כיצד להפחית מתח לא סינוסואידי

למספר צרכני חשמל יש תלות לא-לינארית של צריכת הזרם במתח המופעל, עקב כך הם צורכים זרם לא-סינוסואידי מהרשת... זרם זה הזורם מהמערכת דרך מרכיבי הרשת גורם לא-סינוסואידאלי. -נפילת מתח סינוסואידלית בהם, ש"מכיפה" את המתח המופעל ומעוותת. עיוות מתח סינוסואידי מתרחש בכל הצמתים מאספקת החשמל למקלט החשמלי הלא ליניארי.

המקורות של עיוות הרמוני הם:

• תנורי קשת לייצור פלדה,

• ממירי שסתומים,

• שנאים עם מאפייני וולט-אמפר לא ליניאריים,

• ממירי תדרים,

• תנורי אינדוקציה,

• מכונות חשמליות מסתובבות,

• מופעל על ידי ממירי שסתומים,

• מקלטי טלוויזיה,

• מנורות פלורסנט,

• מנורות כספית.

שלוש הקבוצות האחרונות מאופיינות ברמת עיוות הרמונית נמוכה של מקלטים בודדים, אך חלק גדול מהן קובע רמה משמעותית של הרמוניות גם ברשתות מתח גבוה.

ראה גם: מקורות להרמוניות ברשתות חשמל ו סיבות להופעת הרמוניות גבוהות יותר במערכות חשמל מודרניות

ניתן לחלק את הדרכים להפחתת המתח הלא-סינוסואידי לשלוש קבוצות:

א) פתרונות שרשרת: חלוקת עומסים לא ליניאריים על מערכת אוטובוסים נפרדת, חלוקת עומסים ביחידות שונות של ה-SES עם חיבור מנועים חשמליים במקביל אליהם, קיבוץ ממירים לפי ערכת הכפל הפאזה, חיבור של עומס למערכת הספק גבוהה יותר,

ב) שימוש בהתקני סינון, הכללה במקביל לעומס של מסנני תהודה צר פס, הכללת התקני פיצוי מסננים (FCD);

ג) שימוש בציוד מיוחד המאופיין ברמת יצירה מופחתת של הרמוניות גבוהות יותר, שימוש בשנאים "בלתי רוויים", שימוש בממירים רב פאזיים בעלי מאפייני אנרגיה משופרים.

התפתחות בסיס יסודי של אלקטרוניקת כוח ושיטות חדשות של אפנון בתדר גבוה הובילו ליצירת בשנות ה-70 של מחלקה חדשה של מכשירים, שיפור איכות החשמל – מסננים פעילים (AF)... מיד עלה הסיווג של מסננים פעילים לסדרה ומקבילה, וכן למקורות זרם ומתח, שהוביל לארבעה מעגלים עיקריים.

כל אחד מארבעת המבנים (איור 1. 6) קובע את מעגל הסינון בתדר הפעולה: המתגים בממיר וסוג המתגים עצמם (מתג דו-כיווני או חד-כיווני). כמכשיר לאחסון אנרגיה בממיר המשמש כמקור זרם (איור 1.א, ד), הוא משמש הַשׁרָאוּת, ובממיר, המשמש כמקור מתח (איור 1.b, c), נעשה שימוש בקיבול.

איור 1.הסוגים העיקריים של מסננים פעילים: א - מקור זרם מקביל; ב - מקור מתח מקביל; c - מקור מתח סדרתי; d - המקור הנוכחי בסדרה

ידוע שההתנגדות של המסנן Z בתדר w שווה ל

כאשר ХL = ХC או wL = (1 / wC) בתדר w, תהודה של מתח, כלומר ההתנגדות של המסנן לרכיב ההרמוני והמתח בתדר w שווה לאפס במקרה זה הרכיבים ההרמוניים בעלי התדר w ייקלטו בפילטר ולא יחדרו לרשת. העיקרון של עיצוב מסננים תהודה מבוסס על תופעה זו.

ברשתות עם עומסים לא לינאריים, ככלל, נוצרות הרמוניות של הסדרה הקנונית, שמספר ההזמנה שלהן הוא ν 3, 5, 7,. … ..

איור 2. מעגל שווה ערך של מסנן תהודה כוח

אם ניקח בחשבון שXLν = ХL, ХCv = (XC / ν), כאשר XL ו-Xc הם ההתנגדויות של הכור ושל בנק הקבלים בתדר הבסיסי, אנו מקבלים:

פילטר שבנוסף לסינון הרמוניות, יפיק כוח תגובתי, ומפצה על אובדן הספק ומתח ברשת, נקרא מסנן פיצוי (PKU).

אם מכשיר, בנוסף לסינון הרמוניות גבוהות יותר, מבצע את הפונקציות של איזון מתח, אז מכשיר כזה נקרא איזון מסנן (FSU)... מבחינה מבנית, FSUs הם מסנן א-סימטרי המחובר למתח הקו של הרשת. בחירת מתח הקו שאליו מחוברים מעגלי מסנן FSU, כמו גם יחסי ההספק של הקבלים הכלולים בשלבי המסנן, נקבעים על פי תנאי איזון המתח.

מהאמור לעיל עולה כי מכשירים כגון PKU ו-FSU פועלים בו זמנית על כמה מכשירים מחווני איכות חשמל (לא סינוסאידיאלי, אסימטריה, סטיית מתח). מכשירים כאלה לשיפור איכות האנרגיה החשמלית נקראים התקני אופטימיזציה רב תכליתיים (MOU).

כדאיות הפיתוח של מכשירים כאלה נוצרה בשל העובדה שלפתע משתנים עומסים מהסוג תנורי פלדה קשת לגרום לעיוות מתח בו זמנית עבור מספר אינדיקטורים. השימוש ב-MOU נותן הזדמנות לפתור באופן מקיף את בעיית הבטחת איכות החשמל, כלומר. בו זמנית עבור מספר אינדיקטורים.

הקטגוריה של מכשירים כאלה כוללת מקורות כוח תגובתיים סטטיים במהירות גבוהה (IRM).

על פי עקרון הרגולציה של כוח תגובתי, ניתן לחלק את IRM לשתי קבוצות: מקורות כוח תגובתיים סטטיים במהירות גבוהה של פיצוי ישיר, מקורות כוח תגובתיים סטטיים במהירות גבוהה של פיצוי עקיף... המבנים של IRM מוצגים באיור 3 , a, b, בהתאמה. מכשירים כאלה, בעלי מהירות תגובה גבוהה, יכולים להפחית את תנודות המתח. התאמה שלבית ונוכחות מסננים מספקים איזון והפחתה של רמות הרמוניות גבוהות יותר.

באיור. 3, מוצג מעגל פיצוי ישיר שבו מקור הכוח התגובתי "המבוקר" עובר באמצעות תיריסטורים בנק קבלים. לסוללה מספר חלקים ומאפשרת לך לשנות באופן דיסקרטי את הכוח התגובתי שנוצר. באיור. 3b, הספק IRM משתנה על ידי התאמת הכור. בשיטת בקרה זו, הכור צורך כוח תגובתי עודף שנוצר על ידי המסננים.לכן השיטה נקראת פיצוי עקיף.

איור 3. דיאגרמות בלוקים של IRM רב תכליתי עם פיצוי ישיר (א) ועקיף (ב).

לפיצוי עקיף שני חסרונות עיקריים: קליטת הכוח העודף גורמת להפסדים נוספים, ושינוי הספק הכור באמצעות זווית בקרת השסתומים מוביל לייצור נוסף של הרמוניות גבוהות יותר.