Raons per a l'aparició d'harmònics més alts en els sistemes d'alimentació moderns
Els equips elèctrics del món modern són cada cop més complexos, especialment per a les tecnologies de la TI. A causa d'aquesta tendència, els sistemes d'assegurament de la qualitat de l'energia elèctrica han de complir aquests requisits: simplement han de gestionar fàcilment les fluctuacions, sobretensions, caigudes de tensió, sorolls, sorolls d'impuls, etc., perquè la xarxa industrial i els seus usuaris relacionats puguin funcionar amb normalitat.
La remodelació de la tensió de la xarxa a causa dels harmònics causats per càrregues no lineals és un dels principals problemes a resoldre. En aquest article, analitzarem els aspectes en profunditat d'aquest problema.
Quina és l'essència del problema
La part principal dels actuals equips d'oficina, ordinadors, equips d'oficina i multimèdia són generalment càrregues no lineals, que, connectades a la xarxa elèctrica comuna en grans quantitats, distorsionen la forma de la tensió de la xarxa.
Aquesta tensió distorsionada és percebuda dolorosament per altres dispositius elèctrics i, de vegades, pertorba significativament el seu funcionament normal: provoca mal funcionament, sobreescalfament, trenca la sincronització, genera interferències a les xarxes de transmissió de dades, — en general, la tensió alterna no sinusoïdal pot provocar tota una varietat d'equips. , processos i molèsties a les persones, inclòs el material.
La distorsió de tensió com a tal es descriu per un parell de coeficients: el factor sinusoïdal, que reflecteix la relació entre el valor rms dels harmònics superiors i el valor rms de l'harmònic fonamental de la tensió de la xarxa, i el factor de cresta de càrrega, igual a una relació entre el consum màxim de corrent i el corrent de càrrega efectiu.
Per què són perillosos els harmònics superiors?
Els efectes causats per la manifestació d'harmònics superiors es poden dividir segons la durada de l'exposició en immediats i a llarg termini. És habitual esmentar instantàniament: distorsió de la forma de la tensió de subministrament, caiguda de tensió de la xarxa de distribució, efectes harmònics inclosa la ressonància de freqüència harmònica, interferències perjudicials a les xarxes de transmissió de dades, soroll en el rang acústic, vibració de la maquinària. Els problemes a llarg termini inclouen: pèrdues de calor excessives en generadors i transformadors, sobreescalfament de condensadors i xarxes de distribució (cables).
Harmònics i forma de voltatge de línia
Els pics de corrent significatius a la meitat de l'ona sinusoïdal de la xarxa provoquen un augment del factor de cresta.Com més gran i més curt sigui el pic de corrent, més forta és la distorsió, mentre que el factor de pinta depèn de les capacitats de la font d'alimentació, de la seva resistència interna, si és capaç de lliurar aquest pic de corrent. Algunes fonts s'han de sobrevalorar en relació a la seva potència nominal, per exemple s'han d'utilitzar bobinatges especials als generadors.
Però les fonts d'alimentació ininterrompuda (SAI) fan front molt millor a aquest problema: a causa de la doble conversió, són capaços de controlar el corrent de càrrega en qualsevol moment i regular-lo mitjançant PWM, la qual cosa evita problemes a causa de l'alt coeficient de pentinat del corrent. . En altres paraules, el factor de cresta alta no és un problema per a un SAI de qualitat.
Majors harmònics i caiguda de tensió
Com s'ha indicat anteriorment, els SAI gestionen bé els factors de cresta elevats i la seva distorsió de la forma d'ona no supera el 6%. Els cables de connexió aquí, per regla general, no importa, són força curts. Però a causa de l'abundància d'harmònics a la tensió de línia, la forma d'ona actual es desviarà de la sinusoïdal, especialment per als harmònics estranys d'alta freqüència introduïts per rectificadors monofàsics i trifàsics (vegeu la figura).
La impedància complexa de la xarxa de distribució sol ser naturalesa inductiva, per tant, els harmònics de corrent en grans quantitats provocaran caigudes de tensió importants en línies de 100 metres de llarg, i aquestes caigudes poden superar les permeses, com a conseqüència de la qual cosa es distorsionarà la forma de tensió a la càrrega.
Com a exemple, tingueu en compte com el corrent de sortida d'un rectificador de díode monofàsic canvia a diferents impedàncies de xarxa, depenent de la resistència del filtre d'entrada d'un dispositiu alimentat amb una entrada sense transformador, i com això afecta la forma d'ona de tensió.
El problema dels múltiples harmònics de la tercera
Tercer, novè, quinze, etc. — els harmònics més alts del corrent de xarxa es caracteritzen per coeficients d'amplitud elevada. Aquests harmònics sorgeixen de càrregues monofàsiques i el seu efecte sobre els sistemes trifàsics és força específic. Si el sistema trifàsic és simètric, els corrents es desplacen entre si 120 graus i el corrent total al cable neutre és zero, - no hi ha caiguda de tensió a través del cable.
Això és cert en teoria per a la majoria dels harmònics, però alguns harmònics es caracteritzen per la rotació del vector actual en la mateixa direcció que el vector actual de l'harmònic fonamental. Com a resultat, en el neutre els harmònics senars que són múltiples del tercer se superposen entre si. I com que aquests harmònics són la majoria, el corrent neutre total pot superar els corrents de fase: per exemple, els corrents de fase de 20 amperes donaran un corrent neutre amb una freqüència de 150 Hz a 30 amperes.
Un cable dissenyat sense tenir en compte la influència dels harmònics es pot sobreescalfar perquè, segons la ment, s'hauria d'haver augmentat la seva secció. Els múltiples harmònics de la tercera es desplacen en un circuit trifàsic 360 graus entre si.
Ressonància, interferència, soroll, vibració, calefacció
Les xarxes de distribució tenen perill de ressonància a harmònics de corrent o tensió més alts, en aquests casos el component harmònic resulta superior a la freqüència fonamental, la qual cosa afecta negativament els components i equips del sistema.
Xarxes de transmissió de dades situades a prop de línies elèctriques a través de les quals els corrents amb més harmònics flueixen estan subjectes a interferències, el senyal d'informació en elles es deteriora, mentre que com més curta és la distància de la línia a la xarxa, més gran és la longitud de la seva connexió, més gran és la freqüència harmònica: més gran és el senyal d'informació de distorsió.
Els transformadors i les bobines comencen a fer més soroll a causa dels harmònics més alts, els motors elèctrics experimenten pulsacions en el flux magnètic, donant lloc a vibracions de parell a l'eix. Les màquines elèctriques i els transformadors s'escalfen i es produeixen pèrdues de calor. En els condensadors, l'angle de pèrdua dielèctrica augmenta amb una freqüència superior a la de la xarxa, i comencen a sobreescalfar-se, es pot produir una ruptura dielèctrica. No cal parlar de les pèrdues de les línies per l'augment de la seva temperatura...