Ограничение уровней гармоник напряжений и токов

В электрических системах фильтры применяются, прежде всего для того, чтобы уменьшить амплитуду токов или напряжений одной или нескольких фикси­рованных частот (параллельные фильтры).

Когда же необходимо избежать проник­новения токов определенной частоты в отдельные узлы преобразовательной под­станции или части энергетической системы (как, например, в случае пульсации управляющихсигналов), можно использовать.последовательный фильтр, состоящий из параллельно включенных конденсатора и катушки индуктивности, создающих боль­шое сопротивление протеканию тока на выбранной частоте. Однако такое решение не может быть применено для ограничения уровня напряжений гармоник самого источ ника. поскольку генерация гармоник нели-нейными элементами подстанции (напри-

Глава 12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

мер, трансформаторами и статическими преобразователями) является неотъемле­мой чертой их нормальной работы.

Что касается самих статических преоб­разователей, то обычно в них приняты меры к ограничению проникновения гармоник тока в систему с помощью создания корот-козамкнутого пути с малым сопротивле­нием для гармонических частот. В при­нципе возможно создание комбинирован­ных последовательных и параллельных фильтров для минимизации тока и напряже­ния гармоник, однако для этого необходимы большие затраты.

Фильтры.

Параллельный фильтр настроен на определенную частоту, если на этой час­тоте его индуктивное и емкостное сопро­тивления равны.

Добротность фильтра Q определяет точ­ность его настройки. Фильтр с высокой добротностью (от 30 до 60) настраивается строго на одну из гармонических частот (например, пятую). Фильтр же с низкой добротностью имеет малое сопротивление в широком диапазоне частот, особенно в случае, если его уровень добротности не превышает 5.

Если такой фильтр используется для подавления гармоник высоких порядков (например, свыше 17-й), то его можно рас­сматривать и как фильтр верхних частот. На рис. 12.7 и 12.8 представлены основные

Рис. 12.8. Схема параллельного фильтра второго порядка подавления частот (а) и зависимость его полного сопротивления R от частоты (6)

схемы фильтров и соответствующие зави­симости сопротивления от частоты.

Для настроенного фильтра Q определя­ется как отношение индуктивного (или емкостного) сопротивления при резонансе к активному сопротивлению:

Q = X₍/R. (12.17)

Как показано на рис. 12.7, 6 полоса про­пускания частот фильтра Р ограничена час­тотой, на которой реактивное сопротивле­ние фильтра равно его активному сопро­тивлению (т.е. угол полного сопротивления равен 45°), и частотой, на которой модуль

полного сопротивления равен √ 2R. Доброт­ность фильтра связана с шириной его полосы пропускания следующим соотно­шением:

Q=ω _N/P, (12.18)

где ω _n — настроенная угловая частота, рад/с.

Точность настройки фильтра подавления высоких частот обратно пропорциональна добротности настроенных фильтров.

Степень несоответствия настройки филь­тра номинальной настроенной частоте характеризуется коэффициентом 5. учиты­вающим изменения основной (питающей! частоты, изменения емкости и индуктив­ности фильтра, вызываемые старением деталей фильтра и колебаниями темпера­туры, а также собственную расстройку