Основные источники высших гармоник

Вентильные преобразователи

Полупроводниковые преобразовательные устройства находят широкое применение на заводах черной и цветной металлургии и предприятиях химической промышленности. Потребителями постоянного тока на предприятиях являются регулируемый электропривод, электролизные установки, гальванические ванны, электрифицированный железнодорожный транспорт и др. технологические установки.

На промышленных предприятиях наибольшее применение получили трехфазные мостовые схемы. Эти схемы являются также основой для построения более сложных схем многомостовых преобразователей.

Для мостового преобразователя кривая сетевого тока при соединении первичной обмотки трансформатора преобразователя в звезду имеет вид, показанный на рисунке.

Форма кривой зависит от угла управления , задаваемого системой импульсно-фазового управления, и угла коммутации .

Дуговые сварочные печи

В дуговых сварочных печах наибольшая мощность потребляется в период расплава. Этот режим характеризуется частыми эксплуатационными к.з., значительным искажением тока нагрузки и низким коэффициентом мощности. В момент эксплуатационных к.з. происходит выброс реактивной мощности и значительные колебания напряжения сети, вызывающие помехи в работе других электропотребителей. Для снижения кратности тока короткого замыкания в печах малой мощности устанавливают реакторы в цепях высокого напряжения трансформатора печи. Это улучшает до 0,88-0,9. При компенсации реактивной мощности в сетях дуговых сварочных печей одновременно необходимо решать задачу улучшения качества напряжения. Для снижения влияния дуговых сварочных печей на качество питающего напряжения в сетях промышленных предприятий применяются быстродействующие синхронные компенсаторы, статические источники реактивной мощности, установки продольной емкостной компенсации, реакторы.

Дуговые сталеплавильные электропечи

Нелинейность вольтамперной характеристики дуги приводит к генерации печами токов высших гармоник. Формы кривых тока печей в большой степени зависят от режима горения дуги в разные периоды плавки. В начальный период расплавления ток печи колеблется между токами режима холостого хода и короткого замыкания, форма кривых токов значительно отличается от синусоидальной. С появлением жидкого металла плавку ведут при короткой дуге, колебания тока сравнительно меньше. Форма кривых тока улучшается и приближается к синусоидальной.

В сравнении с вентильными преобразователями той же мощности уровни гармоник, генерируемых дуговыми печами, оказываются в 3-4 раза меньше. Сказанное относится к периоду расплавления, поэтому для практических целей важно знать уровни гармоник для периода расплавления.

Уровень 5,7,11 и 13-й гармоник тока, генерируемых электродуговыми печами, относительно невелик. Эквивалентное действующее значение их не превосходит 10% тока 1-й гармоники. В токах луговых электропечей содержатся также анормальные 2,3,4,6-я гармоники. Основными причинами появления анормальных гармоник являются непрерывное изменение условий горения дуг печи и неполное выравнивание сопротивлений короткой сети. Эквивалентное действующее значение токов высших гармоник в токе за счет анормальных гармоник возрастает в 1,8-2 раза.

Дуговые вакуумные печи

Дуговые вакуумные печи получают питание от вентильных преобразователей, которые коммутируются по 6-фазной схеме с уравнительным реактором. Кривая сетевого тока оказывается такой же, как и мостовых преобразователей электроприводов. Уровень анормальных гармоник тока оказывается весьма значительнее.

Однофазные печи электрошлакового переплава

Однофазные печи электрошлакового переплава являются практически линейной нагрузкой, поскольку переплав электрода осуществляется за счет нагрева слитка в слое расплавленного электропроводного шлака.

Электролиз

Выпрямительные агрегаты электролизных гальванотехнических установок - = 0,82-0,91.

Рудотермические печи

Рудотермические печи работают с шунтированной дугой, благодаря этому нелинейность дуги практически не проявляется. Содержание высших гармоник в токе печей незначительно; уровни 2-й, 3-й и 5-й гармоник тока не превышают 1+1,5%, остальные гармоники оказываются намного меньше.

Установки электродуговой сварки

Для установок электродуговой сварки источника питания используются полупроводниковые выпрямители. Токи высших гармоник, генерируемые сварочными выпрямителями, различны для отдельных режимов работы сварочных установок. В зависимости от нагрузки выпрямитель может работать в одном из трех режимов: режиме прерывистых токов при малых нагрузках, которому соответствует двухвентильная коммутация А; средних нагрузках В; режиме трехвентильной коммутации при больших нагрузках С.

Режим А практического значения не имеет. В режиме В уровни 5-й и 7-й гармоник тока оказываются весьма нестабильными. Уровень высших гармоник тока в режиме С значительно ниже, чем в режиме В.

Установки контактной электросварки

Установки контактной электросварки включаются в сеть с помощью тиристорных ключей. Для плавного регулирования сварочного тока вентильные устройства снабжаются системами фазового регулирования. Применение фазового регулирования приводит к искажению формы тока, потребляемого сварочными машинами. Определяющими гармониками при разложении тока являются 1, 3 и 5-я. Кроме нечетных гармоник присутствуют также четные гармоники. Появление четных гармоник объясняется разбросом углов регулирования вентилей. Влияние четных высших гармоник на несинусоидальность токов сварочных машин невелико.

Для установок дуговой или контактной электросварки токи гармоник определяют для единичной установки

где - номинальная мощность трансформатора;

Кз - коэффициент загрузки трансформатора;

ПВ - продолжительность включения.