Промышленное оборудование

Основные источники искажений в силовых сетях объектов: преобразователи

15 сентября 2022 г. в 16:08

Анонс: концепция и категории преобразователей мощности. Гармонические искажения преобразователей с тиристорной и транзисторной коммутацией. Особенности гармоник 6- и 12-импульсных преобразователей.

Активное использование электронных силовых устройств, в которых такие параметры, как напряжение и частота, меняются для адаптации к конкретным промышленным и технологическим процессам, сделало преобразователи мощности наиболее распространенным источником гармоник в распределительных системах. Электронное переключение помогает преобразовать переменный ток с частотой 50 Гц в постоянный ток, а в цепях постоянного тока напряжение изменяется за счет регулировки угла открытия электронного коммутационного устройства.

В принципе, в процессе выпрямления ток проходит через полупроводниковые устройства только в течение части цикла основной частоты, из-за чего силовые преобразователи часто рассматриваются как энергосберегающие устройства. Если энергия должна использоваться как переменная, но с другой частотой, выход постоянного тока преобразователя проходит через электронный переключающий инвертор, который конвертирует мощность постоянного тока обратно в переменный ток.

Условно все преобразователи можно разделить на следующие категории:

  • преобразователи большой мощности, которые используются, например, в металлургической промышленности и в системах передачи постоянного тока высокого напряжения;
  • преобразователи энергии среднего размера, которые используются в обрабатывающей промышленности для управления скоростью электродвигателей и в железнодорожной отрасли;
  • выпрямители малой мощности, используемые в бытовой технике, включая телевизоры и персональные компьютеры, а также зарядные устройства для аккумуляторов.

Гармонические искажения преобразователей с тиристорной и транзисторной коммутацией

На рис. ниже (а) показано базовое соотношение между током и напряжением, при котором управление с использованием GTO (запирающего тиристора) потребляет ток в течение части положительного полупериода формы волны переменного тока. Из-за действия переключения, происходящего только на одной стороне цикла переменного тока, составляющая постоянного тока содержит целый спектр гармоник (b на рис. ниже), причем и четных, и кратных трем и нулевой последовательности, что характерно для неуравновешенных трехфазных систем.

Графики зависимости
Зависимость тока/напряжения и спектр гармоник тока преобразователей с тиристорными (GTO) ключами

Если в преобразователе используется другое коммутационное устройство — IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), в котором ток течет только в течение части времени каждого полупериода (а на рис. ниже), спектр гармоник тока изменяется (b на рис. ниже) и в этом случае форма волны не содержит четных гармоник из-за симметрии действия переключения относительно оси x, а проявляются только гармоники нечетной и нулевой последовательности.

Графики зависимости
Зависимость тока/напряжения и спектр гармоник тока преобразователей на полевых IGBT-транзисторах

Особенности гармоник шести- и 12-импульсных преобразователей

Типичное применение 6-тиимпульсных преобразователей — частотно-регулируемые приводы электродвигателей постоянного тока, причем гармонические токи ihL, создаваемые индуктивностью самого двигателя будут практически ограничиваться стороной нагрузки за пределами шины постоянного тока и вне зависимости от того, является ли преобразователь конфигурацией источника тока или источника напряжения (а и б на рис. ниже).

6-импульсный преобразователь
6-импульсный преобразователь частотно-регулируемого привода электродвигателя постоянного тока

Из-за коммутации тока с одной фазы на другую в процессе выпрямления на преобразователе на стороне источника будут проявляться гармонические токи ihS, которые могут мигрировать до самого источника переменного тока, и defacto ток, потребляемый мостом, содержит гармоники порядка: n=(P*i±1), где i — целое число, большее или равное 1.

Для 6-импульсного преобразователя P=6 и линейный ток содержит гармонические искажения порядка 5, 7, 11, 13, ...., которые называются характеристическими, а для 12-импульсного (Р=12) преобразователя (два 6-импульсных блока параллельно) характеристическими будут: 11, 13, 23, 25, 35, 37, .... гармоники.

