Файл: Electron_SE.pdf

371

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

Ðîçãëÿíåìî  ìîæëèâ³ñòü  ï³äâèùåííÿ Ê

ïîò

  çà  äîïîìîãîþ  äæåðåëà

ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ùî ñêëàäàºòüñÿ ç òàê çâàíèõ êîñèíóñíèõ êîí-

äåíñàòîð³â, ÿê ïîêàçàíî íà ðèñ. 12.2. Íàá³ð êîíäåíñàòîð³â óâ³ìêíåíî

ïàðàëåëüíî äî âõîäó âåíòèëüíîãî ïåðåòâîðþâà÷à, òîìó ñòðóì ³, ñïî-

æèâàíèé ³ç ìåðåæ³, äîð³âíþº ñóì³ ñòðóì³â ïåðåòâîðþâà÷à ³

n

 òà êîìïåí-

ñàö³éíîãî ñòðóìó ³

ê

.

u

C

i

C

i

ï

Z

í

i

C

i

ê

à)

I

1

I

1a

U

1

ö

I

1p

I

ê

á)

C

C

Ðèñ. 12.2 – Ñõåìà ï³äìèêàííÿ äî âåíòèëüíîãî ïåðåòâîðþâà÷à

êîìïåíñàö³éíèõ êîíäåíñàòîð³â (à) òà âåêòîðíà ä³àãðàìà ñòðóì³â ³ íàïðóã (á)

Íà âåêòîðí³é ä³àãðàì³, íàâåäåí³é íà ðèñ. 12.2,á, âåêòîð ²

1

 â³äïîâ³äàº

ïåðø³é (îñíîâí³é) ãàðìîí³ö³ ñòðóìó ³

n

. Ðîçêëàäåìî ñòðóì ²

1

 íà éîãî

ñêëàäîâ³ – ²

1à

 (àêòèâíó) ³ ²

1ð

 (ðåàêòèâíó). ßêùî ñòðóì êîíäåíñàòîð³â

²

ê

=²

1

sin

j

=

²

1ð

, òî ñòðóì ³ º ñèíôàçíèì äî íàïðóãè æèâëåííÿ. Óñòàíîâêà

çà ðèñ. 12.2,à ó öüîìó âèïàäêó íå ñïîæèâຠ³ç ìåðåæ³ ðåàêòèâíî¿ ïî-

òóæíîñò³: ðåàêòèâíà ïîòóæí³ñòü, ñïîæèâàíà ïåðåòâîðþâà÷åì, ìຠ³íäóê-

òèâíèé õàðàêòåð ³ êîìïåíñóºòüñÿ çà ðàõóíîê ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³, ùî

âèðîáëÿºòüñÿ êîíäåíñàòîðàìè ô³ëüòðà.

Ñòðóì ÷åðåç êîæíèé êîíäåíñàòîð ó ñõåì³ ñòàíîâèòü 

,

3

/

²

 ²

ê

Ñ

=

íàïðóãà íà êîíäåíñàòîð³ 

.

3

1

1

ô

ë

C

U

U

U

=

=

 Òàêèì ÷èíîì,

.

3

1ô

ê

Ñ

Ñ

U

I

U

I

C

ω

=

ω

=

(12.9)

Ïðè ïîâí³é êîìïåíñàö³¿ ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ ñïîæèâà÷à çà ïåðøîþ

ãàðìîí³êîþ

372

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

,

3

sin

1ô

ï

ñï

U

I

K

C

ω

ϕ

=

(12.10)

äå 

2

1

1

1

í

ï

ñï

K

I

I

K

+

=

=

 – êîåô³ö³ºíò ñïîòâîðåííÿ ñòðóìó i

ï

;

I

ï

 – ä³þ÷å çíà÷åííÿ ñòðóìó, ñïîæèâàíîãî ïåðåòâîðþâà÷åì.

