З. Ханзелка (Zbigniew Hanzelka), AGH-UST, Краков, Республика Польша
А. Бьень (Andrzej Bien) AGH-UST, Краков, Республика Польша
Введение
Гармониками являются токи или напряжения, имеющие частоту, кратную основной частоте переменного тока. Интергармониками 1 являются токи или напряжения, не являющиеся кратными основной частоте переменного тока. Полного понимания природы электромагнитных возмущений, ассоциирующихся с интергармониками, еще нет, и в настоящее время к этому явлению возник повышенный интерес. Интергармоники всегда присутствуют в системе электроснабжения, но в последнее время с резким увеличением силовых электронных систем их практическое влияние стало более ощутимым.
Термины
При анализе формы синусоиды переменного тока гармоники и интергармоники определяются как компоненты спектра в квазиустойчивом состоянии в неком диапазоне частот. В таблице представлены их математические определения.
Таблица Спектральные составляющие волны (частоты f)
Гармоника
f = nf1, где n является числом кратности больше нуля
Компонент постоянного тока
f = nf1 для n = 0
Интергармоника
f ≠ nf1, где n является числом кратности больше нуля
Субгармоника
f > 0 Гц и f 2 дает следующее определение интергармоники:
Между гармониками основной (силовой) частоты и тока могут наблюдаться иные частотные составляющие, которые не кратны основной частоте. Они могут проявляться как обособленные частотные составляющие, так и совмещенные 3 .
Для лучшего понимания необходимо рассмотреть следующие понятия.
Интергармоническая частота
Любая частота, не кратная основной частоте. По аналогии с порядком кратности гармоник порядок интергармонической частоты основан на отношении к основной частоте. Если это отношение меньше единицы, то такую гармоническую частоту называют субгармонической. В соответствии с рекомендацией МЭК порядок интергармонических частот обозначается буквой «m» (МЭК 61000-2-2) 4 .
Интергармоническое напряжение (аналогично и для тока)
Синусоидальное напряжение, имеющее промежуточную частоту между двумя гармониками, т. е. частоту, не кратную основной частоте.
Источники
Два механизма приводят к появлению интергармоник. Первый заключается в возникновении составляющих в частоте питающего напряжения и его гармониках в результате изменения их амплитуд и/или углов фаз. Это вызывается быстрым изменением значений тока в электроустановках и оборудовании, которые могут быть причиной перепада напряжения. Возмущения вызываются нагрузками в переходных режимах постоянно или временно или во многих случаях при возникновении модуляции токов и напряжений. Эти возмущения носят случайный характер и зависят от оборудования и действующих процессов.
Вторым механизмом является асинхронное переключение (т. е. несинхронизированное с частотой питания) полупроводниковых устройств статических преобразователей. Типичным примером являются преобразователи частоты и устройства с широтно-импульсной модуляцией. Производимые ими интергармоники можно обнаружить практически в любой части спектра питания.
В некоторых изделиях имеют место оба механизма появления интергармоник.
Интергармоники могут появляться при любых значениях напряжения и перетекать из одних систем в другие. Так, интергармоники, образовавшиеся в сетях высокого и среднего напряжения, переходят в сети низкого напряжения и наоборот. Амплитуда интергармоник редко превышает 0,5 % значения амплитуды основной частоты, но в условиях резонанса могут возникнуть и большие значения.
Основные источники возмущений включают:
— электроприводы с переменной нагрузкой;
— статические преобразователи, в частности преобразователи частот с прямым и косвенным управлением;
— устройства управления фазами.
Интергармоники могут также вызываться колебательными явлениями, возникающими, например, в системах с сериями или параллельно установленными конденсаторами или специфическими режимами работы силовых трансформаторов.
В системе питания всегда присутствует фоновый гауссов шум во всем спектре частот. Типичные возмущения составляют (МЭК 1000-2-1):
— 40–50 мВ (около 0,02 % Un) при измерении в полосе частот 10 Гц;
— 20–25 мВ (около 0,01 % Un) при измерении в полосе частот 3 Гц,
где Un соответствует номинальному напряжению (230 В).
Дуговые нагрузки
Эта группа включает дуговые печи и сварочные аппараты. Дуговые печи обычно не производят значительные интергармоники, кроме тех случаев, когда в результате резонанса происходит их усиление. Переходные процессы – источник интергармоник – практически всегда возникают в начале режима плавления (рис. 1).
Сварочные аппараты производят непрерывные по спектру частот составляющие, для каждого режима свои. Длительность каждого процесса варьируется от одной до нескольких секунд в зависимости от типа сварочного аппарата.
Мерцание в типичном процессе работы дуговой печи, измеренное на вторичном контуре трансформатора
Электродвигатели
Индуктивные электродвигатели могут быть источником интергармоник из-за щелей между металлом в роторе и статоре, особенно при насыщении магнитного контура (так называемые щелевые гармоники). При постоянной скорости вращения частоты возмущающих компонентов обычно находятся в пределах 500–2 000 Гц, но в период пуска и разгона двигателя их значения могут быть шире. Естественные эле-менты асимметрии конструкции электропривода (отклонения от детальных чертежных геометрических размеров, несоосность, например) могут также являться причиной возникновения интергармоник (рис. 2).
