Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Основные теоретические положения
• 2. Высшие гармоники. Общие сведения.
• 3. Расчет коэффициентов гармонических составляющих напряжения для сети с вентильными преобразователями различной мощности
• 4. Анализ воздействия гармонических составляющих напряжения на отдельные элементы электрической системы
• Выводы
• Список источников

Введение

Несинусоидальность напряжения проявляется в искажении синусоиды сетевого напряжения, что создаётся появлением в сети высших гармоник, т.е. напряжения с частотой выше 50 ГЦ. Накладываясь на основную частоту сети, эти гармоники создают искажение кривой сетевого напряжения. Появление высших гармоник в сети приводит к следующим нежелательным последствиям: повышенный нагрев электрооборудования, создание помех для работы электронных устройств управления. Связи и т.д. Особенно опасны высшие гармоники для конденсаторных батарей и кабельных линий. Оба эти элемента системы электроснабжения имеют значительное ёмкостное сопротивление, которое снижается с ростом частоты приложенного к ним напряжения, поэтому появление высших гармоник приводит к увеличению тока через эти ёмкости, вследствие чего создаётся повышенный нагрев изоляции, который в итоге приводит к резкому снижению срока её службы. [4].

Несинусоидальность напряжения оценивается 2 показателями качества электроэнергии: КU – коэффициент искажения синусоидальной кривой напряжения. КU(n) – коэффициент n-ой гармонической составляющей. Для расчёта этих 2 показателей необходимо произвести измерения в рассматриваемой электрической сети измерительным прибором, который может измерять значения высших гармоник напряжения, начиная со 2 по 40. В интервале 2-40; 100Гц – 2000. Для получения одного значения КU измерения должны проводиться в течение 3с, число измерений должно быть не менее 9.

Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании различных нелинейных приемников электрической энергии, таких как:

-вентильные преобразователи;

-силовое электрооборудование с тиристорным управлением;

-дуговые и индукционные электропечи;

-люминесцентные лампы;

-установки дуговой и контактной сварки;

-преобразователи частоты;

-бытовая техника (компьютеры, телевизоры и др.).

В процессе работы эти устройства потребляют энергию основной частоты, которая расходуется не только на совершение полезной работы и покрытие потерь, но еще и на образование потока высших гармонических составляющих, которые «выбрасывается» во внешнюю сеть.

Основное влияние оказывают вентильные преобразователи, которые в настоящее время широко применяются в промышленности и на транспорте.

Наиболее распространены вентильные преобразователи на полупроводниках (тиристорные преобразователи), мощность которых все время растет.

Вентильные преобразователи широко применяются для преобразования переменного тока в постоянный и используются в качестве источников питания на металлургических заводах для термических установок, на химических заводах и предприятиях цветной металлургии для электролизных установок, на машиностроительных и других предприятиях для установок электродуговой и контактной сварки.

1. Основные теоретические положения

На сегодняшний день в электрических системах получили широкое распространение вентильные преобразователи, к преимуществам которых относят меньшие потерь энергии, меньшие габариты, простоту обслуживания.

Применение вентильных преобразователей может существенно ухудшать качество напряжения сети.

Несинусоидальность напряжения – это искажение синусоиды сетевого напряжения.

Высшие гармоники напряжения в электрической сети обуславливают дополнительные потери активной мощности, сокращение срока службы изоляции оборудования, затруднение компенсации реактивной мощности [2].

Показателями качества электроэнергии [1], относящимися к гармоническим составляющим напряжения, являются:

а) значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40 го порядка KU(n), %;

б) суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения KU, %.

Согласно [1] норма для вероятности 100% времени в 1,5 раза превышает соответствующие нормируемые значения для вероятности 95%.

2. Высшие гармоники. Общие сведения

Содержание высших гармоник в трехфазной сети ведет к повышению тока в конденсаторах, т.к. реактивное сопротивление конденсаторов с возрастанием частоты уменьшается.

Загрязнение сетей переменного тока высшими гармониками может вести к следующим последствиям:

-снижение срока службы конденсаторов

-преждевременное срабатывание защитной аппаратуры

-выход из строя или ошибочная деятельность компьютеров, приводов двигателей, устройств освещения и др. чувствительных потребителей.

