Применение пассивных силовых резонансных фильтров

Снижение уровней высших гармоник в электрических сетях является частью общей задачи улучшения качества электроэнергии и компенсации реактивной мощности в электрической сети предприятий. Для этих целей используют фильтрокомпенсирующие устройства (пассивные силовые резонансные фильтры), которые снижают уровень высших гармоник, компенсируют реактивную мощность и при определённых условий симметрируют систему линейных напряжений в трёхфазной электрической сети. Силовые резонансные фильтры (СРФ) шунтируют (поглощают) токи высших гармоник.

Используют резонансные фильтры, настроенные точно на частоты гармоник, преобладающих в амплитудном спектре тока нелинейной нагрузки. Это обеспечивает минимальный уровень высших гармоник в сети. Такие фильтры относятся к классу настроенных фильтров. Применение фильтров для снижения уровня гармоник считается более экономичным решением, чем увеличение числа фаз преобразователя.

1.Схемы фильтров:

· Фильтры с фиксированной настройкой (настроенные фильтры).

К ним относятся силовые резонансные фильтры, настроенные на одну фиксированную частоту. СРФ характеризуются добротностью фильтра q = X_О/R, где Х_О – реактивное сопротивление конденсаторной батареи и реактора. Добротность фильтра определяет точность его настройки. Фильтр с высоким уровнем добротности от 30 – 60 настраивается строго на одну из низких частот. Фильтр с низким уровнем добротности не более 5 имеет малое сопротивление в широком диапазоне частот. Фильтры для подавления гармоник высокого порядка (свыше 17) называют фильтрами верхних частот. Критерием расчёта фильтров является уровень напряжения высших гармоник. Схема фильтра приведена на рис. 1а.

· Фильтры двойной настройки

Эквивалентные сопротивления двух одночастотных фильтров могут быть преобразованы в схему одного фильтра, настроенных на две частоты (рис. 1б). Этот фильтр имеет меньшие потери энергии на основной частоте.

· Широкополосные фильтры

Широкополосные фильтры имеют следующие достоинства:

1.Меньшая чувствительность к изменению температуры, отклонениям частоты, промышленным допускам при изготовлении элементов, потерям в емкостных элементах;

2.Малое сопротивление широкому спектру гармоник, отсутствие необходимости разбивки фильтра;

Недостатки:

1.Для получения одинакового уровня фильтрации широкополосные фильтры должны быть рассчитаны на более высокую мощность;

2.Потери в сопротивлении и в реакторе выше.

3.Типы широкополосных фильтров приведены на рис.2: первого порядка (а); второго порядка (б); третьего порядка (в); С- типа.

Фильтр первого порядка применяется редко, так как для него требуется конденсатор большой мощности и потери на основной частоте значительны. Для 12 – пульсных преобразователей используют схема фильтра рис. 3. Силовые резонансные фильтры входят в состав быстродействующих статических компенсаторов, предназначенных для компенсации реактивной мощности, снижения колебаний напряжения и уровня высших гармоник (рис. 4.)

 

а б

С С₁

 

L L₁

 

R

R₁

C₂

L₂

R₂

R₂

 

 

Рис.1. Настроенные фильтры: а – настроенный на одну фиксированную частоту; б - настроенный на две фиксированные частоты.

 

а б в г

 

С₁ С₁ С₁

С₁ C₂ C₂

R L R L R L R

 

Рис. 2. Широкополосные высокочастотные фильтры: а – первого порядка, б – второго порядка, в – третьего порядка, г – С- типа.

 

5 7 11 13 17 - ∞

 

 

Рис. 3 Фильтр переменного тока для 12 – пульсного выпрямителя большой мощности: настроенные фильтры для гармоник малых порядков (5,7,11, 13 – го) и высокочастотного гасящего фильтра для гармоник 17-го и более высоких порядков.

 

3 5 7 11

 

 

Рис. 4. Силовой резонансный фильтр быстродействующего статического компенсатора: настроенные фильтры для гармоник 3, 5, 7, 11 – го порядков.