В предыдущей лекции были отмечены трудности, возникающие при создании вентильных преобразователей с высоким коэффициентом мощности. Другим способом повышения коэффициента мощности является применение источников реактивной мощности и фильтрокомпенсирующих устройств, подключение которых ко вхо-ду преобразователя позволяет повысить коэффициент мощности схемы. Источники реактивной мощности позволяют повысить коэффициент мощности любых цепей, однако их использование вместе с вентильными преобразователями имеет свою специфику, обусловленную нелинейным характером входного сопротивления и несинусоидальностью входного тока преобразователя, потребляемого из сети.
Источники реактивной мощности могут выполняться различными способами, наибольшее распространение в преобразовательной технике получили конденсаторные (неуправляемые) и тиристорно-конденсаторные (управляемые) источники реактивной мощности.
Рис.1 Подключение к вентильному преобразователю компенсирующих конденсаторов (а) и векторная диаграмма токов и напряжений (б)
|
|
Рассмотрим возможность повышения коэффициента мощности с помощью источника реактивной мощности, состоящего из так называемых косинусных конденсаторов (рис.1, а). Набор конденсаторов включен параллельно входу преобразователя, поэтому ток i, потребляемый из сети, равен сумме тока преобразователя i1 и компенсирующего тока ik. На рис.1, б представлена векторная диаграмма токов, где вектор I1,1 соответствует первой (основной) гармонике тока i1. Разложим ток Ii,i на его составляющие 11,1,0 и I1,1, . Если ток конденсаторов IK= I1,1 sin , ток i синфазен питающему напряжению и установка (рис.1, а) не потребляет из сети реактивную мощность. Реактивная мощность, потребляемая преобразователем в этом случае, компенсируется за счет реактивной мощности, вырабатываемой конденсаторами.
Ток через каждый конденсатор в схеме Ic = Ik / . Напряжение на конденсаторе Uc= U1Л = U1,. Таким образом,
C = Ic/ Uc=Ik/3 Ul.
При полной компенсации реактивной мощности преобразователя по 1-й гармонике
C = vIlsin /(3 Ul).
Для защиты конденсаторов от перегрева за счет высших гармоник тока, генерируемых преобразователем, в схему введены небольшие индуктивности (показаны на рис.1, а пунктиром).
Выше указывалось, что вентильный преобразователь потребляет от сети реактивную мощность, которая зависит от угла управления, величины и характера нагрузки. Поскольку реактивная мощность преобразователя изменяется в процессе работы, полная компенсация реактивной мощности в схеме возможна лишь в одном из режимов. В других режимах возможны либо неполная компенсация реактивной мощности, либо генерация в сеть избыточной реактивной мощности. Выбор емкости конденсаторов при этом определяется режимами работы преобразователя и сети, а также экономическими соображениями, поскольку увеличение емкости конденсатора повышает стоимость установки.
|
|
С целью снижения уровня высших гармонических составляющих в сети при работе вентильных преобразователей к сети подключают филътрокомпенсирующие устройства. На (рис.2) представлена схема такого устройства, содержащего систему многофазных колебательных LC-контуров с резонансом напряжений. Частота резонанса в каждом из этих контуров соответствует частотам наиболее интенсивных высших гармонических составляющих напряжения сети, обусловленных работой преобразователя (или другой нелинейной нагрузки). В трехфазных системах гармоники, кратные трем, обычно в силу симметрии отсутствуют, и гармоническими составляющими напряжения в сети бывают 5, 7, 11, 13-я и т.д. гармоники. Низшие из них наиболее интенсивны.
Резонансная частота контура L5C5 p 5 = 5 , для этого контура выполняется соотношение
.
В контуре L7C7 резонанс наступает при частоте Р7 = 7 , поэтому
.
При резонансе входное сопротивление каждого из контуров равно нулю (если пренебречь потерями в L и С) и через них замыкаются
гармонические составляющие токов, генерируемые преобразователем, минуя питающую сеть. В результате искажения кривой сетевого напряжения резко снижаются.
Рис.2 Схема подключения фильтрокомпенсирующего устройства.
На частоте сети сопротивление контуров L5C5 и L7C7 имеет емкостной характер, и конденсаторы С5 и С7 компенсируют реактивную мощность, потребляемую преобразователем, подобно конденсаторам схемы (рис.1, а). За счет этого рассматриваемое фильтроком-пенсирующее устройство не только позволяет снизить искажения формы питающего напряжения в сети, но и уменьшить потребление реактивной мощности по основной гармонике, поэтому это устройство можно считать также источником реактивной мощности.
Лекция 7