Параллельно с возрастанием тока в конденсаторах, который можно регулировать с помощью конструктивных мер, в неблагоприятных случаях в сетях могут возникнуть резонансные явления. Компенсационные конденсаторы и индуктивности трансформатора и сети представляют собой резонансный контур. Если собственная частота такого контура совпадет с частотой высших гармоник, то возможно возникновение колебаний со значительными сверхтоками и перенапряжениями. Это ведет к перезагрузкам и повреждениям в электрических установках.

Целью подключения дросселя (реактора) к конденсатору служит снижение резонансной частоты сети до значения, величина которого ниже значения наименьшей высшей гармоники данной сети. Этим предотвращается резонанс между конденсаторами и сетью, а значит и возрастание токов высших гармоник. Кроме того, такое включение имеет эффект фильтра, при котором уменьшается степень искажения напряжения. Рекомендуется в тех случаях, где доля потребителей, загрязняющих сеть высшими гармониками, составляет более 20 % всех потребителей сети.

Причина появления высших гармоник – наличие в составе нагрузки потребителей с нелинейными вольт-амперными характеристиками.

К числу таких потребителей относятся преобразователи на основе полупроводниковых элементов, электросварочные установки, электродуговые печи, источники света с газоразрядными лампами, силовые высоковольтные трансформаторы и автотрансформаторы, а также высоковольтные двигатели. Особенность этих устройств проявляется в том, что они генерируют токи высших гармоник при подключении их к выводам источника с синусоидальным напряжением.

Примером служит кривая тока вентильного преобразователя, представленная на рисунке 2.1.

Любые сложные гармонические колебания, т.е. несинусоидальные кривые токов следует рассматривать таким образом, что они как бы состоят из совокупности некоторых гармонических колебаний различной частоты.

С другой стороны, всякую периодическую функцию времени, удовлетворяющую условиям Дирихле, можно представить в виде тригонометрического ряда Фурье

где A0 - некая постоянная составляющая;

n - номер гармоники кривой;

an bn - коэффициенты ряда Фурье.

При n = 1 по выражению определяется основная гармоника. По-другому её называют первой гармоникой.

Тогда остальные члены ряда (n > 1) будут являться высшими гармониками.

Для определения коэффициентов ряда Фурье существуют формулы:

Амплитуда n-й гармоники определяется из следующего выражения

начальную фазу n-й гармоники определяют по формуле

Очевидно, что токи высших гармоник, так же как и первой, вызывают падения напряжения в сопротивлениях устройств, подключённых к нашей сети. Очевидно, что эти токи высших гармонических составляющих будут накладываться на основную гармонику. Вследствие этого происходит искажение формы кривой напряжения на элементах сети (кривая и на рисунке 2.1). Степень несинусоидальности напряжения этой сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности напряжения. Этот коэффициент представляет собой отношение эквивалентного действующего значения напряжений высших гармоник к напряжению первой гармоники, которое выражено в процентах от напряжения первой гармоники:

где Un , U1 - действующие значения, соответственно n-й и основной гармоник напряжения

3. Расчет коэффициентов гармонических составляющих напряжения для сети с вентильными преобразователями различной мощности

Кроме коэффициента несинусоидальности ГОСТ нормирует коэффициенты n-ой гармонической составляющей [1].

При определении kU особое внимание следует обращать на хпр. Чаще всего требуется определять kU на шинах питания мощных тиристорных преобразователей. Под преобразователем подразумеваются выпрямительный мост (или их группа) и питающий понижающий трансформатор [3].

В этом случае хпр равно сопротивлению преобразовательного трансформатора и определяется по формуле:

где Sном,Т – номинальная мощность преобразовательного трансформатора;

kp – коэффициент расщепления обмоток этого трансформатора;

uк% – сквозное напряжение КЗ трансформатора, приведенное к полной номинальной мощности трансформатора.

Для двухобмоточных трансформаторов, применяемых в шестифазных (трехфазных мостовых) схемах выпрямления, kp=0, трехобмоточных трансформаторов, применяемых в преобразователях, выполненных по двенадцатифазной схеме, в общем виде