Для шестиимпульсного преобразователя характерны следующие особенности:

  • тройные (кратные трем) гармоники отсутствуют.
  • гармоники порядка 6k+1 имеют прямую последовательность.
  • гармоники порядка 6k-1 имеют обратную последовательность.

12-импульсные преобразователи питаются от трехобмоточного (или фазосдвигающего) трансформатора с разностью фаз между вторичной и третичной обмоткой 30°, каждая из которых подключается к мосту преобразователя. Эти преобразователи генерируют гармоники порядка 12k (±) 1 на стороне источника, причем гармонические токи порядка 6k (±) 1 (при k нечетном), т. е. k=5, 7, 17, 19 и т. д., протекают между вторичной и третичной обмотками трансформатора, но не пробиваются в сеть переменного тока.

На амплитуду гармонического тока на входе преобразователя будет влиять наличие (или отсутствие) сглаживающего реактора, а величину гармоник можно аппроксимировать выражением: |Ih|=|Ifund|/h, где h — порядок гармоники, |Ih| и |Ifund| — модуля гармоник h-го порядка и тока фундаментальной частоты соответственно. Более высокие порядки гармонических токов можно ожидать, если сглаживающий реактор мал или отсутствует, а тройные гармоники могут появляться при несбалансированном напряжении.

Тогда для 6-тиимпульсного преобразователя спектр гармоник будет выглядеть так, как показано на рис. ниже, однако ЭДС тока фундаментальной частоты и гармоник прямой последовательности (от 7-й, 13-й, 19-й и т. д.) положительны, для гармоник обратной последовательности (от 5-й, 11-й, 17-й и т. д.) отрицательны, при взаимодействии создают вращающие пульсирующие моменты и этим объясняется повышенный уровень вибрации, характерный для приводов мощной нагрузки.

Спектр и амплитуда гармоник преобразователя
Спектр и амплитуда гармоник 6-ти импульсного преобразователя

На рис. выше видно, что 5-я гармоника может достигать 20 % амплитуды тока фундаментальной частоты, 7-я — 14 %, 11 и 13-я — 9 и 7.7 % соответственно, что априори определяет необходимость превентивного устранения гармонических искажений при использовании преобразователей в силовых сетях объектов. В следующем материале цикла будут рассмотрены особенности преобразователей разной мощности, инвертеров, преобразователей частоты и т. д.

Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН»

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Завод конденсаторных установок «МИРКОН» осуществляет полный цикл мероприятий по вопросам компенсации реактивной мощности.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Понижающие трансформаторы ОСО (однофазные)

Описание товара • НАЗНАЧЕНИЕ Понижающие трансформаторы ОСО (однофазные) предназначены для преобразования переменного напряжения одной величины 380/220В в напряжение другой величины 110; 42;36;24;12В. • ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Применяются для питания цепей управления местного освещения и сигнализации сложных схем с целью повышения надежности работы электрических аппаратов и обеспечения более безопасного обслуживания электрооборудования. • ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Однофазный трансформатор состоит из двух обмоток . При подключении к источнику переменный ток создает переменный магнитный поток, который замыкаясь по сердечнику пронизывает витки как первичной так и вторичной обмоток трансформатора, индуцируя в них ЭДС. При соединении вторичной обмотки с нагрузкой в ней под действием ЭДС возникнет переменный ток. Таким образом, электрическая энергия передается из первичной цепи трансформатора во вторичную.
Егоров Виталий · ооо "Чеб-Энерго" · 12 февраля · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Понижающие трансформаторы ОСО (однофазные)

