Фільтр вищих гармонік струмів трифазної мережі

1 Фільтр вищих гармонік струмів трифазної мережі, який містить затискачі трьох ЛІНІЙНИХ та нульової вхідних фаз трифазної мережі, 9 затискачів вихідних ЛІНІЙНИХ фаз та 3 затискачі вихідних нульових фаз, а також три ВИХІДНІ фідери, причому затискачі вихідних фаз об'єднані у групи, кожна з яких складається із чотирьох затискачів, до трьох з яких приєднані ЛІНІЙНІ фази, а до одного - приєднана вихідна нульова фаза, при цьому кожна група затискачів приєднана до одного фідера, а також тристрижневий магнітопровід, на кожному стрижні якого розміщено по три обмотки, одна з яких далі іменується першою, а ІНШІ - другою та третьою, кожна обмотка має початковий та кінцевий виводи, однойменні обмотки мають однакову КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ, друга та третя обмотки мають однакову КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ, перші обмотки між собою з'єднані у трикутник, при цьому кожний початковий вивід першої обмотки з'єднаний із затискачем вхідної лінійної фази трифазної мережі, затискачі нульових вихідних фаз кожного фідера з'єднані із затискачем вхідної нульової фази живильної мережі, а затискачі ЛІНІЙНИХ фаз другого фідера приєднані до затискачів вхідних ЛІНІЙНИХ фаз живильної мережі, який відрізняється тим, що з метою зменшення витрат МІДІ та електротехнічної сталі кожна перша обмотка має перший та другий проміжні виводи, які ділять першу обмотку на три частини, причому перша та третя частини мають однакову КІЛЬКІСТЬ витків, перший проміжний вивід першої Фільтр відноситься до електротехніки та електроенергетики і може бути використаний як засіб зменшення струмів та напруг вищих гармонік у трифазних три-, чотири- та п'ятипровідних мережах загального призначення та автономних три обмотки розташований ближче до початкового виводу першої обмотки, а другий проміжний вивід розташований ближче до кінцевого виводу першої обмотки, кожний затискач m-оі (А1, В1, С1) лінійної вихідної фази першого фідера приєднаний до кінцевого виводу другої обмотки, розташованої на тому стрижні, на якому розміщена та перша обмотка, жоден вивід якої не з'єднаний із затискачем однойменної за літерою (А, В, С) m-оі вхідної лінійної фази, причому початковий вивід другої обмотки з'єднаний із другим проміжним виводом першої обмотки, ввімкненої між затискачем однойменної за літерою вхідної лінійної фази та затискачем вхідної лінійної фази, яка випереджає однойменну за літерою лінійну фазу на кут 2 т г / 3 , а кожен затискач m-оі вихідної лінійної фази третього фідера приєднаний до початкового виводу третьої обмотки, розташованої на тому стрижні, на якому розміщена та перша обмотка, жоден вивід якої не з'єднаний із затискачем однойменної за літерою вхідної лінійної фази, причому кінцевий вивід третьої обмотки з'єднаний із першим проміжним виводом першої обмотки, ввімкненої між затискачем однойменної за літерою вхідної лінійної фази та затискачем вхідної лінійної фази, яка від однойменної за літерою лінійної фази відстає на кут 2тг / З 2 Фільтр вищих гармонік струмів трифазної мережі за п 1, який відрізняється тим, що відношення витків першої та другої обмоток складає 1 0,10,21, наприклад 1 0,1774 3 Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі за пп 1 - 2, який відрізняється тим, що відношення витків першої, другої та третьої частин першої обмотки, на які проміжні виводи ділять першу обмотку, складає 0,01-0,047 1 0,01-0,047, наприклад 0,0437 1 0,0437 фазних системах, наприклад таких, які приєднані до дизель-генераторів та джерел гарантованого живлення Майже всі види сучасної прогресивної електротехнологм викликають у трифазній мережі вищі (О 62127 форматора, ПОСЛІДОВНІ з'єднання обмоток яких гармоніки Найбільш потужними джерелами вищих увімкнені у зірку за схемами подвійного та потрійгармонік є електродугові печі, електрозварювальні