Äëÿ çàõèñòó êîíäåíñàòîð³â â³ä ïåðåãð³âó çà ðàõóíîê ïðîò³êàííÿ ÷å-

ðåç íèõ âèùèõ ãàðìîí³ê ñòðóìó, ãåíåðîâàíèõ ïåðåòâîðþâà÷åì, â ñõåìó

ââîäÿòü íåâåëèê³ ³íäóêòèâíîñò³ (ïîêàçàí³ íà ðèñ. 12.2,à ïóíêòèðîì).

Îñê³ëüêè ðåàêòèâíà ïîòóæí³ñòü ïåðåòâîðþâà÷à çì³íþºòüñÿ ó ïðî-

öåñ³ ðîáîòè (÷åðåç çì³íè çíà÷åííÿ êóòà êåðóâàííÿ 

a

), ïîâíà êîìïåíñà-

ö³ÿ ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ ìîæëèâà ëèøå ó îäíîìó ç ðåæèì³â. Ó ³íøèõ

ðåæèìàõ ìîæëèâà íåïîâíà êîìïåíñàö³ÿ ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³ àáî ãå-

íåðàö³ÿ ó ìåðåæó íàäëèøêîâî¿ ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³. Âèá³ð ºìíîñò³

êîíäåíñàòîð³â ïðè öüîìó âèçíà÷àºòüñÿ ðåæèìàìè ðîáîòè ïåðåòâîðþ-

âà÷à é ìåðåæ³, à òàêîæ åêîíîì³÷íèìè ì³ðêóâàííÿìè, îñê³ëüêè çá³ëüøåííÿ

ºìíîñò³ ï³äâèùóº âàðò³ñòü óñòàíîâêè òà ¿¿ ãàáàðèòè. Îäíàê ïðè âèêîðè-

ñòàíí³ êîñèíóñíèõ êîíäåíñàòîð³â çàâæäè íåîáõ³äíî ïàì’ÿòàòè ïðî òå,

ùî õî÷à öå é íå ïðèçâîäèòü äî äîäàòêîâîãî óòâîðåííÿ ãàðìîí³ê, ïðîòå,

ñòâîðþº ðåçîíàíñí³ êîëà, ùî ìîæóòü âèêëèêàòè áàãàòîðàçîâå çá³ëüøåí-

íÿ íîðìàëüíîãî ð³âíÿ ãàðìîí³ê ó êîëàõ êîíäåíñàòîð³â. ßê íàñë³äîꠖ

äîäàòêîâ³ ïåðåâàíòàæåííÿ óñòàòêóâàííÿ, çîêðåìà, òèõ æå ñèëîâèõ êîí-

äåíñàòîð³â.

Çàðàç á³ëüø ïîøèðåí³ ñèëîâ³ ðåçîíàíñí³ ô³ëüòðè, ùî ñêëàäàþòü-

ñÿ ç ðåàêòîð³â ³ êîíäåíñàòîð³â, ç’ºäíàíèõ ïîñë³äîâíî. Ïàðàìåòðè îñ-

òàíí³õ âèáèðàþòüñÿ òàêèì ÷èíîì, ùîá äëÿ îáðàíèõ ÷àñòîò ìàâ ì³ñöå

ðåçîíàíñ íàïðóã. Ðåçîíàíñíèé êîíòóð íàïðóãè, ÿê ïðàâèëî, âèêîíóº ïîä-

â³éíó ôóíêö³þ. Ïî-ïåðøå, â³í ãåíåðóº íà îñíîâí³é ÷àñòîò³ ðåàêòèâíó

ïîòóæí³ñòü, ùî äîçâîëÿº ïîë³ïøèòè êîåô³ö³ºíò ïîòóæíîñò³, ïî-äðóãå,

÷àñòêîâî øóíòóº âèù³ ãàðìîí³êè, íà ÷àñòîòó ÿêèõ â³í íàëàøòîâàíèé.

