Гармоніки струму споживання, протікаючи через фідер харчування, можуть створити ряд проблем При попаданні на конденсатори ланцюга корекції коефіцієнта потужності вони можуть їх перевантажити, а також створити резонансні перенапруження Вони можуть спотворити форму напруги настільки, що це може призвести до збоїв в компютерах, телефонних лініях звязку, двигунах і джерелах живлення і навіть до аварій трансформаторів изза перегріву надмірними вихровими струмами

Більшість з наслідків впливу гармонік на форму напруги досить очевидні, але серед них є особливо неприємні Як ми зазначили вище, при протіканні струмів гармонік через конденсатори, ucпользуемие для корекції коефіцієнта потужності, може відбутися їх перевантаження Правда, конденсатори на середні напруги зазвичай розраховують на струм, що становить 180% від номінального, так що їх перевантаження тільки від протікання струмових гармонік малоймовірна Гірше інше Токи гармонік надходять не тільки в конденсатори, а й в лінію електропередачі, так що її індуктивність виявляється включеною паралельно конденсаторам (Мал 149) Якщо частота небудь гармоніки співпаде або навіть виявиться близька до резонансної частоти контуру, утвореного цими конденсаторами і індуктивністю, ток гармонік збільшиться пропорційно добротності контура Ось у цих-то умовах і зявляється реальна небезпека перевантаження конденсаторів по струму або напрузі Такі резонанси треба уникати

Рис 149 Виникнення резонансу на частотах гармонік струму

Одним з найбільш надійних шляхів подолання резонансних ефектів є включення послідовно з конденсаторами індуктора, обираного так, щоб сумарна індуктивність цього індуктора й індуктивності лінії зрушили резонансну частоту контуру нижче, ніж частоти будь-який з гармонік Проте цей шлях лише усуває резонансні проблеми, але зовсім не обовязково помякшить обурення напруги в фідері харчування Проте він використовується широко й успішно Необхідно тільки звернути увагу на можливе збільшення напруги, що прикладається до конденсаторів через вплив послідовної індуктивності Так, в ланцюзі з номінальною напругою 4160 В слід використовувати конденсатори, розраховані на 4800 В

Токи гармонік можуть бути також «спіймані в пастку» шляхом установки послідовних резонансних LC-контурів, розрахованих на самі неприємні частоти Ці фільтри повинні бути сконструйовані так, щоб мати на своїх резонансних частотах імпеданс, набагато менші, ніж імпеданс джерела гармонік на цих частотах Але і в цьому випадку можна вляпатися в неприємності Якщо встановлений фільтр має частоту послідовного резонансу, відповідну 7-й гармоніці, то одночасно вийде паралельний резонансний контур, що включає індуктивність джерела гармонік Якщо резонансна частота цього контуру дорівнює або близька до частоти 5-й гармоніки, то знову можливі перевантаження по струму і напрузі, описані вище Установка набору последовательньіс резонансних контурів завжди супроводжується утворенням паралельних контурів з більш низькими резонансними частотами У відповідності зі сформованою практикою резонансні контури-«пастки >> слід встановлювати спочатку на самі нижні частоти гармонік, а потім на вищі При включенні починати треба з більш низькочастотних контурів, а при виключенні – з більш високочастотних

Перед установкою послідовних контурів-пасток слід провести компютерне моделювання процесів їх включення і виключення, як правило супроводжуються формуванням кидків напруги Якщо при цьому будуть виявлені проблеми, то перехідні процеси можна помякшити введенням в ланцюг демпфирующих резисторів паралельно індукторів Критичне демпфірування досягається при Відзначимо, що цей опір відрізняється від опору, що забезпечує критичне демпфірування в послідовній RLC-ланцюга, рівногоІснує безліч конструкцій

фільтрів-«пасток», що відрізняються від найпростіших, розглянутих нами вище У них зазвичай намагаються зменшити втрати на демпфирующих резисторах Одна з популярних конструкцій обєднує два послідовних фільтра, для, скажімо, 5-й і 7-й гармонік з одним резистором, включеним як поперечна риса в букві H

Останнім часом успіхи розвитку силової електроніки досягли рівня, при якому в ряді випадків стало економічно доцільно використовувати електронні способи боротьби з гармоніками Швидкодіючі напівпровідникові ключі дозволяють застосовувати алгоритми управління, здатні усунути виникнення гармонійних складових у струмі споживання При цьому використовується як управління всією системою перетворення електроенергії, так і введення допоміжних спотворень струму, компенсуючих вихідні Останній спосіб на сьогоднішній день економічно ефективний при струмах до декількох сот ампер при 600 В, і мається тенденція до збільшення і струмів, і напруг

На Рис 1410 показаний результат запровадження фільтрів-«пасток» на зменшення гармонік прямокутних імпульсів струму тривалістю 120 ° з кутом комутації 10 ° Додавання фільтрів робить форму струму більш синусоїдальної, і при введенні чотирьох фільтрів зміст гармонік зменшується з 26 до 6%

Рис 1410 Вплив різного числа філтров-«пасток» на форму струму

Вплив вищих гармонік на форму напруги в ряді випадків недооцінюється Амплітуда гармонік струму, як правило, спадає обернено пропорційно номеру гармоніки, проте зазвичай лінія електропостачання має індуктивний імпеданс, зростаючий зі збільшенням частоти Чистий результат полягає в рівності вкладу в спотворення напруги всіх гармонік Сумарні спотворення струму можуть бути різко зменшені усуненням декількох низькочастотних гармонік, як це показано на Рис 1410 Але для придушення спотворень напруги потрібно усунення набагато більшого числа гармонік Одним із способів досягнення цього є установка фільтрів, що послаблюють всі частоти вище деякої Такі фільтри в слаботочной техніці називаються фільтри нижніх частот, але в силовий електротехніці їх прийнято називати фільтри верхніх частот Логіка такої назви вислизає від автора, але, як би там не було, типові фільтри верхніх частот зображені на Рис 1411 У базовій схемі для високочастотних гармонік виходить резистивне навантаження На низьких частотах імпеданс конденсатора великий і резистор має незначний вплив Але при зростанні частоти імпеданс конденсатора зменшується і резистор забезпечує все більша і більша ослаблення Проста схема, наведена на малюнку ліворуч, на практиці використовується рідко через втрати мережевої напруги на резистори Введення дроселя (на схемі праворуч) зменшує втрати на мережевий частоті і надає незначний вплив на ослаблення високих частот

Рис 1411 Филътрыверхнихчастотвэлектротехнике

Різниця у впливі гармонік, порушуваних в 6-пульсаційному перетворювачі з прямокутними імпульсами струму тривалістю 120 °, на спотворення струму і напруги показана на Рис 1412 На частоті 5-й гармоніки спотворення однакові При додаванні інших струмових гармонік коефіцієнт нелінійних спотворень (КНС) росте незначно, і його максимальне значення досягає приблизно 25% А ось спотворення напруги, створювані тими ж струмовими гармоніками, ростуть круто і теоретично не обмежено Взагалі-то на ірактіке спотворення набагато менше, ніж це показано на Рис 1412для наочності

Рис 1412 Спотворення струму і напруги

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)