ного "зигзагу" При цьому вхідна трифазна чотириапарати, прокатні стани, руднотермічні печі, тирипровідна система напруг перетворюється на k висторний привід, електрифікований транспорт, елехідних трифазних чотирипровідних систем напруг, ктролізні установки, газорозрядні лампи, телевізокожна з яких зсунута по фазі на кут а Недоліки ри, комп'ютери і т і Такі нелінійні приймачі таких фільтрів велика встановлена потужність обумовлюють появу у живильній мережі З-оі, 5-ої, елементів фільтру, рівна у найперспективнішому з 7-ої, 9-ої 11-ої, 13-ої, і т д гармонік струму та наних 1,05-1,2, велика вартість фільтру та відносно пруги, які порушують нормальні режими роботи велика КІЛЬКІСТЬ витків, ІЗОЛЯЦІЯ ЯКИХ працює при іншого електричного та електронного обладнання, номінальній напрузі викликають збої у роботі та вихід з ладу обладнання, а також викликають непередбачені додатВІДОМІ компенсаційні фільтри вищих гармонік кові втрати енергії у живильних мережах, особливо [11, 12], виконані на основі суміщених трансфор- у живильних трансформаторах маторів та автотрансформаторів Такі фільтри подавляють гармоніки у широкому діапазоні часСеред указаних приймачів є особлива група тот, включаючи кратні трьом нелінійних приймачів, які генерують вищі гармоніки тільки в ЛІНІЙНИХ струмах та напругах До таких Найближчим аналогом (прототипом) до фільтнелінійних приймачів відносяться частотно керору, який заявляється, є фільтр вищих гармонік вані електроприводи, електролізні установки, тиструмів трифазної мережі, який містить затискачі ристорні випрямлячі та ІНШІ Спектри струмів цих трьох ЛІНІЙНИХ та нульової вхідних фаз трифазної приймачів у всіх фазах практично однакові Такі мережі і затискачі вихідних ЛІНІЙНИХ та нульової приймачі енергії генерують у мережу симетричні 5фаз, причому затискачі вихідних фаз об'єднані у ті, 7-мі, 11-ті, 13-ті, 17-ті, 19-ті і тому подібні каногрупи, кожна з яких складається з чотирьох затиснічні гармоніки струмів та напруг качів, до трьох затискачів такої групи приєднані провідники ЛІНІЙНИХ фаз, а до одного затискача Для зменшення гармонік струму та напруги у приєднана нульова фаза, при цьому кожна група трифазній мережі застосовують силові фільтри затискачів приєднана до одного фідера, а також ВІДОМІ фільтри вищих гармонік струму [1-3,], тристрижневий магнітопровід, на кожному стрижні які мають у своєму складі ПОСЛІДОВНІ з'єднання якого розміщено по три обмотки, одна з яких далі конденсаторних батарей та котушок індуктивності, іменується першою, а ІНШІ - другою та третьою, настроєних в резонанс із частотою тієї гармоніки, другі та треті обмотки мають однакові КІЛЬКОСТІ яку необхідно подавити у напрузі та струмі мережі ВИТКІВ, причому кожна друга обмотка має середній Недоліки цих фільтрів полягають у наступному вивід, який ділить її на рівні по КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ час- велика КІЛЬКІСТЬ окремих фільтрів, при цьому тини, перші обмотки між собою з'єднані у трикутКІЛЬКІСТЬ послідовно з'єднаних конденсаторних ник, при цьому кожен початковий вивід першої батарей та котушок індуктивності дорівнює КІЛЬКОобмотки з'єднаний із затискачем лінійної фази вхіСТІ гармонік, які необхідно подавити, помножених дної трифазної мережі, кожний середній вивід друнатри, гої обмотки, розташованої на тому стрижні магні- велика вартість фільтру, топроводу, на якому розташована також перша - ненадійність роботи конденсаторних батаобмотка, приєднана до певних двох ЛІНІЙНИХ фаз рей, вхідної мережі, приєднаний до певної третьої лі- у момент увімкнення фільтрів виникають киднійної фази вхідної трифазної мережі, затискачі ки струму, після чого відбувається перехідний нульових вихідних фаз кожного фідера з'єднані із слабо затухаючий процес, який також супроводжузатискачем вхідної нульової фази, а затискачі ЛІється генерацією вищих гармонік струму та напруНІЙНИХ фаз одного з фідерів приєднані до затискаги чів ЛІНІЙНИХ фаз вхідної мережі [12] ВІДОМІ напівпровідникові компенсаційні фільтри вищих гармонік [4-6], які називають активними Недоліком фільтру-прототипу є його відносно фільтрами, що містять напівпровідникові генеравелика встановлена потужність (0,61-0,65) відностори гармонік струмів, фази яких зсунуті на кут 180 но прохідної потужності, тобто великі затрати МІДІ ел гр порівняно з фазами гармонік мережі Генета електротехнічної сталі на 1кВА пропускної поровані гармоніки у протифазі вводять в електричну тужності мережу, де вони компенсують вищі гармоніки У зв'язку з цим була поставлена задача - зместрумів мережі і таким чином покращують спектншити затрати МІДІ та електротехнічної сталі шляральний склад форми кривої струму, отже і напрухом зміни принципової схеми ги Ці фільтри мають універсальні можливості, але Поставлена мета досягнута завдяки тому, що через велику вартість та малу надійність напіву фільтрі вищих гармонік струмів трифазної мерепровідникових елементів такі фільтри не знайшли жі, який містить затискачі трьох ЛІНІЙНИХ та нульоширокого застосування вої вхідних фаз трифазної мережі, 9 затискачів вихідних ЛІНІЙНИХ фаз та 3 затискачі вихідних нуВІДОМІ компенсаційні фільтри вищих гармонік льових фаз, а також три ВИХІДНІ фідери, причому струмів [7-10], виконані на основі трансформаторів затискачі вихідних фаз об'єднані у групи, кожна з та автотрансформаторів, в яких відбувається взаяких складається із чотирьох затискачів, до трьох з ємна компенсація гармонік струмів за рахунок збіяких приєднані ЛІНІЙНІ фази, а до одного - приєдльшення КІЛЬКОСТІ фаз вихідних фазних напруг та нана вихідна нульова фаза, при цьому кожна група рівномірного розподілу нелінійних навантажень по затискачів приєднана до одного фідера, а також всіх фазах виходу фільтрів Такі фільтри виконутристрижневий магнітопровід, на кожному стрижні ються на основі трансформатора або автотранс 62127 якого розміщено по три обмотки, одна з яких далі іменується першою, а ІНШІ - другою та третьою, кожна обмотка має початковий та кінцевий виводи, однойменні обмотки мають однакові КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ, другі та треті обмотки мають однакову КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ, перші обмотки між собою з'єднані у трикутник, при цьому кожний початковий вивід першої обмотки з'єднаний із затискачем вхідної лінійної фази трифазної мережі, затискачі нульових вихідних фаз кожного фідера з'єднані із затискачем вхідної нульової фази живильної мережі, а затискачі ЛІНІЙНИХ фаз другого фідера приєднані до затискачів вхідних ЛІНІЙНИХ фаз живильної мережі, змінена принципова схема, у результаті чого кожна перша обмотка має перший та другий проміжні виводи, які ділять першу обмотку на три частини, причому перша та третя частини мають однакові КІЛЬКОСТІ витків, перший проміжний вивід першої обмотки розташований ближче до початкового виводу першої обмотки, а другий проміжний вивід розташований ближче до кінцевого виводу першої обмотки, кожний затискач m-оі (А1, В1, С1) лінійної вихідної фази першого фідера приєднаний до кінцевого виводу другої обмотки, розташованої на тому стрижні, на якому розміщена та перша обмотка, жоден вивід якої не з'єднаний із затискачем однойменної за літерою (А, В, С) m-оі вхідної лінійної фази, причому початковий вивід другої обмотки з'єднаний із другим проміжним виводом першої обмотки, ввімкненої між затискачем однойменної за літерою вхідної лінійної фази та затискачем вхідної лінійної фази, яка випереджає однойменну за літерою лінійну фазу на кут 2тт/3, а кожен затискач m-оі вихідної лінійної фази третього фідера приєднаний до початкового виводу третьої обмотки, розташованої на тому стрижні, на якому розміщена та перша обмотка, жоден вивід якої не з'єднаний із затискачем однойменної за літерою вхідної