Òàêèì ÷èíîì, ñèëîâ³ ðåçîíàíñí³ ô³ëüòðè, ùî ¿õ ùå íàçèâàþòü ô³ëüòðî-

êîìïåíñàö³éíèìè  ïðèñòðîÿìè  (ÔÊÏ),  çàáåçïå÷óþòü  êîìïëåêñíå

âèð³øåííÿ çàäà÷³ ï³äâèùåííÿ ÿêîñò³ åëåêòðîåíåð㳿 â ìåðåæ³ æèâëåííÿ.

Íà ðèñ. 12.3 íàâåäåíî ñõåìó òàêîãî ïðèñòðîþ, ùî ì³ñòèòü ñèñòå-

ìó áàãàòîôàçíèõ êîëèâàëüíèõ LC-êîíòóð³â ç ðåçîíàíñîì íàïðóã. ×àñ-

òîòà ðåçîíàíñó êîæíîãî ³ç öèõ êîíòóð³â â³äïîâ³äຠ÷àñòîòàì íàéá³ëüø

373

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

³íòåíñèâíèõ âèùèõ

ãàðìîí³éíèõ  ñêëà-

äîâèõ  íàïðóãè  ìå-

ðåæ³,  çóìîâëåíèõ

ðîáîòîþ  ïåðåòâî-

ðþâà÷à (àáî ³íøîãî

íåë³í³éíîãî íàâàí-

òàæåííÿ).  Ó  òðè-

ôàçíèõ  ñèñòåìàõ

áåç íóëüîâîãî ïðî-

âîäó  ãàðìîí³êè

êðàòí³ òðüîì, çàçâè-

÷àé,  (â  ñèëó  ñè-

ìåòð³¿)  â³äñóòí³  ³

ãàðìîí³éíèìè ñêëàäîâèìè íàïðóãè â ìåðåæ³ áóâàþòü 5, 7, 11, 13 ³ ò.í.

ãàðìîí³êè. Ïðè öüîìó íèæ÷³ ç íèõ ä³þòü íàéá³ëüø ³íòåíñèâíî.

Ðåçîíàíñíà ÷àñòîòà êîíòóðó L

5

C

5

 ñòàíîâèòü 

w

05

 = 5

w

.

Äëÿ öüîãî êîíòóðó âèêîíóþòüñÿ ñï³ââ³äíîøåííÿ

,

1

3

05

5

5

ω

=

C

L

( )

.

5

3

1

2

5

5

ω

=

C

L

(12.11)

Ó êîíòóð³ L

7

C

7

 ðåçîíàíñ íàñòຠíà ÷àñòîò³ 

w

07 

= 7

w

, òîìó

,

1

3

07

7

7

ω

=

C

L

( )

.

7

3

1

2

7

7

ω

=

C

L

(12.12)

Ïðè ðåçîíàíñ³ âõ³äíèé îï³ð êîæíîãî ³ç êîíòóð³â äîð³âíþº íóëåâ³ (ÿêùî

çíåâàæèòè âòðàòàìè â ³íäóêòèâíîñò³ òà ºìíîñò³) ³ ÷åðåç íèõ çàìèêà-

þòüñÿ ãàðìîí³éí³ ñêëàäîâ³ ñòðóì³â, ùî ãåíåðóþòüñÿ ïåðåòâîðþâà÷åì,

ìèíàþ÷è ìåðåæó æèâëåííÿ. Ó ðåçóëüòàò³ ð³çêî çíèæóþòüñÿ ñïîòâî-

ðåííÿ êðèâî¿ íàïðóãè ìåðåæ³. Íà ¿¿ ÷àñòîò³ 

w

 îï³ð çàçíà÷åíèõ êîíòóð³â

ìຠºìí³ñíèé õàðàêòåð 

)

(

5

5

1

L

C

ω

>>

ω

 ³ êîíäåíñàòîðè Ñ

5

 òà Ñ

7

 êîì-

ïåíñóþòü ðåàêòèâíó ïîòóæí³ñòü, ñïîæèâàíó ïåðåòâîðþâà÷åì, ïîä³áíî

êîíäåíñàòîðàì ñõåìè çà ðèñ. 12.2. Òîìó öåé ïðèñòð³é òàêîæ ìîæíà

ââàæàòè äæåðåëîì ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³.

