Устройство для снижения уровня высших гармоник тока в электрической сети, питающей выпрямитель
т % .-..-, Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик ()788265 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.12.78 (21) 2692469/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з
Н 02 J 1/02
Гооударстеенный комитет (53) УДК 621.316..937 (088.8) Опубликовано 15.12.80. Бюллетень № 46
Дата опубликования описания 25.12.80 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения
В. П. Комлев и С. И. Малафеев
Владимирский политехнический институт (7l ) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ
ВЫСШИХ ГАРМОНИК ТОКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОИ
СЕТИ, ПИТАЮЩЕИ ВЫПРЯМИТЕЛЬ
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электрических сетях, содержащих выпрямительные установки с целью уменьшения несинусоидальности питающих токов.
Выпрямительные преобразователи промышленных предприятий являются активными источниками высших гармоник тока.
Высшие гармоники оказывают неблагоприятное влияние на режимы работы электрооборудования и всей системы электроснабжения в целом: появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях, увеличивается интенсивность старения изоляции, ухудшается качество работы систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи. Поэтому снижение несинусоидальности токов и напряжений в электрических сетях представляет важную народнохозяйственную задачу.
Известны устройства для снижения уровня высших гармоник тока в электрических сетях, представляющее собой силовые ре- zo зонансные фильтры, подключаемые параллельно выпрямительным установкам. Каждый фильтр состоит из реактора и конденсаторной батареи и настраивается на частоту определенной высшей гармоники или спектр высших гармоник так, чтобы сопротивление реактора на частоте гармоники было равно сопротивлению конденсаторной батареи. Обычно фильтры устанавливаются на несколько гармоник самого низшего порядка и имеют постоянную настройку.
Если нагрузкой выпрямителя служит двигатель постоянного тока, механический момент сопротивления нагрузки на валу которого изменяется в широких пределах, то уровень высших гармоник тока в питающей сети также изменяется в широких пределах.
Так как величина токов высших гармоник, протекающих через фильтры, определяется приложенным напряжением и при большой мощности активной сети остается практически постоянной при изменении нагрузки, то компенсация оказывается неполной (11.
Недостатком известных устройств является низкая эффективность снижения уровня высших гармоник тока в электрической цепи с выпрямителем при двигательной нагрузке, изменяющейся в широких пределах.
Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство, содержащее последовательно соединенные резис788265 тор и конденсатор, подключенные к выходу выпрямителя. Если нагрузка имеет активно-индуктивный характер, то при соответствующем выборе параметров RC-цепи полное сопротивление параллельно соединенных
RC u R-цепей эквивалентно активному сопротивлению. Как известно, сетевой ток, питающий выпрямитель с активной нагрузкой, имеет синусоидальный характер. Следовательно, подключение к выходу выпрямителя параллельно нагрузке последовательной RC-цепи существенно улучшает форму кривой питающей тока (2).
Однако во многих случаях нагрузкой выпрямителя является двигатель постоянного тока последовательного (например, тяговый электропривод), либо независимого возбуждения. Величина тока, потребляемого двигателем, определяется не только приложенным напряжением, но и нагрузкой на его валу. Величина высших гармоник тока, протекающих через последовательную RC-цепь, зависит только от выпрямленного напряжения и остается практически постоянной при изменении момента на валу двигателя. Поэтому компенсация высших гармоник тока всегда бывает неполной, а их уровень в питающей сети возрастает с увеличением нагрузки двигателя. Таким образом, недостаток известного устройства для снижения уровня высших гармоник тока в электрической сети, питающей выпрямитель, заключается в его низкой эффективности при двигательных нагрузках выпрямителя, изменяющихся в широких пределах.
Цель изобретения — повышение эффектиьчости снижения уровня выших гармоник тока в электрической сети, питающей выпрямитель с двигательной нагрузкой, изменяющейся в широких пределах.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для снижения уровня высших гармоник тока в электрической сети, питающей выпрямитель, содержащее последовательно соединенные резистор и конденсатор, подключенные к выходу выпрямителя, дополнительно введены управляемый источник несинусоидального тока двойной частоты, синхронизированный выпрямленным напряжением, подключенный к выходу выпрямителя, и датчик момента нагрузки на валу двигателя, управляющий источником тока.
На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит выпрямитель 1, резистор 2, конденсатор 3, управляемый источник 4 несинусоидального тока двойной частоты, синхронизированный выпрямленным напряжением, двигатель 5 постоянного тока, датчик 6 момента сопротивления нагрузки на валу двигателя.
Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем.