лінійної фази, причому кінцевий вивід третьої обмотки з'єднаний із першим проміжним виводом першої обмотки, ввімкненої між затискачем однойменної за літерою вхідної лінійної фази та затискачем вхідної лінійної фази, яка від однойменної за літерою лінійної фази відстає на кут 2ті/3 Відношення витків першої обмотки до витків другої обмотки складає 1 0,10-0,21, наприклад, 1 0,1774 Відношення витків першої, другої та третьої частин першої обмотки, на які проміжні виводи ділять першу обмотку, складає 0,01-0,047 1 0,01-0,047, наприклад, 0,0437 1 0,0437 Така принципова схема обмоток фільтру дозволяє зменшити встановлену потужність до 0,10,21 У фільтрі, що заявляється, при рівномірному розподілі нелінійних навантажень по фазах усіх фідерів спостерігається повна компенсація 5-тіх, 7мих, 11-тих, 13-тихі, 23-тих, 25-тих і т і гармонік, порядковий номер яких установлюється з виразу 6-N±1, де N=1, 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, Ефект максимального подавления названих гармонік має місце при відношенні витків першої обмотки до витків другої обмотки 1 0,1774 та при відношенні витків першої, другої та третьої частин першої обмотки, на які проміжні виводи ділять першу обмотку, рівному 0,0437 1 0,0437 Фільтр може частково компенсувати 17-ті, 19ті, 35-ті, 37-мі і тому подібні гармоніки, порядкові номери який визначаються з виразу 6-N±1 при N=3, 6, 9, 12, При цьому ступінь компенсації 5тіх, 7-мих, 11-тих, 13-тих, 23-тих, 25-тих і т і гармонік незначно знижується Цей ефект має місце при відношенні витків першої обмотки до витків другої обмотки, яке знаходиться у межах 1 0,100,21, та відношенні витків першої, другої та третьої частин першої обмотки, яке знаходиться у межах 0,01-0,047 1 0,01-0,047 На практиці необхідність компенсації 17-тих, 19-тих, 35-тих, 37-мих і тому подібних гармонік виникає при живленні потужних нелінійних навантажень від співмірних за потужністю трифазних джерел живлення, наприклад, автономних джерел Для кращого пояснення суті винаходу розглянемо графічні матеріали На фіг 1 показана принципова схема фільтру вищих гармонік струмів трифазної мережі На фіг 2 подане топографічне (фазорне) зображення елементів автотрансформаторного пофазно симетричного перетворювача трифазної системи напруг у дев'ятифазну пофазно симетричну систему напруг На фіг 3 показана принципова схема приєднань затискачів вхідних та вихідних фаз до перетворювача КІЛЬКОСТІ фаз та вихідних фідерів На фіг 4 показане топографічне зображення потенціалів напруг на розщеплених фазах, а також вектори струмів у вихідних ЛІНІЙНИХ фазах фільтру На фіг 5 показані результуючі складові струму першої гармоніки у фазі А На фіг 6 показані результуючі складові струму п'ятої гармоніки у фазі А На фіг 7 показані результуючі складові струму сьомої гармоніки у фазі А На фіг 1 позначено 1 -тристрижневий магнітопровід, 2 - перші обмотки, які мають число витків - W2, W3 - перші частини перших обмоток W2, W4 - другі частини перших обмоток W2, W5-треті частини перших обмоток W2, W6 - другі обмотки, W7 - треті обмотки, А, В, С, 0 - затискачі вхідних фаз трифазної чотирипровідної мережі, А1, В1, С1, 01 -затискачі вихідних фаз, приєднаних до фідера 1, А2, В2, С2, 02 - затискачі вихідних фаз, приєднаних до фідера 2, A3, ВЗ, СЗ, 03 - затискачі вихідних фаз, приєднаних до фідера З На фіг 2 позначення співпадають з позначеннями фіг 1 На фіг 3 позначено 1 - затискачі вхідних фаз А, В, С, 0, 2 - автотрансформаторний пофазно симетричний перетворювач трифазної системи напруг у дев'ятифазну систему напруг з обмотками W3, W4, W5, W6 та W7, 3 - затискачі вихідних фаз А2, В2, С2, 02 другого фідера, 4 - затискачі вихідних фаз А1, В1, С1, 01 першого фідера, 5 - затискачі вихідних фаз A3, ВЗ, СЗ, 03 тре 62127 тього фідера На фіг 4 позначено А та А1, А2, A3 - вхідна та ВИХІДНІ ЛІНІЙНІ фази, +со та -co - напрямки обертання симетричних