Результаты спектроизмерения фаз тока и напряжения электродвигателя на его разъемах;
b), d) – спектр с исключенной основной частотой
Статические преобразователи частоты
Преобразователи с прямым управлением
Преобразователи с прямым управлением имеют контур обратной связи постоянного тока с входным преобразователем на стороне питания и выходной преобразователь (обычно функционирующий как инвертер) на стороне нагрузки. И в конфигурации преобразования напряжения, и тока контур постоянного тока имеет фильтр, который разъединяет ток или напряжения по питанию от выходного. Но поскольку идеальных фильтров просто не существует, все равно некая связь остается. В результате, компоненты тока, связанные с нагрузкой, присутствуют и в связующей цепи постоянного тока и, соответственно, передаются на сторону питания. Эти компоненты по отношению в основной частоте являются субгармониками и интергармониками.
Инверторы с управлением по току нагрузки
Из-за техники переключения, свойственной полупроводниковым приборам, их еще называют преобразователями частоты с косвенным управлением (line commutated indirect frequency converters). Частотный преобразователь состоит из двух трехфазных мостов P1 и P2 и контура обратной связи постоянного тока со стабилизатором (c индуктивностью Ld, рис. 3). Один из мостов работает в режиме выпрямителя, а другой – в режиме инвертера, хотя их функции могут взаимозаменяться.
Преобразователь частоты с инветрером, управляемым по току нагрузки
Присутствие двух мостов-выпрямителей обеспечило наличие в контуре обратной связи различных частот от двух систем – f1 и f2. Каждый из преобразователей передаст в этот контур неспецифические составляющие, которые появятся в виде нетипичных гармоник в цепях переменного тока, как на стороне питания, так и нагрузки.
Составляющие в контуре постоянного тока:
где p1, p2 – номер импульса от преобразователей P1 и P2 соответственно;
f1 – основная частота системы 1 (питание), Гц;
f2 – основная частота системы 2 (нагрузка), Гц.
Преобразователь P1 вызовет специфические гармоники тока в цепи питания на следующих частотах:
В дополнение к этому возникнут составляющие от составляющих, появившихся в контуре P2.
Полный набор частотных составляющих на стороне питания можно выразить следующим образом:
частотные составляющие тока в цепи питания (система 1) = (kp1 ± 1)f1 ± p2nf2,
Представив, что n = 0 для k = 0, 1, 2. мы получим порядки специфических гармоник для приведенной конфигурации преобразователя P1. Составляющие, определенные для k = const и n = 0, являются ближайшими боковыми частот инвертера. Таким образом, каждая специфическая гармоника, например, для шестиимпульсного моста порядка n1 = 1, 5, 7… имеет собственные боковые неспецифические составляющие, как наглядно видно на рис. 4 для пятой гармоники.
Первая пара интергармоник, возникающих вблизи основной частоты, например, с частотами f1 ± p2f2, имеет наибольшую амплитуду. Индуктивность стабилизатора в контуре постоянного тока имеет значительное влияние на уровень интергармоник. Примером конфигурации электропривода с инвертором тока может служить асинхронный привод с субсинхронным выпрямительным каскадом (с восстановлением соскальзывания скорости).
Преобразователи с управлением по напряжению
Для преобразователей частоты с управлением по напряжению (рис. 5) также доминируют характерные гармоники преобразователя P1. Боковые частоты, определяемые числом импульсов преобразователя P2, возникают вокруг этих характерных частот P1, а именно: (kp1 ± 1) f1 ± np2f2 для k = 0, 1, 2, 3… n = 0, 1, 2… В большинстве случаев нехарактерные составляющие представляют очень малую долю тока питания. Численное определение гармоник по току питания и значений интергармоник требует точного анализа характеристик каждого конкретного преобразователя вместе с характеристиками нагрузки или хотя бы заявляемые в этой связи сведения производителя.
Некоторые преобразователи включают активный выпрямитель сетевого тока с частотой переключения, не являющейся кратной частоте питания. Эта частота может быть постоянной или меняться в зависимости от конкретной модели устройства.
Преобразователи, меняющие сетевое напряжение в напряжение с регулируемой амплитудой и частотой, построенные по схеме с выпрямителем с ШИМ-модуляцией, излучают составляющие тока на управляющей частоте микропроцессора, равно как и соответствующие гармоники, не синхронизированные с частотой сети. Их диапазон обычно лежит в пределах от нескольких сотен герц до десятков килогерц.