C

5

L

5

Â

Ñ

i

1

A

Z

í

L

5

L

5

L

7

L

7

L

7

C

5

C

5

C

7

C

7

C

7

Ðèñ. 12.3 – Ñõåìà ï³äìèêàííÿ ñèëîâîãî ðåçîíàíñíîãî

ô³ëüòðó äëÿ êîìïåíñàö³¿ 5 òà 7 ãàðìîí³ê

374

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Ñèëîâ³ ðåçîíàíñí³ ô³ëüòðè, ùî âèêîðèñòîâóþòüñÿ ÿê ó âèñîêîâîëüò-

íèõ, òàê ³ ó íèçüêîâîëüòíèõ ìåðåæàõ, ìàþòü ðÿä ³ñòîòíèõ íåäîë³ê³â.

Îñê³ëüêè ¿õ íåîáõ³äíî âñòàíîâëþâàòè íà êîæíó ãàðìîí³êó, ùî ô³ëüòðóºòü-

ñÿ, òî ÷èì á³ëüø øèðîêîñìóãîâèì º ñïåêòð ÷àñòîò ãàðìîí³ê âèùèõ

ïîðÿäê³â, òèì á³ëüø ãðîì³çäêèì ñòຠÔÊÏ. Êð³ì òîãî, ó âèïàäêó çì³íè

åêâ³âàëåíòíîãî îïîðó ñèñòåìè, ÷àñòîòè ðåçîíàíñó ÷è ïîðÿäêó ãåíåðî-

âàíèõ ãàðìîí³ê (à öå ïðàêòè÷íî çàâæäè ìຠì³ñöå ïðè âèêîðèñòàíí³

ïåðåòâîðþâà÷³â), íåîáõ³äíî â³äïîâ³äíî çì³íþâàòè ñòðóêòóðó ô³ëüòðà.

Ó íàø ÷àñ ïîðÿä ³ç ðåçîíàíñíèìè çàñòîñîâóþòü òàêîæ íåòðàäèö³éí³

ô³ëüòðè. Âîíè, çì³íþþ÷è óìîâè ðîçïîä³ëó ñòðóì³â âèùèõ ãàðìîí³ê, íå

ìàþòü íàçâàíèõ âèùå íåäîë³ê³â. Íàïðèêëàä, ó íèçüêîâîëüòíèõ òðèôàç-

íèõ ìåðåæàõ ç íóëüîâèì ïðîâîäîì, ùî ¿õíüîþ õàðàêòåðíîþ ðèñîþ º

íàÿâí³ñòü âåëèêî¿ ÷àñòêè ñòðóì³â âèùèõ ãàðìîí³ê íóëüîâî¿ ïîñë³äîâ-

íîñò³,  äîñèòü  åôåêòèâíèì  ³  åêîíîì³÷íî  äîö³ëüíèì  º  çàñòîñóâàííÿ

ô³ëüòð³â ñòðóì³â íóëüîâî¿ ïîñë³äîâíîñò³ (ÔÑÍÏ). ÔÑÍÏ, çä³éñíþ-

þ÷è åôåêòèâíó ô³ëüòðàö³þ ñòðóì³â íóëüîâî¿ ïîñë³äîâíîñò³, ó 2-3 ðàçè

çíèæóº ñïîòâîðåííÿ ôîðìè êðèâî¿ íàïðóãè áåç çàñòîñóâàííÿ ÔÊÏ.