складових струмів прямої та зворотної ПОСЛІДОВНОСТІ основної та вищих гармонік, а - кут між векторами фазних напруг, ІА1, ІА2, ІАЗ - вектори струмів у вихідних ЛІНІЙНИХ фазах А1, А2, A3 На фіг 5 позначено ІАпА1(1), ІАпА2(1), ІАпАЗ(1) - складові струму основної (першої) гармоніки у ВХІДНІЙ фазі А На фіг 6 позначено ІАпА1(5), ІАпА2(5), ІАпАЗ(5) - складові п'ятих гармонік струму у ВХІДНІЙ фазі А На фіг 7 позначено ІАпА1(7), ІАпА2(7), ІАпАЗ(7) - складові сьомих гармонік струму у ВХІДНІЙ фазі А Улаштування фільтру До складу фільтру входять три затискачі (А, В, С) вхідних ЛІНІЙНИХ фаз, один затискач (0) вхідної нульової фази, дванадцять затискачів вихідних фаз, дев'ять (А1, В1, С1, А2, В2, С2, A3, ВЗ, СЗ) з яких є затискачами ЛІНІЙНИХ фаз, а три (01, 02, 03) є затискачами нульових фаз, три ВИХІДНІ фідери 3, 4, 5 (фіг 1 та фіг 3), три стрижневий магнітопровід 1 та розміщені на стрижнях обмотки 2, W6 та W7 (фіг 1) Затискачі вихідних фаз об'єднані у групи До першої групи входять затискачі А1, В1, С1, 01, до другої - А2, В2, С2, 02, до третьої - A3, ВЗ, СЗ, 03 Кожна група затискачів вихідних фаз приєднана до одного фідера Наприклад, група затискачів А1, В1, С1, 01 приєднана до першого фідера 4 (фігЗ) На кожному стрижні магнітопроводу 1 розміщено по три обмотки (2, W6, W7), одна із яких (2) далі іменується першою, а обмотки W6 та W7 ВІДПОВІДНО другою та третьою Кожна обмотка має початковий та кінцевий виводи (фіг 1) Однойменні обмотки мають однакові КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ, наприклад, перша обмотка 2, яка розміщена на одному стрижні магнітопроводу, має таку саму КІЛЬКІСТЬ витків як і перша обмотка, яка розміщена на іншому стрижні Другі та треті обмотки мають однакові КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ Перші обмотки мають перший та другий проміжні виводи, які ділять першу обмотку на три частини W3, W4 та W5 Перша та третя частини першої обмотки мають однакові КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ (W3=W5) Перший проміжний вивід знаходиться ближче до початкового виводу першої обмотки, а другий проміжний вивід знаходиться ближче до кінцевого виводу першої обмотки Перші обмотки з'єднані у трикутник Кожен початковий вивід першої обмотки приєднаний до затискача вхідної лінійної фази трифазної мережі Затискачі А2, В2, С2, 02 вихідних ЛІНІЙНИХ фаз другого фідера 3 приєднані до затискачів А, В, С, 0 ВІДПОВІДНО (фіг 3) Кожен затискач m-оі вихідної лінійної фази (наприклад фази А1) першого фідера приєднаний до кінцевого виводу другої обмотки W6, розташованої на тому стрижні, на якому розміщена та перша обмотка, жоден вивід якої не з'єднаний із затискачем m-оі вхідної фази (наприклад, фази А, яка однойменна за літерою позначення вихідної фази А1), причому початковий вивід другої обмотки W6 з'єднаний із другим проміжним виводом та 8 кої першої обмотки, яка ввімкнена між затискачем однойменної вхідної фази, наприклад А, та затискачем іншої вхідної фази, яка випереджає однойменну вхідну фазу на кут 2ті/3, наприклад, затискачем фази С Кожен затискач m-оі вихідної лінійної фази (наприклад, фази A3) третього фідера приєднаний до початкового виводу третьої обмотки W7, розташованої на тому стрижні, на якому розміщена та перша обмотка, жоден вивід якої не з'єднаний із затискачем m-оі вхідної фази (наприклад фази А, яка однойменна за літерою позначення вихідної фази A3) причому кінцевий вивід третьої обмотки W7 з'єднаний із першим проміжним виводом такої першої обмотки, яка ввімкнена між затискачем однойменної вхідної фази, наприклад А, та затискачем іншої вхідної фази, яка відстає від однойменної вхідної фази на кут 2ті/3, наприклад, затискачем фази В Робота фільтру Відомо, ЩО В даний час масово використовуються нелінійні навантаження, які викликають в живильній мережі 3-ті, 5-ті, 7-мі, і т і гармоніки струму, які шкідливо впливають на роботу