Аналіз потоків енергії в системі електропостачання з тиристорним перетворювачем напруги

Анотація

Проведено числовий аналіз потоків енергії в трифазовій системі електропостачання з джерелом синусоїдної ЕРС, активним навантаженням та тиристорним перетворювачем, який спотворює синусоїдну форму кривої напруги і генерує вищі гармоніки. Проаналізовано вплив несинусоїдності напруги на тиристорі на потоки енергії та коефіцієнт потужності джерела. Тиристор розглядається як нелінійний елемент, що перетворює частину  електричної  енергії, яка поступає в мережу від джерела живлення у вигляді первинного потоку на основній частоті, і повертає її назад в мережу у вигляді вторинного потоку енергії систем нульової послідовності та вищих гармонік,  внаслідок чого знижується загальний коефіцієнт потужності та погіршується якість електроенергії. Проаналізовано вплив кількісного складу врахованих гармонік на точність розрахунку струмів і напруг. Встановлено залежність амплітуд вищих гармонік від кута керування тиристором. Найбільш вираженими в спектрі гармонік тиристора є постійна складова та друга гармоніки напруги. Показано, що у нелінійному колі з синусоїдним джерелом живлення у загальному випадку, навіть за відсутності в колі індуктивних і ємнісних електроприймачів, перша гармоніка струму джерела живлення  відстає за фазою від ЕРС джерела. Таким чином, тиристор можна розглядати як реактивний індуктивний елемент, який споживає реактивну потужність на частоті основної гармоніки струму, незалежно від кута його керування та наявності в системі інших реактивних елементів. Тому з метою підвищення коефіцієнта потужності необхідно компенсувати реактиву потужність зсуву тільки на частоті основної гармоніки струму, яку повинні фіксувати електронні лічильники. Для характеристики впливу вторинного потоку енергії на загальний коефіцієнт потужності запропоновано використовувати відносне значення струму першої гармоніки джерела живлення. У чотирипровідній мережі наявність тиристорного перетворювача призводить до значного збільшення струму в нульовому проводі, навіть за симетричного навантаження фаз, через протікання струмів нульової послідовності гармонік, кратних трьом, що потрібно враховувати при виборі його перерізу та розрахунку втрат потужності. Запропоновані практичні заходи щодо обмеження рівня вищих гармонік і підвищення якості електроенергії.