Напряжение высшей гармоники статора синхронной машины по поперечной оси, вызванное действием компенсирующего устройства,
(3.27)
Результирующие значения напряжения высших гармоник по продольной и поперечным осям синхронного двигателя в результате компенсации составят:
(3.28)
(3.29)
Результирующее значение тока высшей гармоники статора в результате компенсации составит:
(3.30)
3.2.4.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АКТИВНОГО ФИЛЬТРА ВЫСШИХ ГАРМОНИК ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО НА СИНХРОННУЮ МАШИНУ
Функциональная схема активного фильтра представлена на рисунке 3.14.
Рисунок 3.14. - Функциональная схема активного фильтра.
В данной функциональной схеме используются следующие условные обозначения: Ld –обмотка синхронного двигателя по продольной оси ротора d; Lq –обмотка синхронного двигателя по поперечной оси ротора q; М.К – ячейка учитывающая то, что микропроцессор является звеном с запаздыванием; ДТ - датчик тока; ДН – датчик напряжения;
Данная система регулирования является системой подчиненного регулирования; так как заданием на ток активного фильтра является выходной сигнал регулятора напряжения высших гармоник.
Внутренним контуром системы регулирования является контур тока; внешним контуром является контур напряжения высших гармоник.
Условием генерации высших гармоник синхронной машиной в противофазе существующим является задание напряжения высших гармоник равное 0. Всей работой активного фильтра управляет микропроцессор.
8.1. КОМПЕНСАЦИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
АСИНХРОННЫМИ МАШИНАМИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ
Предложена компенсация искажений электрической энергии активным фильтром, воздействующего на ротор асинхронной машина с фазным ротором. Рассмотрено влияние активного фильтра на систему электроснабжения промышленного предприятия. Предложен принцип построения системы регулирования устройства.
Гармоники тока, создаваемые нелинейными нагрузками, могут представлять собой серьёзные проблемы для систем электроснабжения (СЭС). Гармонические составляющие представляют собой токи с частотами, кратными основной частоте источника питания. Высшие гармоники тока, накладываемые на основную гармонику, приводят к искажению формы тока. В свою очередь искажения тока влияют на форму напряжения в системе электропитания, вызывая недопустимые воздействия на нагрузки системы [6].
Известные и применяемые в СЭС активные фильтры компенсации высших гармоник имеют следующие недостатки [2,3,4]: номинальное напряжение не превышает 380 В., и для компенсации высших гармоник в сети 6-30 КВ. активный фильтр необходимо подключать в сеть через трансформатор, что повышает стоимость; устройства предназначены только для компенсации высших гармоник и не компенсируют асимметрию, колебания и отклонения напряжения, также не обеспечивает компенсацию реактивной электроэнергии.
Для СЭС необходимо создание единого устройства для компенсации всех искажений электроэнергии (асимметрия, колебания, отклонения напряжения; наличие высших гармоник) и позволяющего осуществлять компенсацию реактивной энергии.
Предлагается для компенсации искажений электроэнергии и компенсации реактивной энергии использовать комбинированный активный фильтр состоящий из асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФ) и компенсирующего устройства (КУ), включенного в ротор АДФ.
АДФ имеет три обмотки ротора расположенные под углом 120 градусов друг к другу. Поэтому есть возможность компенсировать искажения магнитного потока двигателя, вызванного искажением электрической энергии (несинусоидальность напряжения, асимметрия напряжения, колебания напряжения, отклонения напряжения), воздействуя на три фазы ротора. Это позволяет использовать типовой АДФ для компенсации нелинейных искажений напряжения электрической энергии.
Устанавливается на каждую фазу ротора КУ. КУ управляют магнитным потоком, выступая в качестве возбудителя машины; регулирование частоты тока в роторе приводит к изменению частоты вращения ротора. Схема подключения КУ к ротору АДФ представлена на рис. 1.
На рис. 2 представлена однолинейная схема СЭС и соответствующая ей схема замещения рис.3 Потребители генерируют гармонику тока на определенной частоте. Сопротивление связи нагрузки с подстанцией Хк. Подстанцию питает система через сопротивление системы Хс.
Также от данной подстанции питается АДФ, с сопротивлением Хад. Напряжение гармоники на шинах подстанции:
(1)
Гармоника тока в асинхронной машине:
(2)
В ротор АДФ включим КУ с автоматической системой регулирования, генерирующей на шинах подстанции напряжение высших гармоник в противофазе существующим:
(3)
Рис.1 - Схема подключения КУ к АДФ
Рис.2-Схема СЭС
Рис.3-Схема замещения СЭС
Результирующие значения гармоники напряжения на шинах подстанции:
(4)
Результирующие значения гармоники тока в АДФ:
(5)
Применение КУ в роторе АДФ компенсирует искажения электрической энергии и разгружает машину от токов высших гармоник, как это видно из уравнения 5.
Данный двигатель по технологическому режиму работы должен быть постоянно включенным в сеть (гонники систем генератор-двигатель, турбодетандеры, насосы и вентиляторы).
На рисунке 4.2 представлена схема замещения асинхронной машины
Скольжение для основной гармоники:
где n - скорость вращения асинхронного двигателя.
Скольжение для высших гармоник:
знак «+» если высшие гармоники обратной последовательности, «-» если высшие гармоники прямой последовательности.
Рассмотрим пример в системе электроснабжения существует источник высшей гармоники тока . В роторе асинхронной машины поставим активный фильтр. Вычислим влияние высшей гармоники тока и влияние активного фильтра отдельно используя рисунок 4.3.