електронної апаратури, додатково нагрівають проводи та трансформатори і викликають додаткові втрати енергії Ці збитки мають місце при прямому приєднанні нелінійних навантажень до живильної трифазної мережі При приєднанні таких нелінійних навантажень, наприклад, устаткування АТС, кольорових та чорно-білих телеприймачів, радіоприймачів, комп'ютерів, компактних економічних освітлювальних ламп, і т і до живильної мережі через фільтр вищих гармонік струмів трифазної мережі в живильній трифазній мережі протікають практично синусоїдальні струми, хоча в кожному з навантажень протікають імпульсні або несинусоїдні струми Це пояснюється тим, що при трансформації числа фаз на трьох фідерах створюються симетричні системи напруг прямої ПОСЛІДОВНОСТІ, причому кожна з названих систем напруг зсунута одна відносно іншої на фазний кут а, який дорівнює, наприклад, ±ті/9 Через це струми прямої ПОСЛІДОВНОСТІ основної гармоніки у фідерах 3, 4, 5 виявляються зсунутими також на кут ті/9 У фільтрі у напрямку від мережі до нелінійних навантажень відбувається розгалуження КІЛЬКОСТІ фаз напруги, а у зворотному напрямку відбувається перетворення та сумування струмів У нелінійному симетричному навантаженні без нульового проводу виникають вищі гармоніки струмів, які утворюють симетричні складові або прямої або зворотної ПОСЛІДОВНОСТІ При такому навантаженні п'яті гармоніки струмів утворюють симетричну систему зворотної ПОСЛІДОВНОСТІ, сьомі гармоніки струмів - симетричну систему прямої ПОСЛІДОВНОСТІ, 11-ті - симетричну систему струмів зворотної ПОСЛІДОВНОСТІ, 13-ті - симетричну систему прямої ПОСЛІДОВНОСТІ, і т д Перетворення симетричних складових вищих гармонік струмів прямої ПОСЛІДОВНОСТІ відбувається так Струми симетричних складових вищих гармонік приходять на ВИХІДНІ ЛІНІЙНІ фази і входять у пофазно симетричний перетворювач КІЛЬКОСТІ фаз 2 (фіг 3) Струми ІА2, ІВ2, ІС2 фідера 3 безпосередньо приходять до вхідних ЛІНІЙНИХ фаз (А, В, С) 62127 Струми ІА1, ІВ1, ІС1 фідера 4 та струми ІАЗ, ІВЗ, ІСЗ фідера 5 спочатку приходять до перетворювача 2, де змінюють принаймні фазні кути, після чого сумуються зі струмами ІА2, ІВ2, ІС2 Абсолютні величини струмів ІА1, ІВ1, ІС1 основної частоти та вищих гармонік фідера 4 та струмів ІАЗ, ІВЗ, ІСЗ фідера 5 практично не змінюються за величиною після проходження перетворювача 2 Ці струми лише повертаються на фазний кут а Струми, які протікають у трифазній мережі й обумовлені навантаженням фідерів, позначимо індексом "п" На вході фільтру відбувається сумування струмів фідера 3 із перетвореними струмами фідерів 4 та 5 Отже струм у вхідних фазах дорівнює ІА(к)=ІА2(к)+ІА1п(к)+ІАЗп(к), (1) ІВ(к)=ІВ2(к)+ІВ1п(к)+ІВЗп(к), (2) ІС(к)=ІС2(к)+ІС1п(к)+ІСЗп(к), (3) де І - струм, к - порядковий номер вищої гармоніки струму, індекси А, В, С - позначення фази, індекси 1, 2, 3 - порядкові номери фідерів, які на фіг 3 позначені 4, 3 та 5 ВІДПОВІДНО ОСКІЛЬКИ мережа, перетворювач та навантаження працюють у симетричному режимі, то струми у всіх фазах однакові Через це можна розглядати процес компенсації вищих гармонік струмів не в усіх фазах, а лише у одній фазі Процес перетворення струмів, які створює нелінійне навантаження, відбувається у перетворювачі 2 На фіг 4 показане взаємне розташування вихідних фаз А1, А2, A3 та вхідної А фази Ці фази розташовуються на дузі кола, центр якого знаходиться у точці 0 Вектори АіО, АгО, АзО у масштабі зображують фазні напруги ІІді, ІІД2, ІІдз у фазах А1, А2, A3 Вектори напруг ІІді та ІІД2 зсунуті на кути +ті/9 та -ті/9 відносно вектора ІІд, який співпадає з ІІД2 Тому між струмами перших гармонік на виході фільтру існує залежність ІА1(1)=ІА2(1)-е+)л/9, (4) IA3(1)=IA2(1)-eW9 (5) Проходячи із виходу на вхід перетворювача фаз 2, фільтр повертає фази струмів (4) та (5) на кути -JTI/9 та +j7i/9 ВІДПОВІДНО Отже у фазі А протікають ВХІДНІ струми ІАпА1(1) та