Êð³ì òîãî, ó íèçüêîâîëüòíèõ ìåðåæàõ äëÿ çìåíøåííÿ âçàºìíèõ âè-

ñîêî÷àñòîòíèõ çàâàä íàâàíòàæåíü ³ ìåðåæ³ ìàëîïîòóæí³ ñïîæèâà÷³ (ðà-

ä³îåëåêòðîíí³ ïðèñòðî¿, ÅÎÌ, îñâ³òëþâàëüí³ óñòàíîâêè ç åëåêòðîííèì

áàëàñòîì ³ ò.ï.) ðåêîìåíäóºòüñÿ ï³äìèêàòè äî ìåðåæ³ ÷åðåç òàê çâàí³

çàâàäîïîãëèíàþ÷³ ô³ëüòðè. Íàéá³ëüø ðîçïîâñþäæåíó ñõåìó òàêîãî

ô³ëüòðà íàâåäåíî íà ðèñ. 12.4.

TV

è

ì

C2

0,47

ìêÔ

C

3

0,47

ìêÔ

w

1

=150

w

2

=150

Ñ1

0,22 ìêÔ

Ñ

4

0,22 ìêÔ

Ä

î 

íà

âà

íò

àæ

åíí

ÿ

Ðèñ. 12.4 – Ìåðåæíèé çàâàäîïîãëèíàþ÷èé ô³ëüòð

Çâåðí³òü óâàãó íà îð³ºíòàö³þ îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà ÒV, ùî çà-

áåçïå÷óº âçàºìíå â³äí³ìàííÿ ñòðóì³â çàâàä ó ïðîâ³äíèêàõ (îáìîòêàõ).

Êîíäåíñàòîðè íåîáõ³äíî çàñòîñîâóâàòè ïðèçíà÷åí³ äëÿ ðîáîòè íà ñè-

íóñî¿äí³é íàïðóç³ â³äïîâ³äíî¿ âåëè÷èíè ³ ç ìàëîþ âëàñíîþ ³íäóêòèâí³ñòþ.

Îäíàê íåîáõ³äíî çàçíà÷èòè, ùî â óìîâàõ íåñèìåò𳿠âèùèõ ãàðìîí³ê

ñèìåòðè÷í³ ô³ëüòðóþ÷³ ïðèñòðî¿, ÿê òðàäèö³éí³ (ðåçîíàíñí³ ô³ëüòðè), òàê

375

12. ÂÏËÈ ÂÅÍÒÈËÜÍÈÕ ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ÍÀ ÌÅÐÅÆÓ. ÅËÅÊÒÐÎÌÀÃͲÒÍÀ ÑÓ̲ÑͲÑÒÜ

³ íåòðàäèö³éí³ íå çàâæäè º åôåêòèâíèì çàñîáîì çíèæåííÿ íåñèíóñî¿ä-

íîñò³ ñòðóì³â ³ íàïðóã ó íèçüêîâîëüòíèõ (äî 1000 Â) ðîçïîä³ëüíèõ ìåðå-

æàõ. Ïðè öüîìó îðãàí³çàö³éíî-òåõí³÷í³ çàõîäè ç çàïîá³ãàííÿ íåñèìåòð³¿

âèùèõ ãàðìîí³ê, ùî âèíèêàþòü ó ïðîöåñ³ åêñïëóàòàö³¿ ìåðåæ íèçüêî¿

íàïðóãè, ÷àñòî íåçä³éñíåíí³. Îòæå, íåîáõ³äíà ðîçðîáêà íîâèõ ïðèñòðî¿â,

çäàòíèõ â óìîâàõ íåñèìåò𳿠âèùèõ ãàðìîí³ê ñòðóìó é íàïðóãè çä³éñíþ-

âàòè ¿õíþ åôåêòèâíó ô³ëüòðàö³þ.

Ó îñòàíí³ ðîêè, îñîáëèâî ç ââåäåííÿì ó ä³þ îñòàííüî¿ ðåäàêö³¿ çãà-

äóâàíîãî âèùå ñòàíäàðòó ÌÅÊ 555-2, âåëèêà óâàãà ïðèä³ëÿºòüñÿ ðîç-

ðîáö³ ³ ïðàêòè÷íîìó âèêîðèñòàííþ êåðîâàíèõ äæåðåë ðåàêòèâíî¿ ïî-

òóæíîñò³, ùî âèêîíóþòü ðîëü  ñèëîâèõ  àêòèâíèõ  ô³ëüòð³â (ÑÀÔ).

