3.4. Характеристики елементів фільтру

Знаючи напругу основної і гармонічної частот на шинах, можна розрахувати струми і напругу конденсаторів, котушок індуктивності і опорів, а також активну, реактивну потужності і втрати.

Для того, щоб уникнути пошкодження елементів фільтра, їх необхідно розраховувати на якнайгірші умови роботи - максимальну напругу основної частоти, найбільше ефективне відхилення частоти, гармоніки струмів від різних джерел і струми можливих резонансів між фільтром і системою змінного струму.

Конденсатори. Для отримання заданої напруги і потужності конденсатори набираються з послідовно і (або) паралельно сполучених одиничних блоків. До основних характеристик конденсаторів відносять: температурний коефіцієнт ємності, питому реактивну потужність, втрати потужності, надійність і вартість.

Конденсатори з малим температурним коефіцієнтом ємності використовуються в налаштованих фільтрах, в яких необхідно уникнути пошкодження через зміни ємності конденсатора залежно від температури навколишнього середовища або від самонагріву конденсаторів. Відзначимо, що ця характеристика конденсатора не має значення для фільтрів, або силових конденсаторів.

Працюючи в режимі різких змін напруги і маючи малі втрати, конденсатори володіють дуже високою питомою реактивною потужністю. Тому необхідно всіляко уникати тривалої роботи з перенапругами, оскільки може виникнути термічне руйнування діелектрика; крім того, навіть короткочасна робота з великими перенапругами може привести до руйнуючої іонізації діелектрика.

Необхідний рівень реактивної потужності конденсатора визначається як сума реактивних потужностей на кожній з частот, на які розрахований даний конденсатор.

Котушки індуктивності. При розрахунку котушок індуктивності, які використовуються у фільтруючих схемах, необхідно пам'ятати про вплив високих частот, іншими словами, при розрахунку втрат потужності необхідно брати до уваги поверхневий ефект і втрати на гістерезис. Крім того, необхідно врахувати і вплив потоку в сталі, тобто розлад, що викликається магнітною нелінійністю. Це звичайно приводить до того, що при використанні стальних сердечників використовують малу щільність потоку. Котушки індуктивності фільтрів, навпаки, зручніше розробляти з немагнітних сердечників.

Добротність Q на переважаючій гармонічній частоті можна вибрати з урахуванням найменшої вартості фільтру. Часто її значення лежить в межах від 50 до 150. Проте зазвичай необхідні менші значення Q, отримати які можна послідовно з’єднуючи активні опори.

Потужність котушки індуктивності в основному залежить від максимального середньоквадратичного струму і від рівня ізоляції, необхідної для захисту від комутаційних перенапруг. Зазвичай R і L встановлюють на заземленій стороні налаштованого фільтра.

3.5. Вартість фільтрів

Ефективний фільтр гасить гармоніки і видає деяку реактивну потужність, втім, можливо, недостатню. Тому засоби, вкладені у фільтр, можна розділити на ті, які відносяться до генерації реактивної потужності і до власне фільтрації, хоча такий поділ логічно не виправданий.

При аналізі вартості фільтрів зазвичай роблять наступні допущення.

1. В звичайному уявленні конденсаторна батарея складається з матриці конденсаторних модулів, кожен з яких має номінальну потужність на заданій робочій напрузі і захищений зовнішнім плавким запобіжником.

Таким чином, вартість батареї конденсаторів приблизно постійна аж до значень мінімальної матриці, що містить повні модулі. Для вищих значень відбувається додавання одного або декількох модулів в кожну послідовно сполучену групу; відповідним же чином з достатньою точністю може бути отримана вартість з розрахунку на одиницю реактивної потужності і одиницю маси. Це ускладнюється тим, що модулі можуть належати до різних класів номінальних потужностей, наприклад 50, 100, 150 квар і так далі, а вартості різних наборів конденсаторних, батарей можуть відрізнятися.

Подібні умови повинні враховуватися при точному розрахунку вартості фільтрів, але в нашому випадку ми приймаємо, що вартість конденсаторів пропорційна їх потужності.

2. Хоча вартість котушок індуктивності у фільтрах істотно залежить від їх конструктивного виконання (наприклад, модулі з масляною ізоляцією і охолоджуванням, реактори з повітряною ізоляцією для зовнішньої установки і так далі), проте вартості модулів різної потужності не дуже відрізняються.

Таким чином, можна записати наступну формулу наближеної вартості, яка використовується в аналізі:

де - вартість котушки індуктивності; - постійна складова вартості; - приріст вартості котушки індуктивності на одиницю реактивної потужності; - реактивна потужність.

3. Потужність активного опору, визначена необхідною величиною Q, безумовно впливає на вартість фільтру. Проте в загальному аналізі важко заздалегідь встановити номінальну активну провідність модуля, оскільки вона залежить від природної добротності котушки індуктивності. Тому, а також тому, що вартість опорів з повітряним охолодженням слабо залежить від вартості інших елементів модуля, вартість опору при розрахунках приймається постійною. У разі застосування модулів з масляним охолодженням вартість фільтра збільшиться, проте вона буде практично незалежна від потужності модуля.

4. При розрахунках втрат потужності активний опір котушки індуктивності приймається незмінним на всіх частотах.

4.ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ

Лабораторна установка змонтована в навчальних лабораторії №205 і аудиторії №002. Частина установки, яка зібрана в лабораторії №205, складається з:

• панелей керування та вимірювання із мнемосхемою;

• моделей ліній електропередач, моделей навантаження, тиристорного моста постійного струму та реактора.

Панелі керування та вимірювання типу ПН-550 (рис 5.2) розміщенні в один ряд і обслуговуються з лицевої сторони. На панелях нанесена мнемосхема, змонтовані ключі керування та вимірювальні прилади, які увімкнені в модель мережі без вимірювальних трансформаторів.

Рис 4.1. Принципова схема лабораторної установки

Рис 4.2. Схема лабораторної установки

Модель ліній електропередач зібрана на стелажі, який розміщений за панелями в аудиторії №205. Кожна фаза лінії Л1 набрана з чотирьох котушок, які розміщені на окремих полицях стелажа. Параметри лінії Л1 вказані в табл. 4.1. Модель лінії електропередачі Л2 виготовлена з міді. В кожній фазі – по дві котушки. Параметри лінії Л2 вказані в табл. 4.2.

Таблиця 4.1