ІАпАЗ(1), обумовлені вихідними струмами ІА1 (1) та ІАЗ(1) ВІДПОВІДНО (6) )л/9 ІАЗ(1)=ІАЗ(1)-е++)л/9 (7) Підстановка (4) та (5) у (6) та (7) дає ІАпА1(1)=ІА2(1), (8) ІАпАЗ(1)=ІА2(1) (9) Тому повний струм першої гармоніки у фазі А дорівнює сумі складових ІА(1)=ІАпА1(1)+ІА2(1) + ІАпАЗ(1)= 3-ІА2(1) (10) Отже при рівномірному розподілі навантаження по фазах фільтру у ВХІДНІЙ фазі входу протікають три рівні складові перших гармонік, обумовлені першими гармоніками несинусоїдних струмів, які протікають у проводах ЛІНІЙНИХ фаз нелінійних навантажень Ці складові показані на фіг 5 Перші гармоніки струмів у фідерах не зазнають змін по 10 величині, їх вектори повертаються на кути ±ті/9 при виході із фільтру Розглянемо випадок компенсації п'ятих гармонік струмів фідерів Вектори струмів п'ятих гармонік фідерів у порівнянні із струмами першими гармонік мають у п'ять разів більші фазні кути їх ВІДЛІК слід виконувати із врахуванням протилежного обертання (-co) векторів струмів зворотної ПОСЛІДОВНОСТІ (фіг 4) ІА1(5)=ІА2(1)-е)5л/9, (11) ІАЗ(5)=ІА2(1)-е+)5л/9 (12) З врахуванням повороту векторів у перетворювачі (6) та (7) знайдемо складові ІАпА1(5) та ІАпАЗ(5) струмів п'ятої гармоніки у фазі А ІАпА1(5)=ІА1(5)-е)л/9, (13) ІАпАЗ(5)=ІАЗ(5)-е+)л/9 (14) Після підстановки (11) та (12) у (13) та (14) знаходимо . )2л/3 ІАпА1(5)=ІА2(5)-е)2тг/3 , (15) ІАпАЗ(5)=ІА2(5)-е+)2л/3 (16) Якщо врахувати, що ІАпА2(5)=ІА2(5), то система векторів п'ятих гармонік у фазі А (ІАпА1(5), ІАпА2(5), ІАпАЗ(5)) утворює правильну трипромшну зірку (фіг 6) Сума таких векторів дорівнює нулеві Тобто ІА(5)=ІАпА1(5)+ІАпА2(5)+ІАпАЗ(5)=0 (17) Отже струми п'ятих гармонік взаємно компенсуються Розглянемо випадок компенсації сьомих гармонік струмів навантаження Вектори струмів сьомих гармонік фідерів у порівняно із струмами першими гармонік мають у сім разів більші фазні кути їх ВІДЛІК слід виконувати з врахуванням прямого обертання (+со) векторів струмів прямої ПОСЛІДОВНОСТІ (фіг 4), оскільки сьомі гармоніки утворюють пряму ПОСЛІДОВНІСТЬ IA1(7)=IA2(7)-e+jV9, (18) ІАЗ(7)=ІА2(7)-е)7л/9 (19) З врахуванням поворотів (6) та (7) векторів у перетворювачі знайдемо складові ІАпА1(7) та ІАпАЗ(7) струмів сьомої гармоніки у фазі А Ітг/9 IAnA1(7)=IA1(7)-eJwa, (20) ІАпАЗ(7)=ІАЗ(7)-е+)л/9 (21) Після підстановки (18) та (19) у (20) та (21) знаходимо ІАпА1(7)=ІА2(7)-е+)2л/3, (22) ІАпАЗ(7)=ІА2(7)-е)2л/3 (23) Якщо врахувати, що ІАпА2(7)=ІА2(7), то система векторів сьомих гармонік у фазі А (ІАпА1(7), ІАпА2(7), ІАпАЗ(7)) утворює також правильну трипроменеву зірку (фіг 7) Сума таких векторів дорівнює нулеві ІА(7)=ІАпА1(7)+ІАпА2(7)+ІАпАЗ(7)=0 (24) Отже струми сьомих гармонік взаємно повністю компенсуються за умови симетричного розподілу нелінійних навантажень та пофазно симетричного зсуву фазної напруги кожного із фідерів на кут ±а Залежність кратності подавления вищих гармонік струму від порядкового номера гармонік показана у таблиці 11 62127 12 Таблиця а Кратність подавления вищих гармонік CTpyMiB=f(k) 5 7 11 13 17 9° ті/20 1,38 1,38 7,85 7,85 3,72 10° G O G O 3,00 1,50 1,50 71/18 15° 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 71/12 O G O G O G O 1,00 20° я/9 G 35 37 41 43 47 49 3,72 3,32 3,32 3,00 3,00 19 23 1,15 1,15 1,03 1,03 1,85 1,85 3,00 1,50 1,00 1,00 1,50 1,50 G O G O 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 1,00 1,00 1,00 G O 25 G O 3,00 1 00 1,00 1,00 G O Як це видно з таблиці, при а=ті/9 фільтр добре компенсує всі гармоніки за винятком 17-тих, 19тих, 35-тих, 37-мих і т і гармонік, для забезпечення указаного кута а відношення витків першої обмотки до витків другої обмотки повинне бути рівним 1 0,1774, а відношення витків першої, другої та третьої частин першої обмотки повинне дорівнювати 0,0437 1 0,0437 Але при потужності джерела трифазних напруг, співмірному з потужністю нелінійних навантажень, доцільно істотно послабити також 17-ті