Kilder til harmoniske i elektriske netværk

Da ikke-lineære elementer uvægerligt er til stede i moderne elektriske, især i industrielle netværk, som et resultat, forvrænges strømkurver og spændingskurver, opstår der højere harmoniske i netværk.

Først og fremmest skyldes ikke-sinusoidalitet tilstedeværelsen af ​​statiske omformere, derefter - synkrone generatorer, svejsemaskiner, lysstofrør, lysbueovne, transformere, motorer og andre ikke-lineære belastninger.

Matematisk kan strøm- og spændingskurvernes ikke-sinusoidalitet repræsenteres som summen af ​​hovedharmonikken af ​​netfrekvensen og dens højere harmoniske, som er multipla af den. Harmonisk analyse resulterer i en trigonometrisk Fourier-serie, og værdierne af frekvenser og faser af de resulterende harmoniske kan let beregnes ved hjælp af formlen:

Faktisk kan den resulterende kombination af ikke-sinusformede spændinger og strømme i et trefaset netværk være asymmetrisk eller symmetrisk.Et symmetrisk system af ikke-sinusformede spændinger for multipla af tre harmoniske (k = 3n) fører til dannelsen af ​​et system af nul-sekvensspændinger.

Ydermere, ved k = 3n + 1, genererer den harmoniske i det trefasede netværk et symmetrisk system af negative sekvensspændinger. Så hver k-harmonisk af et symmetrisk system af ikke-sinusformede spændinger resulterer i et symmetrisk system af fasespændinger med direkte, omvendt eller nul sekvens.

I praksis viser systemet med fase ikke-sinusformede spændinger sig imidlertid at være asymmetrisk. Så, magnetiske kerner af trefasede transformere i sig selv er de ikke-lineære og asymmetriske, da længderne af de magnetiske baner for midter- og slutfasen adskiller sig med en faktor på 1,9. Som et resultat er de effektive værdier af magnetiseringsstrømmene i midtfasen 1,3 - 1,55 gange mindre end værdierne af magnetiseringsstrømmene for de sidste faser.

Asymmetriske harmoniske dekomponeres til symmetriske komponenter, når hver k-harmoniske danner et asymmetrisk system af fasespændinger og typisk indeholder komponenter af tre sekvenser - nul, fremad og baglæns.

Trefasede netværk med en isoleret neutral er karakteriseret ved fravær af nul-sekvens komponenter i hver af faserne, forudsat at der ikke er jordfejl. Som et resultat er der ingen multipla af tre harmoniske i fasestrømmene, men der er andre harmoniske, der indeholder omvendte og positive sekvenskomponenter.

Effektensrettere har som regel på DC-siden store induktanser, som er DC-maskinviklinger og udjævningsreaktorer.Disse induktanser er mange gange højere end den ækvivalente induktans på vekselstrømsiden, derfor opfører sådanne ensrettere med hensyn til vekselstrømsnettet sig som kilder til højere harmonisk strøm. Den strøm, der ledes til netværket med en harmonisk frekvens, har en værdi, der ikke afhænger af forsyningsnettets parametre.

For trefasede elektriske netværk er det karakteristisk at bruge trefasede fuldbølgeensrettere til 6 ventiler som sådanne omformere, hvorfra de kaldes seks-puls eller seksfaset. Strømkurven for hver af faserne i dette tilfælde kan beskrives ved ligningen (for strømmen af ​​en fase A):

Det kan ses, at fasestrømmene kun indeholder ulige harmoniske, der ikke er multipla af tre, og fortegnene for disse harmoniske veksler: positive harmoniske af 6k + 1. orden og negative harmoniske af 6k-1. orden.

Hvis der anvendes en tolvfaset ensretter, når et par seksfasede ensrettere er forbundet til et par trefasede transformatorer (sekundærspændingerne faseforskydes med pi / 6), vil harmoniske på 12k + 1 og 12k- 1-ordrer vises hhv.

Før ensrettere blev brugt, var det kun transformere og forskellige elektriske maskiner, der var hovedkilden til højere harmoniske i elektriske netværk. Men selv i dag er transformere de mest almindelige elementer i elektriske netværk.

Grunden til at transformere genererer højere harmoniske er den ikke-lineære magnetiseringskurve for de magnetiske kredsløb og den konstante tilstedeværelse af hysterese sløjfer… En ikke-lineær magnetiseringskurve og hysteresesløjfe genererer forvrængninger af den originale sinusformede magnetiseringsstrøm uden belastning, og resultatet er højere harmoniske i den strøm, som transformeren trækker fra nettet.

Transformatorer i 110 kV-klassen har ikke mere end 1% tomgangsstrøm, og transformere i 6-10 kV-klassen - ikke mere end 2-3%. Disse er små strømme, og deres aktive tab i det magnetiske kredsløb er ubetydelige. Det er magnetiseringskurven, der betyder noget, ikke hysteresesløjfen.

Magnetiseringskurven er symmetrisk, og der er ikke engang harmoniske i Fourier-seriens ekspansion. Forvrængning af magnetiseringsstrømmen er forårsaget af ulige harmoniske, blandt hvilke er multipla af tre. Den tredje harmoniske er særligt udtalt, men den femte og syvende harmoniske er også de mest betydningsfulde.

EMF harmoniske og strømharmoniske er også karakteristiske for motorer, både synkron og asynkron… Disse harmoniske er forårsaget af de samme fænomener som strømharmoniske genereret af transformatorer – ikke-lineariteten af ​​magnetiseringskurven for de materialer, som statoren og rotoren er lavet af.

Frekvensspektret af strømharmoniske af elektriske motorer, ligesom transformatorer, inkluderer ulige harmoniske, blandt hvilke der naturligvis er multipla af tre. De mest betydningsfulde her er 3., 5. og 7. harmoniske.

Som det er tilfældet med transformere, giver grove beregninger os mulighed for at tage procentdelen af ​​strømme af 3., 5. og 7. harmoniske til 40 % for den tredje harmoniske, 30 % for den femte harmoniske og 20 % for den syvende harmoniske (procentdel af af tomgangsstrømmen).