Çàñòîñóâàííÿ ÑÀÔ äîçâîëÿº óñóíóòè íåäîë³êè, õàðàêòåðí³ äëÿ ðåçî-

íàíñíèõ ô³ëüòð³â âèùèõ ãàðìîí³ê, ³ çàáåçïå÷óº ïðàêòè÷íî ñèíóñî¿äíó

ôîðìó ñòðóìó, ñïîæèâàíîãî âåíòèëüíèì ïåðåòâîðþâà÷åì ÷è áóäü-ÿêèì

³íøèì íåë³í³éíèì íàâàíòàæåííÿì ³ç ìåðåæ³.

Ïðèíöèï ðîáîòè òàêèõ ïðèñòðî¿â ïîëÿãຠó òîìó, ùî ñïåö³àëüíèé íà-

ï³âïðîâ³äíèêîâèé ïåðåòâîðþâà÷ (îñíîâíà ÷àñòèíà ÑÀÔ), âèêîðèñòîâó-

þ÷è åíåðã³þ äæåðåë ñòðóìó àáî íàïðóãè, ôîðìóº ó ñâî¿õ ìåðåæíèõ

ïðîâ³äíèêàõ ñòðóì, çà ãàðìîí³éíèì ñêëàäîì àíàëîã³÷íèé ñòðóìó íå-

ë³í³éíîãî íàâàíòàæåííÿ (çà âèíÿòêîì ïåðøî¿ ãàðìîí³êè), àëå ïðîòèëåæ-

íèé çà çíàêîì. Ó ðåçóëüòàò³ â³äáóâàºòüñÿ âçàºìíà êîìïåíñàö³ÿ íåîñíîâ-

íèõ ãàðìîí³ê ñòðóì³â íàâàíòàæåííÿ ³ çàçíà÷åíèõ íàï³âïðîâ³äíèêîâîãî

ïåðåòâîðþâà÷à.  ÿêîñò³ îñòàííüîãî íàéá³ëüø çðó÷íî âèêîðèñòîâóâà-

òè òàê çâàíèé ðåãóëÿòîð çì³ííîãî ñòðóìó ç ³ìïóëüñíîþ ìîäóëÿö³ºþ, ùî

çàáåçïå÷óº  êåðóâàííÿ  ïàðàìåòðàìè  ñòðóìó  ó  ÷îòèðüîõ  êâàäðàíòàõ

êîìïëåêñíî¿ ïëîùèíè.

Ç îãëÿäó íà âàæëèâ³ñòü ôóíêö³¿ ç çàáåçïå÷åííÿ åëåêòðîìàãí³òíî¿ ñó-

ì³ñíîñò³ ñèëîâèõ âåíòèëüíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â, âèêîíóâàíî¿ ÑÀÔ, íèæ÷å

ðîçãëÿíóòî îñíîâí³ ïðèíöèïè ¿õíüî¿ ïîáóäîâè é âèêîðèñòàííÿ.

12.4. Êåðîâàí³ äæåðåëà ðåàêòèâíî¿ ïîòóæíîñò³

12.4.1. Ïðèíöèï êåðóâàííÿ ïàðàìåòðàìè çì³ííîãî ñòðóìó ó

÷îòèðèêâàäðàíòíèõ ïåðåòâîðþâà÷àõ ç ³ìïóëüñíîþ ìîäóëÿö³ºþ

ßê áóëî ïîêàçàíî ó ïï. 11.2, äæåðåëî çì³ííîãî ñòðóìó ìîæíà ï³ä³ìêíóòè

äî äæåðåëà ïîñò³éíîãî ñòðóìó ÷åðåç ïåðåòâîðþâà÷, âèêîíàíèé íà îñíîâ³