12.3. Некеровані джерела реактивної потужності

Підмикання джерел реактивної потужності до входу вентильних пе­ретворювачів компенсує неактивну складову споживаної потужності і у такий спосіб підвищує їхній вхідний коефіцієнт потужності. Джерела реактивної потужності дозволяють підвищити коефіцієнт потужності будь-яких кіл. Однак їх використання разом з вентильними перетворювачами має свої особливості, зумовлені нелінійним характером вхідного опору перетворювачів і несинусоїдністю струму, споживаного із мережі.

Некеровані джерела реактивної потужності можуть виконува­тися у різний спосіб. Найбільше поширення в перетворювальній техніці дістали джерела реактивної потужності, що являють собою силові згладжуючі ємнісні фільтри або резонансні LC-фільтри.

Розглянемо можливість підвищення Кпдт за допомогою джерела реактивної потужності, що складається з так званих косинусних кон­денсаторів, як показано на рис. 12.2. Набір конденсаторів увімкнено паралельно до входу вентильного перетворювача, тому струм і, спо­живаний із мережі, дорівнює сумі струмів перетворювача і та компен­саційного струму і.

На векторній діаграмі, наведеній на рис. 12.2,б, вектор І відповідає першій (основній) гармоніці струму і Розкладемо струм І на його складові - /1я (активну) і / (реактивну). Якщо струм конденсаторів 7x=/1sinj = /, то струм і є синфазним до напруги живлення. Установка за рис. 12.2,а у цьому випадку не споживає із мережі реактивної по­тужності: реактивна потужність, споживана перетворювачем, має індук­тивний характер і компенсується за рахунок реактивної потужності, що виробляється конденсаторами фільтра.

Струм через кожний конденсатор у схемі становить Іс = Ік /-J3, напруга на конденсаторі UC = U\„ =

При повній компенсації реактивної потужності споживача за першою гармонікою

де Кс„ = А = 1 - коефіцієнт спотворення струму i ; Т» ф + К н2 " I - діюче значення струму, споживаного перетворювачем.

Для захисту конденсаторів від перегріву за рахунок протікання че­рез них вищих гармонік струму, генерованих перетворювачем, в схему вводять невеликі індуктивності (показані на рис. 12.2,а пунктиром).

Оскільки реактивна потужність перетворювача змінюється у про­цесі роботи (через зміни значення кута керування а), повна компенса­ція реактивної потужності можлива лише у одному з режимів. У інших режимах можлива неповна компенсація реактивної потужності або ге­нерація у мережу надлишкової реактивної потужності. Вибір ємності конденсаторів при цьому визначається режимами роботи перетворю­вача й мережі, а також економічними міркуваннями, оскільки збільшення ємності підвищує вартість установки та її габарити. Однак при викори­станні косинусних конденсаторів завжди необхідно пам'ятати про те, що хоча це й не призводить до додаткового утворення гармонік, проте, створює резонансні кола, що можуть викликати багаторазове збільшен­ня нормального рівня гармонік у колах конденсаторів. Як наслідок -додаткові перевантаження устаткування, зокрема, тих же силових кон­денсаторів.

Зараз більш поширені силові резонансні фільтри, що складають­ся з реакторів і конденсаторів, з'єднаних послідовно. Параметри ос­танніх вибираються таким чином, щоб для обраних частот мав місце резонанс напруг. Резонансний контур напруги, як правило, виконує под­війну функцію. По-перше, він генерує на основній частоті реактивну потужність, що дозволяє поліпшити коефіцієнт потужності, по-друге, частково шунтує вищі гармоніки, на частоту яких він налаштований.

Таким чином, силові резонансні фільтри, що їх ще називають фільтро-компенсаційними пристроями (ФКП), забезпечують комплексне вирішення задачі підвищення якості електроенергії в мережі живлення.

На рис. 12.3 наведено схему такого пристрою, що містить систе­му багатофазних коливальних LC-контурів з резонансом напруг. Час­тота резонансу кожного із цих контурів відповідає частотам найбільш


інтенсивних вищих гармонійних скла­дових напруги ме­режі, зумовлених роботою перетво­рювача (або іншого нелінійного наван­таження). У три­фазних системах без нульового про­воду гармоніки кратні трьом, зазви-

чай, (в силу си- Рис. 12.3 - Схема підмикання силового резонансного
метрії) відсутні і        фільтру для компенсації 5 та 7 гармонік

гармонійними складовими напруги в мережі бувають 5, 7, 11, 13 і т.н. гармоніки. При цьому нижчі з них діють найбільш інтенсивно.