ПРОДАМ: НАЛИ-НТЗ-10(6) УХЛ2 трансформатор напряжения

Трансформатор является трехфазным масштабным преобразователем напряжения в сетях 10(6)кВ с неэффективно заземленной нейтралью и предназначен для питания электросчетчиков коммерческого учета электроэнергии, электросчетчиков технического учета электроэнергии, цепей измерения, релейной защиты, автоматики и т.д. и приборов контроля изоляции сети. Активная часть трансформатора состоит из двух трансформаторов, совместно залитых эпоксидным компаундом. Первый трансформатор (прямой последовательности) - трехфазный трехстержневой, а второй (нулевой последовательности) – однофазный двухстержневой. Первичная обмотка трехфазного трансформатора (АВСН) включается в сеть, а однофазного (НХ) заключена между нейтралью звезды трехфазного трансформатора и землей. Трансформатор обладает набором антирезонансных свойств, позволяющих исключить: - повреждения при длительных однофазных замыканиях сети на землю через прерывистую дугу; - повреждения при трехкратных повышениях напряжения, возникающих при феррорезонансном опрокидывании фазы напряжения у одной из фаз сети; - явление «ложной земли» при работе на холостых шинах. При этом внешние гасительные сопротивления не требуются. Антирезонансные свойства трансформатора обеспечиваются отсутствием не симметрии фазных сопротивлений трансформатора при любом состоянии первичной сети. Устойчивость трансформатора при опрокидывании фазы сетевого напряжения дополнительно обеспечивается трехкратным снижением номинальной индукции в магнитопроводе трансформатора нулевой последовательности. Трансформатор изготавливается в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69. Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое. Трансформатор предназначен для работы в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений, и имеет: - класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93; - уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.
Павлов Виктор · ВолгаЭнергоКомплект · Сегодня · Россия · Самарская обл
НАЛИ-НТЗ-10(6) УХЛ2 трансформатор напряжения

ПРОДАМ: КТП для нужд ж/д КТПОС

Комплектные трансформаторные подстанции КТПОС служат для приёма электрической энергии, преобразования её в электроэнергию напряжением 0,23 кВ и снабжения ею потребителей в сетях с изолированной нейтралью. Краткие характеристики: — Мощность 25 / 40 / 63 кВА; — Напряжение 6 / 10 кВ; — Трехфазный переменный ток; — Частота 50 Гц Условия эксплуатации: — Подстанции предназначены для питания цепей электрообогрева железнодорожных стрелочных переводов в районах с умеренным климатом (от минус 45°С до +40°С). — КТПОС выполняется с воздушным высоковольтным вводом и кабельными линиями 0,23 кВ. Функциональные возможности: — КТПОС подключается к ЛЭП 6(10) кВ посредством разъединителя, который поставляется в комплекте с подстанцией и устанавливается на ближайшей опоре. — В КТПОС на отходящих линиях установлены стационарные автоматы. — Патроны высоковольтных предохранителей установлены внутри шкафа УВН. — Подстанции обеспечивают учёт активной электрической энергии. — В КТПОС имеются электрические и механические блокировки, обеспечивающие безопасную работу обслуживающего персонала.
Николаев Леонид · ЭНЕРГОПУСК · 16 февраля · Россия · г Москва
КТП для нужд ж/д КТПОС

ПРОДАМ: Силовые трансформаторы

Трансформатор – это устройство, которое преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформаторы могут быть как повышающими (при их работе напряжение увеличивается), так и понижающими (уменьшающими напряжение). При работе трансформатор нагревается, поэтому его требуется охлаждать. Компания ДКС предлагает вашему вниманию трансформаторы сухого типа мощностью от 100 до 3150 кВА. Под заказ возможно изготовление трансформаторов мощностью до 8000 кВА.
Бирева Татьяна · ДКС · 19 февраля · Россия · Тверская обл
Силовые трансформаторы

ПРОДАМ: Трансформаторы ОСМ, ТПП, ТА, ТН, ТАН

Продам трансформатор ОСМ--0,16 - 380/0-5-22-110в; 0-24в (92г., з/уп.) 50шт. В наличии также трансформаторы ТПП (могут подключаться к любому сетевому напряжению - 110; 127; 220 вольт, позволяют получить выходное напряжение от 1,2 до 60 вольт при любых нужных токах; влагозащищенное исполнение). И трансформаторы ТА, ТН, ТАН разных типов.
Валентинович Виктор · "ERYDAN" · 30 января · Россия · Краснодарский край
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.