Боковые частоты, прилегающие к специфической пятой гармонике шестиимпульсного преобразователя P1 и P2
Схема частотного преобразователя с управлением по напряжению
Продолжение в следующем номере
Перепечатано с сокращениями из издания Европейского института меди «Прикладные аспекты качества электроэнергии»
Перевод с английского Е. В. Мельниковой
Редактор перевода В. С. Ионов
Комментарий к российскому изданию
НП «Национальный центр меди» (НП «НЦМ») приняло в 2005 году от Европейского института меди эстафету по изучению и информированию общества о свойствах меди, ее сплавов и продукции из нее. В настоящее время Европейский институт меди является членом НП «НЦМ» вместе с рядом других производителей меди или изделий из нее: компаниями Каймер Европа ГмбХ, Оутокумпу, КМ Европа АГ (КМЕ), Ревдинским заводом по обработке цветных металлов и Уральской горнометаллургической компанией. Одним из направлений деятельности НП «НЦМ» является программа «Электротехника». В рамках указанной программы НП «НЦМ» продолжает начатую в 2001 году Европейским институтом меди публикацию серии разделов из курса «Прикладные аспекты качества электроэнергии» (Power Quality Application Guide). Указанная публикация составляет ядро широкомасштабной программы по переподготовке и самостоятельному обучению практикующих специалистов в области проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации электроустановок, призванная помочь им привести в соответствие реалиям сегодняшнего дня знания относительно новых явлений в электроустановках, влияющих на качество электроэнергии. Одной из причин, способствовавших созданию данной программы и оказанию ей поддержки Европейской Комиссией (учебные программы «Леонардо да Винчи»), было отсутствие систематизированного представления о всех аспектах качества электроэнергии, факторы которого кроются в различных областях электротехники и электроники.
В настоящее время число партнеров программы в Европе превышает 92. Сайт программы www.lpqi.org. Российские организации также имеют возможность стать партнерами программы.
1 В РФ используют термины «интергармоника» и «промежуточная гармоника». Примеч. ред. пер.
3 В проекте общего технического регламента «Об электромагнитной совместимости» предлагается следующее определение: «Интергармоника (составляющая промежуточная гармоническая) – составляющая тока или напряжения с частотой, не кратной основной частоте». Примеч. ред. пер.
4 IEC 61000-2-2. МЭК 61000-2-2. «Электромагнитная совместимость» (ЭМС). Ч. 2.2. «Электромагнитная обстановка. Уровни электромагнитной совместимости для низкочастотных кондуктивных помех и сигналов, передаваемых в распределительных системах электроснабжения общего назначения».
Источник
Интергармоники
«. Интергармоники — составляющие спектра Фурье, расположенные между гармониками промышленной частоты (50 Гц). «
» ГОСТ Р 51179-98 (МЭК 870-2-1-95). Устройства и системы телемеханики. Часть 2. Условия эксплуатации. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная совместимость»
(принят и введен в действие Постановлением Госстандарта РФ от 26.06.1998 N 263)
Официальная терминология . Академик.ру . 2012 .
Смотреть что такое «Интергармоники» в других словарях:
частота интергармоники — Частота, которая не является целым кратным основной частоте. Примечания. 1. Аналогично понятию «порядок гармоники» под » порядком интергармоники» понимают отношение частоты интергармоники к основной частоте. Это отношение не… … Справочник технического переводчика
частота интергармоники — 3.14 частота интергармоники (interharmonic frequency): Частота, которая не является целым кратным основной частоте. Примечания 1 Аналогично понятию «порядок гармоники» под «порядком интергармоники» понимают отношение частоты интергармоники к… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
РД 50-713-92: Методические указания. Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Виды низкочастотных кондуктивных помех и сигналов, передаваемых по силовым линиям, в системах электроснабжения общего назначения — Терминология РД 50 713 92: Методические указания. Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Виды низкочастотных кондуктивных помех и сигналов, передаваемых по силовым линиям, в системах электроснабжения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Источники интергармоник — 3.2. Источники интергармоник 3.2.1. Источники интергармоник могут находиться в электрических сетях низкого, среднего или высокого напряжений. Интергармоники, генерируемые источниками низкого напряжения, в основномвоздействуют на устройства… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 51317.4.30-2008: Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии — Терминология ГОСТ Р 51317.4.30 2008: Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии оригинал документа: верификация (verification): Подтверждение посредством… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
интергармоника — Интергармониками называют токи (напряжения) частота которых не кратна частоте основной гармоники. EN interharmonic component sinusoidal component of a periodic quantity having a an interharmonic frequency NOTE 1 For brevity, such a component may… … Справочник технического переводчика
частота — 3.2 частота: Вероятность появления последствия (возникновения опасного события). Источник: ГОСТ Р ИСО/ТС 14798 2003: Лифты, эскалаторы и пассажирские конвейеры. Методология анализа риска 06.01.15 частота [ frequency]: Число циклов периодического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
воздействие — 2.9 воздействие (impact): Результат нежелательного инцидента информационной безопасности. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
интергармоническая составляющая — Составляющая на частоте интергармоники. Значение интергармонической составляющей обычно выражается среднеквадратическим значением. Для краткости вместо термина «интергармоническая составляющая» допускается применение термина… … Справочник технического переводчика
Воздействие интергармоник — 3.3. Воздействие интергармоник Воздействие интергармоник может приводить к нарушениям работы устройств, принимающих сигналы, передаваемые по силовым линиям. Это воздействие наблюдалось в случаях с асинхронными двигателями и дуговыми печами, хотя… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
