مصادر التوافقيات في الشبكات الكهربائية
نظرًا لوجود العناصر غير الخطية دائمًا في الأجهزة الكهربائية الحديثة ، خاصة في الشبكات الصناعية ، ونتيجة لذلك ، يتم تشويه منحنيات التيار ومنحنيات الجهد ، تظهر التوافقيات الأعلى في الشبكات.
بادئ ذي بدء ، يرجع عدم الجيوب الأنفية إلى وجود محولات ثابتة ، ثم - المولدات المتزامنة وآلات اللحام ومصابيح الفلورسنت وأفران القوس والمحولات والمحركات والأحمال غير الخطية الأخرى.
رياضياً ، يمكن تمثيل اللاجيبية لمنحنيات التيار والجهد كمجموع التوافقي الرئيسي لتردد التيار الرئيسي وتوافقياته الأعلى التي تعد مضاعفاته. ينتج عن التحليل التوافقي سلسلة فورييه المثلثية ، ويمكن بسهولة حساب قيم الترددات ومراحل التوافقيات الناتجة باستخدام الصيغة:
في الواقع ، يمكن أن يكون الجمع الناتج من الفولتية والتيارات غير الجيبية في شبكة ثلاثية الطور غير متماثل أو متماثل.يؤدي النظام المتماثل من الفولتية غير الجيبية لمضاعفات التوافقيات الثلاثة (k = 3n) إلى تكوين نظام من الفولتية الصفرية التسلسل.
علاوة على ذلك ، عند k = 3n + 1 ، يولد التوافقي في الشبكة ثلاثية الطور نظامًا متماثلًا لجهد التسلسل السلبي. لذا فإن كل k-التوافقي لنظام متماثل من الفولتية غير الجيبية ينتج عنه نظام متماثل لجهود الطور من التسلسل المباشر أو العكسي أو الصفري.
في الممارسة العملية ، تبين أن نظام الفولتية غير الجيبية الطور غير متماثل. لذا، النوى المغناطيسية للمحولات ثلاثية الطور هم أنفسهم غير خطيين وغير متناظرين ، لأن أطوال المسارات المغناطيسية للمرحلتين الوسطى والنهائية تختلف بعامل 1.9. نتيجة لذلك ، فإن القيم الفعالة للتيارات الممغنطة في المرحلة المتوسطة هي 1.3 - 1.55 مرة أصغر من قيم التيارات الممغنطة للمراحل النهائية.
تتحلل التوافقيات غير المتماثلة إلى مكونات متناظرة عندما تشكل كل توافقية k نظامًا غير متماثل لجهود الطور وتحتوي عادةً على مكونات من ثلاثة متواليات - صفر ، للأمام ، والعكس.
تتميز الشبكات ثلاثية الطور ذات المحايد المعزول بغياب مكونات التسلسل الصفري في كل مرحلة ، بشرط عدم وجود أخطاء أرضية. نتيجة لذلك ، لا توجد مضاعفات لثلاثة توافقيات في تيارات الطور ، ولكن هناك توافقيات أخرى تحتوي على مكونات تسلسل عكسي وإيجابي.
تحتوي مقومات القدرة ، كقاعدة عامة ، على جانب التيار المستمر على محاثات كبيرة ، وهي لفات آلة التيار المستمر ومفاعلات التنعيم.هذه المحاثات أعلى بعدة مرات من المحاثة المكافئة للجانب الحالي المتناوب ، وبالتالي فإن هذه المعدلات فيما يتعلق بشبكة التيار المتناوب تتصرف كمصادر للتيار التوافقي العالي. التيار الموجه إلى الشبكة بتردد متناسق له قيمة لا تعتمد على معلمات شبكة الإمداد.
بالنسبة للشبكات الكهربائية ثلاثية الطور ، من المميزات استخدام مقومات كاملة الموجة ثلاثية الطور لـ 6 صمامات مثل هذه المحولات ، والتي يطلق عليها منها ستة نبضات أو ستة أطوار. يمكن وصف المنحنى الحالي لكل مرحلة من المراحل في هذه الحالة بالمعادلة (لتيار المرحلة الأولى أ):
يمكن ملاحظة أن تيارات الطور تحتوي فقط على توافقيات فردية ليست مضاعفات الثلاثة ، وتتناوب علامات هذه التوافقيات: التوافقيات الموجبة للترتيب 6k + 1st والتوافقيات السلبية للترتيب 6k-1st.
إذا تم استخدام مقوم من اثني عشر مرحلة ، عندما يتم توصيل زوج من المقومات ذات الست مراحل بزوج من المحولات ثلاثية الطور (الفولتية الثانوية يتم إزاحتها طورًا بواسطة pi / 6) ، ثم التوافقيات 12k + 1 و 12 k- 1-ستظهر الطلبات ، على التوالي.
قبل استخدام المعدلات ، كانت المحولات والآلات الكهربائية المختلفة هي المصدر الرئيسي للتوافقيات الأعلى في الشبكات الكهربائية. ولكن حتى اليوم ، تعد المحولات العناصر الأكثر شيوعًا في الشبكات الكهربائية.
السبب في أن المحولات تولد توافقيات أعلى هو منحنى التمغنط غير الخطي للدوائر المغناطيسية والوجود المستمر لـ حلقات التخلفية... يولد منحنى مغنطة غير خطي وحلقة تخلفية تشوهات للتيار المغنطيسي الأصلي بدون حمل والنتيجة هي توافقيات أعلى في التيار يسحبها المحول من الشبكة.
لا تحتوي المحولات من فئة 110 كيلو فولت على أكثر من 1 ٪ من تيار عدم التحميل ، والمحولات من فئة 6-10 كيلو فولت - لا تزيد عن 2-3 ٪. هذه تيارات صغيرة وخسائرها النشطة في الدائرة المغناطيسية لا تكاد تذكر. منحنى المغنطة هو المهم ، وليس حلقة التباطؤ.
منحنى المغنطة متماثل ولا توجد حتى التوافقيات في تمدد سلسلة فورييه. يحدث تشوه التيار الممغنط بسبب التوافقيات الفردية ، من بينها مضاعفات الثلاثة. التوافقي الثالث واضح بشكل خاص ، لكن التوافقيات الخامسة والسابعة هي أيضًا الأكثر أهمية.
التوافقيات EMF والتوافقيات الحالية هي أيضًا سمة من سمات المحركات ، متزامن وغير متزامن... هذه التوافقيات ناتجة عن نفس الظواهر مثل التوافقيات الحالية الناتجة عن المحولات - اللاخطية لمنحنى مغنطة المواد التي يتكون منها الجزء الثابت والدوار.
يشتمل طيف تردد التوافقيات الحالية للمحركات الكهربائية ، مثل المحولات ، على التوافقيات الفردية ، من الواضح أنها مضاعفات ثلاثة. الأهم هنا هو التوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة.
كما في حالة المحولات ، تسمح لنا الحسابات التقريبية بأخذ النسبة المئوية للتيارات التوافقية الثالثة والخامسة والسابعة بنسبة 40٪ للتوافقي الثالث ، و 30٪ للتوافقي الخامس و 20٪ للتوافقي السابع (النسبة المئوية من التوافقيات التوافقية الثالثة). تيار الخمول).