та 19-ті гармоніки струмів та напруг, які можуть перевищувати допустимі значення Для виконання цих вимог слід установити ІНШІ співвідношеннях між витками обмоток Незважаючи на незначне погіршення компенсації 5-их, 7-их, 11-тих, 13-тих і т і гармонік, фільтр істотно (у 1,53,0 рази) зменшує струми 17-тих, 19-тих, 35-тих та 37-мих гармонік У залежності від конкретного спектру струмів нелінійного навантаження трифазної мережі можна установити необхідні відношення витків першої обмотки до витків другої обмотки у межах 1 0,10-0,21 та відношення витків першої, другої та третьої частин першої обмотки у межах 0,01-0,047 1 0,01-0,047, причому такі, які забезпечують як найбільш оптимальне зменшення окремих гармонік або частини діапазону частотного спектру струмів ЛІНІЙНИХ фаз живильної мережі, так і зменшення діючих значень ЛІНІЙНИХ струмів Так, при відношенні витків першої обмотки до витків другої обмотки, рівному 1 0,14, та відношенні витків першої, другої та третьої частин першої обмотки, рівному 0,024 1 0,024, фільтр найбільш рівномірно компенсує всі вищі гармоніки струму за винятком 23-тих та 25-тих гармонік (таблиця, а=7і/12) При компенсації вищих гармонік струмів 12-ти фазних випрямлячів та тиристорних регуляторів доцільно обирати відношення витків першої обмотки до витків другої обмотки, рівне 1 0,103 та відношення витків першої, другої та третьої частин першої обмотки, рівне 0,0123 1 0,0123 (Таблиця, а=7і/18) Отже відношення витків є визначальним при конкретному застосуванні фільтру Встановлена потужність трансформаторного еквіваленту фільтру зменшена до 0,1-0,21 по відношенню до номінальної потужності нелінійного симетричного навантаження Це означає, що даний фільтр при виготовленні потребує менших витрат мідних проводів та електротехнічної сталі Поряд з цим фільтр може змінювати амплітудно G O 29 1,50 G O 31 G O G O G O G O 1,00 G O частотну характеристику компенсації вищих гармонік струму у діапазоні низьких частот у залежності від спектрального складу струму навантаження Література 1 Добрусин Л А , Павлович А Г Влияние конденсаторов в составе фильтро-компенсирующего устройства на несинусоидальность напряжения сети —Электричество —1975, №12 — с 71-74 2 Moran Gunter, Richter Walter, Fitscher Gerchard, Filteranordnung Патент Австрії №393765, MKB H03H 1/02, Опубл 10 12 1991 3 Яценко А А , Вахнина В В и др Устройство для регулирования мощности трехфазных фильтров Авт свид СССР №1381650, MKB H02S3/18, Опубл Бюл изобр 1988, №10 4 Арефьев А Н , Смирнов В С Электрический фильтр-компенсатор, Авт свид СССР №813586 Опубл 18 03 1981 5 Kawahira Н , Nakamura Т, Nakasawa S , Nomura M Active power filter // "Inter Power Electron Conf, Tokyo, 27-31 March, 1983, Vol 2", 1983, с 981-992 6 Davis William F High frequency line ripple cancellation circuit Патент США №4341990, MKB G05F1/56, вид 27 07 1982 7 Levin M I Zero phase sequence current filter with adjustable impedance Патент США №5406437, MKB H02H007/08, вид 11 04 95 8 Levin M I Combmet phase-shifting directional zero phase sequence current and method for using thereof Патент США №5416688, MKB H02J001/02, вид 16 05 1995 9 Менке Д , Уолліс В , Франк Б , Джон Дж Перетворювач розводки електропостачання для нелінійних навантажень Патент США №5416458, MKBH01F033/00, вид 16 05 1995 10 Левін М І Фазозсуваючий перетворювач з низьким опором нульової ПОСЛІДОВНОСТІ Патент США №5801610, MKB H01F033/00, вид 1 08 1998 11 Музиченко О Д , Музиченко Ю О , Музиченко О О Фільтр вищих гармонік струмів трифазної мережі Патент України №34225 А МКВ H01F30/12 Опубл 15 02 2001 Бюл №1 2001 р 12 Музиченко О Д , Музиченко Ю О , Музиченко О О Фільтр струмів вищих гармонік трифазної мережі Патент України №34224 А МКВ H01F30/12 Опубл 15 02 2001 Бюл №1,2001р 13 62127 14 15 Комп'ютерна верстка А Крулевський 62127 16 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119