Несинусоидальность напряжения
Несинусоидальностью напряжения называется отклонение зависимости напряжения uf(t) от синусоидального закона изменения во времени (рис.). ЭДС первичных источников питания (синхронных генераторов) удовлетворяет требованиям ГОСТ. Поэтому основной причиной несинусоидальности являются приемники с нелинейными вольтамперными характеристиками (вентильные преобразователи, электродуговые печи, сварочные установки, газоразрядные лампы и др.). Потребляемые ими токи нагрузки наряду с основной содержат и высшие гармоники. Протекая по общим сетям питания, они вызывают падения напряжения, которые, накладываясь на основную гармонику, приводят к искажению формы кривой напряжения на выводах электроприемников.
Несинусоидальность напряжения неблагоприятно сказывается на работе различного силового электрооборудования, систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи, вызывает дополнительные потери энергии.
Как известно из курса математики, периодическую функцию, удовлетворяющую условиям Дирихле, можно разложить в ряд Фурье, состоящий из постоянной составляющей и бесконечной суммы синусоидальных функций кратного аргумента, называемых временными гармониками.
Гармоника, период которой равен периоду несинусоидальной периодической величины, называется основной гармоникой. Остальные составляющие синусоиды с частотами со второй по n-ю называются высшими гармониками.
Согласно теореме Фурье, мгновенное значение функции f(t) может быть представлено тригонометрическим рядом:
,
где А0 - постоянная составляющая; порядок гармоники; а, b – коэффициенты ряда Фурье; n – номер последней из учитываемых гармоник.
Несинусоидальность формы кривой напряжения характеризуется коэффициентами kU и kU(n), которые рассчитываются по известным гармоникам этого разложения.
Коэффициент искажения синусоидальности напряжения kU – равен отношению среднеквадратичного значения напряжения высших гармонических составляющих к 1-ой гармонике (напряжению основной частоты):
где U(n) – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, n – порядок гармонической составляющей, N – порядок последней гармоники (стандартом установлено N=40).
Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения kU(n) – равен отношению действующего значения напряжения этой составляющей к напряжению основной частоты:
kU(n)=100%U(n)/U(1)
При вычислении коэффициентов kU и kU(n) допускается вместо действующего значения напряжения основной частоты U(1) подставлять номинальное напряжение сети Uном.
Лекция 6 Несимметрия трехфазной системы напряжений
Как известно, трехфазная система напряжений называется симметричной, если напряжения равны по величине и сдвинуты между собой по фазе на 120. Система, не соответствующая этим условиям, называется несимметричной.
В трехфазной системе электроснабжения несимметрия напряжений вызывается преимущественно несимметричной нагрузкой, особенно мощными однофазными приемниками. Крайняя несимметрия возникает в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях. Как известно из курса ТОЭ, несимметричная трехфазная система напряжений может быть разложена на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности. Показателями несимметрии служат относительные значения последних двух составляющих.
Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности k2U – равен отношению действующего значения напряжения обратной последовательности U2(1) основной частоты трехфазной системы напряжений к напряжению прямой последовательности U1(1) этой трехфазной системы:
k2U=100%U2(1)/U1(1)
Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности k0U – равен отношению действующего значения напряжения нулевой последовательности U0(1) основной частоты трехфазной системы напряжений к фазному напряжению прямой последовательности U1(1) этой трехфазной системы:
k0U=100%
U0(1)/U1(1)
Определение коэффициента несимметрии напряжения по нулевой последовательности проводят в четырехпроводной сети.
При вычислении коэффициентов k2U и k0U допускается вместо действующего значения напряжения основной частоты U(1) подставлять номинальное напряжение сети Uном.