Резонансна частота контуру L5C5 становить w 05 = 5w.

Для цього контуру виконуються співвідношення

При резонансі вхідний опір кожного із контурів дорівнює нулеві (якщо зневажити втратами в індуктивності та ємності) і через них замика­ються гармонійні складові струмів, що генеруються перетворювачем, минаючи мережу живлення. У результаті різко знижуються спотво­рення кривої напруги мережі. На її частоті w опір зазначених контурів

Подпись: Імає ємнісний характер (       >> coL5) і конденсатори С5 та С7

ком-

пенсують реактивну потужність, споживану перетворювачем, подібно конденсаторам схеми за рис. 12.2. Тому цей пристрій також можна вважати джерелом реактивної потужності.

Силові резонансні фільтри, що використовуються як у високовольт­них, так і у низьковольтних мережах, мають ряд істотних недоліків. Оскільки їх необхідно встановлювати на кожну гармоніку, що фільтруєть­ся, то чим більш широкосмуговим є спектр частот гармонік вищих порядків, тим більш громіздким стає ФКП. Крім того, у випадку зміни еквівалентного опору системи, частоти резонансу чи порядку генеро­ваних гармонік (а це практично завжди має місце при використанні перетворювачів), необхідно відповідно змінювати структуру фільтра.

У наш час поряд із резонансними застосовують також нетрадиційні фільтри. Вони, змінюючи умови розподілу струмів вищих гармонік, не мають названих вище недоліків. Наприклад, у низьковольтних трифаз­них мережах з нульовим проводом, що їхньою характерною рисою є наявність великої частки струмів вищих гармонік нульової послідов­ності, досить ефективним і економічно доцільним є застосування фільтрів струмів нульової послідовності (ФСНП). ФСНП, здійсню­ючи ефективну фільтрацію струмів нульової послідовності, у 2-3 рази знижує спотворення форми кривої напруги без застосування ФКП.

Крім того, у низьковольтних мережах для зменшення взаємних ви­сокочастотних завад навантажень і мережі малопотужні споживачі (ра­діоелектронні пристрої, ЕОМ, освітлювальні установки з електронним баластом і т.п.) рекомендується підмикати до мережі через так звані завадопоглинаючі фільтри. Найбільш розповсюджену схему такого фільтра наведено на рис. 12.4.

Однак необхідно зазначити, що в умовах несиметрії вищих гармонік симетричні фільтруючі пристрої, як традиційні (резонансні фільтри), так

і нетрадиційні не завжди є ефективним засобом зниження несинусоїд-ності струмів і напруг у низьковольтних (до 1000 В) розподільних мере­жах. При цьому організаційно-технічні заходи з запобігання несиметрії вищих гармонік, що виникають у процесі експлуатації мереж низької напруги, часто нездійсненні. Отже, необхідна розробка нових пристроїв, здатних в умовах несиметрії вищих гармонік струму й напруги здійсню­вати їхню ефективну фільтрацію.

У останні роки, особливо з введенням у дію останньої редакції зга­дуваного вище стандарту МЕК 555-2, велика увага приділяється роз­робці і практичному використанню керованих джерел реактивної по­тужності, що виконують роль силових активних фільтрів (САФ). Застосування САФ дозволяє усунути недоліки, характерні для резо­нансних фільтрів вищих гармонік, і забезпечує практично синусоїдну форму струму, споживаного вентильним перетворювачем чи будь-яким іншим нелінійним навантаженням із мережі.

Принцип роботи таких пристроїв полягає у тому, що спеціальний на­півпровідниковий перетворювач (основна частина САФ), використову­ючи енергію джерел струму або напруги, формує у своїх мережних провідниках струм, за гармонійним складом аналогічний струму не­лінійного навантаження (за винятком першої гармоніки), але протилеж­ний за знаком. У результаті відбувається взаємна компенсація неоснов­них гармонік струмів навантаження і зазначених напівпровідникового перетворювача. В якості останнього найбільш зручно використовува­ти так званий регулятор змінного струму з імпульсною модуляцією, що забезпечує керування параметрами струму у чотирьох квадрантах комплексної площини.

З огляду на важливість функції з забезпечення електромагнітної су­місності силових вентильних перетворювачів, виконуваної САФ, нижче розглянуто основні принципи їхньої побудови й використання.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я