 |
|
Узкополосные фильтры
Нормализация несинусоидального режима
Установка фильтров
Узкополосные фильтры
Использование силовых фильтров высших гармоник представляется в настоящее время весьма перспективным способом минимизации высших гармоник. Для уменьшения величины высших гармоник одной или нескольких зафиксированных частот применяют параллельный способ подключения фильтров, когда L, C элементы включаются последовательно и сопротивления фильтров малы. Когда же необходимо избежать проникновение токов высокой частоты в определенные узлы электрической системы, фильтр включается последовательно, а его сопротивление возрастает за счет параллельного включения L, C элементов в схеме замещения. Для уменьшения или полного исключения отрицательного влияния нелинейных нагрузок на искажение напряжения широкое распространение получили силовые резонансные фильтры.
Для подавления высших гармоник с частотой n=5¸13 устанавливаются параллельные фильтры отдельно на каждую гармонику. Для подавления гармоник n>13 устанавливается широкополосный фильтр. Схема узкополосного фильтра показана на рис. 1
Рис. 1
Покажем эффективность включения фильтра высших гармоник на простейшем примере (рис. 2).
При отсутствии фильтра на шинах понижающей подстанции появляется напряжение гармоники n:
(2.1)
Рис. 2
При установке фильтра через него течет ток
, (2.2)
аналогично ток в систему
. (2.3)
При резонансе 
напряжение на шинах 
.
Шунтирующий эффект фильтра снижается при R¹0.
Для идеальных резонансных цепей (активным сопротивлением пренебрегаем) имеет место соотношение:
последовательный резонанс
(2.4)
параллельный резонанс
, (2.5)
где 
– волновое сопротивление,
(2.6)
– собственная круговая частота,
(2.7)
При резонансной частоте, когда 
, имеет место предельное значение импеданса: последовательный резонанс 
, параллельный резонанс 
.
Рассмотрим работу фильтров при конечных значениях активного сопротивления катушки индуктивности.
При этом сопротивление узкополосного фильтра
. (2.8)
Резонанс по прежнему устанавливается при равенстве нулю результирующего реактивного сопротивления
(2.9)
при этом 
.
Важным показателем фильтра является его добротность:
. (2.10)
Добротность фильтра определяет его частоту пропускания. Фильтр с высоким уровнем добротности настраивается строго на одну частоту. Фильтр же с низким уровнем добротности имеет пониженное сопротивление в достаточно широком спектре частот.
При расчете силовых фильтров высших гармоник, состоящих из R, L, C элементов, необходимо, чтобы длительно допустимый уровень напряжения и тока сверх номинальных значений для конденсаторов не превышал допустимых значений. Для конденсаторов, используемых для регулирования cosj согласно ГОСТа 1282-68, длительно допустимые перегрузки не должны превышать по напряжению 10 %, по току 30 %.
Для конденсаторов, работающих в схемах силовых фильтров, перегрузки по напряжению недопустимы. Напряжение основной частоты на выводах конденсаторов определяется по выражению
(2.11)
где 
– напряжение на шинах в месте включения фильтра;
(2.12)
где n - частота настройки фильтра; 
– увеличение напряжения основной гармоники из-за последовательного включения L, C.
Ток фильтра находим из условия снижения напряжения в месте включения фильтра до Un=0. До включения фильтра 
, откуда
(2.13)
Напряжение на конденсаторе фильтра n-ой гармоники при соединении в звезду
(2.14)
где Iнб, Uнб – номинальный ток, номинальное напряжение на КБ;
(2.15)
или
(2.16)
где 
.
В реальных условиях 
,
поэтому принимаем приближенно 
.
Из условия недопустимых перегрузок по току необходимо выполнение условия
(2.17)
где 
– ток в батарее на основной частоте.
Ток батареи пропорционален приложенному напряжению. Тогда 
.
После преобразования получаем
. (2.18)
Учитывая проникновение в фильтр других гармоник, необходимо взять 
с некоторым запасом. В [1] рекомендуется принимать Сi=1,6. При этом после преобразований получим
. (2.19)