Значение правильного выбора оборудования для силовой сети. Выбор ШИМ правильных преобразователей для минимизации гармонических искажений. Коротко об эффективных фильтрах гармоник для низковольтных сетей.
Как и в «простых» сетях с преимущественно линейной нагрузкой, так и прогрессивных «цифровых» на базе оборудования, приборов, устройств, коммуникаций, чувствительных и/или генерирующих гармонические искажения, определяющее влияние на стабильность электроснабжения и качество потребляемой электроэнергии оказывает правильный подбор силовых компонентов. Вместе с тем, любая нагрузка с нелинейной вольтамперной характеристикой de facto будет искажать синусоиды тока, напряжения, а значит для максимально полного решения проблемы нужно использовать фильтрующие устройства и совсем не обязательно дорогие, а часто и являющиеся источниками эмиссии гармоник.
Выбор правильных ШИМ преобразователей для минимизации гармонических искажений
В стандартных трехфазных приводах мощностью до 200 кВт используются 6-импульсные ШИМ преобразователи, хотя 12-импульсный устраняет критически важные пятую и седьмую гармоники (за исключением небольшого остатка, вызванного несовершенной балансировкой групп выпрямителя).
При необходимости более «щадящего засорения» гармониками от преобразователя возможно подобрать инвертор, конвертор с более высоким числом импульсов, где самая низкая генерируемая гармоника для числа импульсов p будет определяться выражением (p-1), т.е. для 6-тиимпульсного критические частоты определяются с 5 порядка, 12-тиимпульсного – с 11-го, 24-импульсного – с 21-го. Вместе с тем, если мощность трансформатора соответствует общей мощности привода, то его индуктивность дает очень полезное дополнительное снижение гармоник более высокого порядка и поэтому для приводов до 1 МВт обычно не требуется число импульсов преобразователя больше 12.
12-импульсная система показана на рис. ниже, где соединения обмоток типа «звезда» и «треугольник» (или «зигзаг») дают относительный фазовый сдвиг 30°, что соответствует 180° на пятой и седьмой гармониках (а также 17, 19, 29, 31 и т. д.), так что токи этих гармоник компенсируются в трансформаторе.
Преобразователь с активным входом, использующий ШИМ, генерирует незначительный гармонический ток, а также позволяет возвращать мощность от нагрузки к источнику питания, но если напряжение питания синусоидальное и с учетом того, что:
- частота ШИМ входного каскада вызывает входной ток, который обычно необходимо фильтровать (в дополнение к радиочастотному фильтру);
- существующие гармоники напряжения в сети вызовут трансмиссию некоторого количества гармоник тока в привод, но это никак не связано с собственной эмиссией преобразователя.
Коротко об эффективных фильтрах гармоник для низковольтных сетей
Если абстрагироваться от маркетинговых торговых названий и предложений, то на текущий момент к эффективным и (условно) финансово доступными в силовых сетях низкого напряжения можно отнести 3 типа фильтров гармоник – пассивные с параллельным и последовательным, и активный с параллельным подключением в силовую сеть.
Пассивный шунтирующий (параллельный) фильтр
Традиционная форма фильтра обычно основана на конденсаторе коррекции коэффициента мощности, последовательно соединяемым в один L-C колебательный контур с реактором. В зависимости от общего сопротивления контура, фильтр может иметь очень низкий импеданс на основных гармониках, например, 5 и 7 или 11 и 13, а значит обеспечивает ослабление основных гармоник плюс некоторую коррекцию коэффициента мощности.
Шунтирующий пассивный фильтр может использоваться, как возле мощной нелинейной нагрузки, включая ШИМ преобразователи, так и в точке присоединения групп разного оборудования, поскольку ослабляет гармоническое напряжение, возникающее от всех источников гармонического тока и «шунтирует» токи гармоник, «заманивая» их в L-C контур с низким сопротивлением (на гармонических частотах) м «выматывая» до полного угасания. Мощность фильтра обычно определяется мощностью нагрузки на нефундаментальных частотах, однако фильтр при установке на ТП потребляет гармонический ток от существующих гармонических напряжений источника питания, что в экстремальных случаях может вызвать перегрузку фильтра. Поэтому выбор и применение такого типа фильтра требует тщательного изучения существующего гармонического напряжения и оценки результирующей нагрузки на фильтр.
Пассивный последовательный фильтр
Этот тип фильтра разработан специально для использования с приводами (или подобными им генераторами гармоник) подключается последовательно с одной или несколькими определенными нагрузками и снижает эмиссию гармонического тока частот, определенных сопротивлением колебательного контура, а часто с дополнительным ослаблением 5-й и 7-й гармоник. К преимуществам последовательных пассивных фильтров относят то, что:
- на него практически не влияют существующие гармоники источника питания;
- он может обеспечивать более лучшие характеристики при несимметричном трехфазном питании по сравнению с выпрямителями с большим числом импульсов.
Однако такие фильтры создают помехи в системах управления тиристорными входными каскадами, которые используются в некоторых конструкциях приводов для управления, но главное - имеют большую стоимость, поскольку через последовательный фильтр должен проходить через весь потребляемый ток, тогда как параллельный фильтр пропускает только токи гармоник.
Подробно об активных фильтрах в более ранних публикациях компании «МИРКОН», о стандартах, гармониках, интергармониках, провалах напряжения, фликере и т.д. в следующих материалах цикла.
