8 Забезпечення електромагнітної сумісності перетворювальних пристроїв з мережею живлення

В останній час внаслідок широкого розповсюдження перетворювальних пристроїв і збільшення їх потужностей достатньо гостро стоїть питання забезпечення електромагнітної сумісності споживачів, що працюють в єдиній мережі. Електромагнітна сумісність передбачає відсутність негативного впливу на інших споживачів і, як наслідок, порушення їх нормального функціонування. В енергетиці це в більшому ступені стосується електромагнітних перешкод, що розповсюджуються у дротах мережі. Хоча використання методів імпульсного регулювання при достатньо високих частотах, що характеризуються надто широким спектром гармонік, робить актуальним питання виключення радіоперешкод і їх впливу.

Забезпечення електромагнітної сумісності можливе з використанням наступних рішень:

1. Використання схем випрямлячів із збільшеною кількістю пульсацій випрямленої напруги (багатофазні схеми). Це призводить до збільшення кратності частот гармонік вхідного струму і відповідного зменшення їх амплітуди. Це пов’язано з застосуванням багатофазних трансформаторів з декількома комплектами обмоток (п.2.1.5 и п.2.1.6) і, звичайно, є доцільним лише при значних потужностях перетворювачів.

2. Застосування спеціальних вхідних трансформаторів з перемиканням відводів обмотки вищої чи нижчої напруги, тобто поєднання амплітудного і фазного регулювання.

3. Використання спеціальних схем перетворювачів з поліпшеними енергетичними показниками, зокрема несиметричних схем випрямляча [5], випрямлячів з активним формуванням вхідного струму (п.5).

4. Роздільне живлення перетворювачів і інших приймачів.

5. Застосування вхідних LC фільтрів, що налаштовані на домінуючі гармоніки і спеціальних пристроїв – компенсаторів реактивної потужності у сполученні з фільтрами вищих гармонік.

6. Застосування активних фільтрів струму, що компенсують відхилення струму від синусоїдальної форми.

Зупинимося на рішеннях, що є достатньо універсальними і можуть бути застосовані у мережі з існуючими перетворювачами.

8.1 Фільтро-компенсуючі пристрої

Робота більшості перетворювальних пристроїв, що живиться від мережі змінного струму пов’язана з споживанням реактивної потужності та викривленням струму у колі змінного струму. Це властиво і для інших нелінійних споживачів енергії.

У загальному випадку коефіцієнт потужності перетворювального пристрою з боку мережі живлення

χ=νcosφ₍₁₎,

де ν=I₁₍₁₎/I₁- коефіцієнт викривлення форми струму,I₁іI₁₍₁₎ діюче значення відповідно струму мережі і його першої гармоніки.

При регулюванні вихідних параметрів і змінюванні навантаження коефіцієнт потужності і гармонійний склад вхідного струму перетворювача суттєво змінюється.

При цьому струм , деk - номер гармоніки. У присутності на вході перетворювача випрямляча k=(nm±1), де n=1, 2, 3...., m- кількість пульсацій випрямленої напруги.

Для виключення негативного впливу на мережу і роботу інших споживачів використовуються різні варіанти фільтро-компенсуючих пристроїв (ФКП), що забезпечують фільтрацію вищих гармонік і компенсацію реактивної потужності.

Звичайно для цього використовують пасивніLC фільтри і батарею конденсаторів, однак ці рішення лише частково вирішують проблему і мають ряд суттєвих недоліків, що пов’язані з резонансними явищами, необхідністю змінювання ємності батареї конденсаторів та ін..

Деяке розповсюдження має схема фільтро-компенсуючого пристрою, де регулювання реактивної потужності досягається використанням індуктивного регулятору ІР на тиристорах. Однолінійна схема підключення ФКП до трифазної мережі з нелінійним навантаженням НН (тиристорний перетворювач) подана на рис.8.1. Звичайно, що окремі елементи схеми з’єднуються і підключаються до мережі за відповідною схемою (“зірка” або “трикутник”).

ФКП містить у собі секцію резонансних LCфільтрів на відповідні гармоніки струму і тиристорний індуктивний регулятор (ІР). ІР являє собою тиристорний регулятор змінного струму, кожна фаза якого містить пару тиристорів або симістор і реакторL. Змінюванням кута керування тиристорів здійснюється регулювання реактивного індуктивного струму, що споживається від мережі і відповідно реактивної потужностіQ_L в межах від 0 (тиристори зачинені) доQ_LМАХ . Тобто індуктивний регулятор являє собою регульовану індуктивність (в якості індукційного регулятору може бути використаний керований випрямляч з індуктивним навантаженням). Це дає змогу при постійній ємності батареї конденсаторівQ_С, що обирається виходячи із умови компенсації максимальної реактивної потужності навантаженняQ_LНМАХ, підтримувати загальний коефіцієнт потужності постійним при змінюванні потужності навантаження. Загальна реактивна потужність, що споживається від мережі:Q_ЗАГ=Q_L+Q_LН -Q_С (Q_LН- реактивна потужність навантаження). Очевидно, що для підтримання потужності, що споживається, постійною на рівніQ_ЗАГ≈0 необхідно забезпечити умовуQ_L+Q_LН ≈Q_С. Тобто при змінюванні реактивної потужності навантаження відповідним чином регулювати потужність, що споживається ІР.

Секція фільтрів містить набір фільтрів L_kC_k, резонансна частота яких

.

Оскільки для основної гармоніки струму індуктивний опір реакторів L_k достатньо малий (їм можна нехтувати) можна вважати що ємності фільтрів включені паралельно. Тоді загальна ємність ФКП, що використовується для компенсації, визначається як сума ємностей конденсаторів фільтрів.