При синусоидальном питающем напряжении
1-1 = Ц з -" Я Ум ОО х(1 2 Z - - cos2k cD pi), к1 1К вЂ” 1 (2) где k — номер гармоники. Пренебрегая потерями в диодах и рассматривая их как идеальные ключи, записывают уравнение баланса мгновенных мощностей на входе и выходе выпрямителя 1(-) = ioUo, (3) где i u ip — токи в питающей сети и на выходе выпрямителя соответственно. Подставив в (3) соотношение (1), получают уравнение, связывающее токи на входе и выходе выпрямителя 1 = i 0SgnU. о = «+ г+ д > — ток, протекающий через последовательную RC-цепь; — несинусоидальный ток двойной частоты; -ток, потребляемый двигателем. Изображение составляющей тока послеso довательнои RC-цепи равно где 1«() = Ue()н«(), — изображение выпрямленного напряжения; — передаточная функция RC-цепи по току относительно приложенного напряжения. где uo S H„5 З Из полученного уравнения следует, что ток в питающей сети будет синусоидальным в том случае, если форма кривой выпрямленного тока i 0 имеет вид выпрямленной синусоиды, т. е. повторяет форму выпрям40 JIeHHOI о HallpameHHs U О. Выпрямленный ток равен 788265 Функция имеет вид H„(S)= — — —. н2($) — К $ TLS+i Составляющая тока i определяется только выпрямленным напряжением и не зависит от нагрузки. Ток двигателя 5 i > содержит две составляющие — динамическую i и статическую I, 39 1 9+ yc Динамическая составляющая iyg обусловлена питающим напряжением U 0 и ее ! 5 изображение равно 100 ($) = Uр($)H5. ($), inc= KeM где Н,(S) — передаточная функция двигателя по току относительно питающего на- 20 пряжения. Амплитуда гармоник тока регулируется пропорционально моменту нагрузки на валу двигателя 5, который измеряется с по50 мощью датчика 6 момента таким образом, что H,($) — К,Ь т,З "т s-i Таким образом, динамическая составляющая тока двигателя и ток последовательной RC-цепи зависят только от питающего напряжения, сумма их изображений 40 равна Т Т 45 ЗС K1. = Uo($) (— + г. sea т Т 7, Если выбрать 50 а . R гх т< К то Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения и двигателя последовательного возбуждения при насыщенной магнитной системе в режиме малых отклонений от установившегося режима функция имеет вид где К 1, Т1 Т вЂ” коэффициенты, зависящие от параметров двигателя. Для мощных двигателей постоянные времени Т1 и Т5 удовлетворяют соотношениям В этом случае передаточную функцию Н ($) для частот ср )вр можно приближенно представить в виде Н1($) = — T Ч 2. 1-$+ 1 Г7 Статическая составляющая тока двигателя i> определяется моментом сопротивления нагрузки на валу двигателя, ее изображение равно Igc(S) = M(S)Hq(S), где М(Ц вЂ” изображение момента нагрузки; Н (3) — передаточная функция двигателя по току относительно момента нагрузки. В режиме малых отклонений функция имеет вид где К1 — коэффициент, зависящий от параметров двигателя. Так как передаточная функция Н >(S) сооответствует апериодическому звену второго порядка, то в установившемся режиме работы двигателя статическая составляющая прямо пропорциональна моменту на валу двигателя Источник 4 несинусоидального тока двойной частоты синхронизирован выпрямленным напряжением (2) таким образом, что генерируемый им ток равен Оср i =-I Е cos2ka)ot. к= 1Ki — I ио i> =-2К2МZ — — — cos2Kсор(. к=1 ЧК -1 ц($) + (к($) = = Uo(SJH1(S) + Uo(S) Ha(S) = I (S) + I„(S) = U a(S) К т. е. сумма динамической составляющей тока двигателя i > и тока 1„последовательной 788265 С учетом (2) 9iKz hh i +1 = — — — — (.)о, фс Формула изобретения о = к+ 1г+1р+ ф 4р Составитель Л. Дементьева Редактор В. Романенко Техред А. Бойкас Корректор Н. Швыдкая Заказ 8369/64 Тираж 783 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113036, Москва, Ж вЂ” 36, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 RC-цепи пропорциональная выпрямленному напряжению 1я+ к = (-1 о К1 Статическая составляющая тока двигателя i>< и ток двойной частоты i определяется только моментом нагрузки, их сумма равна 13с+1г= К2м — 2Кюм Х л соз2Кюо(= = К-1 c\o 4 = КйМ(1 — 2Х вЂ” — — — cos2Kв 26 т. е. сумма статической составляющей тока двигателя и тока двойной частоты по величине определяется моментом нагрузки на валу двигателя, а по форме совпадает с выпрямленным напряжением. Выпрямленный ток равен К5 3i К .М (1 (1 (ÊK, „ХК М) Т 2. U 1 R. U Полученное выражение показывает, что ток и напряжение на выходе выпрямителя связаны безынерционной зависимостью и совпадают по форме. В этом случае ток пи- 55 тающей сети i также не искажен относительно питающего напряжения и не содержит высших гармоник. Таким образом, введение в известное уст- лв ройство для снижения уровня высших гармоник тока в электрической сети, питающей выпрямитель, новых элементов (управляемого источника несинусоидального тока двойной частоты, синхронизированного выпрямленным напряжением, подключенного к выходу выпрямителя, и датчика момента нагрузки на валу двигателя, управляющего источником тока двойной частоты) позволяет практически устранить несинусоидальность тока в электрической сети, питающей выпрямитель с двигательной нагрузкой при любых значениях момента на валу двигателя. Использование предлагаемого устройства по сравнению с известными обеспечивает повышение эффективности снижения уровня высших гармоник тока в электрических сетях с выпрямителями и двигательными нагрузками, изменяющимися в широких пределахх. Устройство для снижения уровня высших гармоник тока в электрической сети, питающей выпрямитель, содержащее последовательно соединенные резистор и конденсатор, подключенные к выходу выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности снижения уровня высших гармоник тока при подключении к выпрямителю в качестве переменной нагрузки двигателей, оно снабжено управляемым источником несинусоидального тока двойной частоты, синхронизированным выпрямленным напряжением и подключенным к выходу выпрямителя, и датчиком момента нагрузки на валу двигателя, выход которого подсоединен к управляющем входу источника тока двойной частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 505081, кл. Н 02 J 1/02, 1976. 2. Патент Японии № 52-18883, кл. 56 D 01, 1977.
