Высшие гармоники симметричного трехфазного мостового тиристорного преобразователя

Высшие гармоники на входе и выходе симметричного трехфазного мостового тиристорного преобразователя

Влияние тиристорного преобразователя на электроэнергосистему проявляется в искажении тока и напряжения синхронных генераторов, в увеличении добавочных потерь в генераторах, асинхронных двигателях, трансформаторах, в сбоях в работе устройств автоматики и вычислительной техники, загрузке питающей сети дополнительной реактивной мощностью и мощностью искажения и, следовательно, в снижении коэффициента мощности системы.

Влияние сети на тиристорный преобразователь заключается в увеличении гармоник выпрямленного напряжения, снижения жесткости внешней характеристики преобразователя, сбоях в работе систем управления тиристорного преобразователя.

Высшие гармоники на входе симметричного трехфазного тиристорного преобразователя в симметричных режимах

Для упрощения расчета гармоник тока и напряжения в питающей сети воспользуемся комплексной формой ряда Фурье.

В соответствии с рисунком 3 в кривой фазного тока на минимальном интервале повторяемости от (р/6+б) до (5р/6+б) можно выделить два коммутационных этапа от (р/6+б) до (р/6+б+г) и от (5р/6+б) до (5р/6+б+г), когда в преобразователе тиристоры работают группами по три, а также один этап проводимости на интервале от (р/6+б+г) до (5р/6+б), когда в преобразователе тиристоры работают группами по два.

Тогда комплекс действующего значения н — ой гармоники фазного тока генератора для случая, когда тиристорный преобразователь подключен к сети при помощи трансформатора по схеме звезда — звезда — 12, можно найти следующим образом [3]:

где — выпрямленный ток, приведенный к первичной обмотке трансформатора, — коэффициент по напряжению, — индуктивное сопротивление трансформатора.

Рисунок 3 — Кривые фазного напряжения, коммутационных импульсов и тока фазы генератора, питающего выпрямитель.

Из (3.1) после преобразований получаем [3]:

(3.2).

где знак «+» относится к первой (основной) и высшим гармоникам тока генератора порядков н=6k+1, а знак «-» — к высшим гармоникам порядков н=6k-1, здесь k=1,2,3…; и — комплексные функции, зависящие от порядкового номера гармоники н, угла управления б и угла коммутации г.

Комплексные функции и имеют вид [3]:

(3.3).

(3.4).

где, .

Искажение формы кривой питающего напряжения обусловлено падениями напряжений в индуктивных сопротивлениях преобразовательного трансформатора на этапах коммутации вентилей тиристорного преобразователя. Если воспользоваться принципом суперпозиции, то в соответствии с рисунком 4 напряжение генератора может быть представлено в виде суммы эквивалентной ЭДС и коммутационных падений напряжения. Это позволяет определить гармонический состав напряжения путем разложения в комплексный ряд Фурье лишь коммутационных импульсов.

Число коммутационных искажений (импульсов) за один период в фазном и линейном напряжениях сети определяется фазностью тиристорного преобразователя и способом (группой) соединения обмоток преобразовательного трансформатора, а степень искажения — параметрами сети и преобразователя. Если ток нагрузки постоянный, то площади коммутационных импульсов оказываются инвариантны к любым значениям углов управления.

Так из рисунка 4 и уравнения коммутации () следует, что с ростом б уменьшается угол коммутации г, но это приводит к увеличению амплитуды коммутационных падений напряжения, а уменьшение б вызывает увеличение г, что приводит к снижению амплитуды коммутационных падений напряжения. Неизменность площади коммутационных падений напряжений при постоянном токе нагрузки объясняется постоянством величины энергии, запасаемой на этапах проводимости фазы в ее индуктивности:

. (3.5).