевой последовательности

Поиск гармоник

Подавление гармоник

Электропроводка однофазной ответвленной цепи

Схема трехфазного оборудования

Автоматические выключатели на панели управления, шины нейтрали и фидеры

Устройство подачи панелей

Трансформаторы

Трансформаторы негабаритные

Трансформаторы с рейтингом K

Current Harmonic — обзор

7.5.1 Гармонические токи

Работа с гармониками переменного тока в трехфазных входах

Читайте также

Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна

Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков

Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей

Добавить комментарий Отменить ответ