Фильтры для подавления гармоник выпрямленного напряжения

Таблица 6.1

Коэффициенты волнистости для шести и двенадцати пульсовых

трёхфазных выпрямителей

Схема выпрямителя	6-ти пульсовая	12-ти пульсовая
Номер гармоники n
Частота гармоники f, Гц
Коэффициент волнистости	0,0404	0,0099	0,0044	0,0099	0,00025	0,00011
Коэффициент полной волнистости	0,042	0,0143

Как следует из выражения (6.1), наибольшую амплитуду имеет первая гармоника выпрямленного напряжения.

Кроме отдельных коэффициентов волнистости для каждой гармоники применяется коэффициент полной волнистости, учитывающий все гармоники:

, (6.4)

где U _doэ – эффективное значение выпрямленного напряжения (см. пункт 3.2).

Очевидно, что коэффициент полной волнистости больше, чем коэффициент волнистости первой гармоники .

С ростом тока нагрузки, когда угол коммутации вентильных токов g > 0, и в управляемых выпрямителях при a > 0, коэффициенты волнистости возрастают.

Указанные значения коэффициентов волнистости вычислены при условии, что фазные напряжения питающей сети симметричны. Если же из-за больших однофазных нагрузок симметрия напряжений питающей сети нарушается, то в 6-ти пульсовых выпрямителях кроме гармоник с частотами 300, 600 и 900 Гц появляется гармоника с частотой 100 Гц. Из-за взаимодействия с основными гармониками появляются комбинационные гармоники:

1. 300 – 100 = 200 Гц – разностная частота первой гармоники и гармоники 100 Гц;

2. 300 + 100 = 400 Гц – суммарная частота первой гармоники и гармоники 100 Гц;

3. 600 – 100 = 500 Гц – разностная частота второй гармоники и гармоники 100 Гц.

Напряжения комбинационных гармоник более высоких порядков обычно невелики, и ими пренебрегают.

Для подавления гармоник на выходе выпрямителя устанавливается сглаживающий фильтр, состоящий из сглаживающего реактора РБФАУ и нескольких резонансных контуров, настроенных на частоты гармоник (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Сглаживающий фильтр для шести пульсового выпрямителя

Сглаживающий реактор L _d индуктивностью 4,5 мГн для переменных составляющих выпрямленного напряжения представляет собой индуктивное сопротивление Х _d = 2,82 Ом (для частоты 100 Гц), а для постоянной составляющей - активное сопротивление R _d = 0,008 Ом. На реакторе происходит основное сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения, а дополнительное подавление напряжений гармоник осуществляется резонансными контурами.

В двенадцати пульсовом выпрямителе амплитуда гармоник выпрямленного напряжения меньше, поэтому схему сглаживающего фильтра можно упростить (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Упрощённый сглаживающий фильтр для двенадцати пульсового выпрямителя

Принцип действия сглаживающих фильтров основан на резонансе напряжений в цепи при последовательном соединении L и С. Резонанс напряжений наступает при равенстве реактивных сопротивлений Х _L и Х _С. Значения индуктивности и ёмкости в каждом резонансном контуре выбирается таким, чтобы на требуемой частоте . В этом случае полное реактивное сопротивление станет равно нулю: . Резонансная частота контура составит . При этом полное сопротивление цепи будет наименьшим, и будет определяться в основном активным сопротивлением провода катушки. То есть резонансный контур с последовательным включением катушки и конденсатора будет представлять собой как бы «короткое замыкание» для переменного тока на частоте резонанса. Мощность гармоники, которую необходимо подавить, будет выделяться в виде тепла на катушке контура.

Конденсаторы С7 (рис. 6.1) и С2 (рис.6.2) служат для подавления гармоник с частотами более 600 Гц. Эти конденсаторы вместе со сглаживающим реактором L _d образуют апериодический фильтр низких частот.

Пульсации выпрямленного напряжения могут привести к возникновению перегрузки выпрямительных агрегатов, если возникнет ситуация параллельной работы агрегатов с разным числом пульсов выпрямленного напряжения на одной тяговой подстанции.