विद्युत नेटवर्क में हार्मोनिक्स के स्रोत

चूंकि गैर-रैखिक तत्व आधुनिक विद्युत में विशेष रूप से औद्योगिक नेटवर्क में मौजूद होते हैं, नतीजतन, वर्तमान घटता और वोल्टेज वक्र विकृत होते हैं, उच्च हार्मोनिक्स नेटवर्क में दिखाई देते हैं।

सबसे पहले, गैर-साइनसोइडैलिटी स्थैतिक कन्वर्टर्स की उपस्थिति के कारण होती है, फिर - सिंक्रोनस जनरेटर, वेल्डिंग मशीन, फ्लोरोसेंट लैंप, आर्क फर्नेस, ट्रांसफार्मर, मोटर्स और अन्य गैर-रैखिक भार।

गणितीय रूप से, वर्तमान और वोल्टेज वक्रों की गैर-साइनसोइडैलिटी को मुख्य आवृत्ति के मुख्य हार्मोनिक और इसके उच्च हार्मोनिक्स के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है जो इसके गुणक हैं। एक त्रिकोणमितीय फूरियर श्रृंखला में हार्मोनिक विश्लेषण का परिणाम है, और परिणामी हार्मोनिक्स के आवृत्तियों और चरणों के मूल्यों को सूत्र का उपयोग करके आसानी से गणना की जा सकती है:

वास्तव में, तीन-चरण नेटवर्क में गैर-साइनसॉइडल वोल्टेज और धाराओं का परिणामी संयोजन असममित या सममित हो सकता है।तीन हार्मोनिक्स (के = 3एन) के गुणकों के लिए गैर-साइनसोइडल वोल्टेज की एक सममित प्रणाली शून्य-अनुक्रम वोल्टेज की प्रणाली के गठन की ओर ले जाती है।

इसके अलावा, k = 3n + 1 पर, तीन-चरण नेटवर्क में हार्मोनिक नकारात्मक अनुक्रम वोल्टेज की एक सममित प्रणाली उत्पन्न करता है। तो गैर-साइनसॉइडल वोल्टेज की एक सममित प्रणाली के प्रत्येक के-हार्मोनिक के परिणामस्वरूप प्रत्यक्ष, रिवर्स या शून्य अनुक्रम के चरण वोल्टेज की एक सममित प्रणाली होती है।

व्यवहार में, हालांकि, चरण गैर-साइनसॉइडल वोल्टेज की प्रणाली असममित हो जाती है। इसलिए, तीन चरण ट्रांसफार्मर के चुंबकीय कोर स्वयं, वे गैर-रैखिक और असममित हैं, क्योंकि मध्य और अंतिम चरणों के लिए चुंबकीय पथ की लंबाई 1.9 के कारक से भिन्न होती है। नतीजतन, मध्य चरण के चुंबकीयकरण धाराओं के प्रभावी मूल्य अंतिम चरणों के लिए चुंबकीयकरण धाराओं के मूल्यों की तुलना में 1.3 - 1.55 गुना छोटे होते हैं।

असममित हार्मोनिक्स को सममित घटकों में विघटित किया जाता है जब प्रत्येक के-हार्मोनिक चरण वोल्टेज की एक असममित प्रणाली बनाता है और आम तौर पर तीन अनुक्रमों-शून्य, आगे और रिवर्स के घटक होते हैं।

पृथक तटस्थ के साथ तीन-चरण नेटवर्क प्रत्येक चरण में शून्य-अनुक्रम घटकों की अनुपस्थिति की विशेषता है, बशर्ते कि कोई पृथ्वी दोष न हो। नतीजतन, चरण धाराओं में तीन हार्मोनिक्स के गुणक नहीं होते हैं, लेकिन अन्य हार्मोनिक्स होते हैं जिनमें रिवर्स और सकारात्मक अनुक्रम घटक होते हैं।

पावर रेक्टिफायर, एक नियम के रूप में, डीसी की तरफ बड़े इंडक्शन होते हैं, जो डीसी मशीन वाइंडिंग और स्मूथिंग रिएक्टर हैं।ये अधिष्ठापन प्रत्यावर्ती धारा पक्ष के समतुल्य अधिष्ठापन से कई गुना अधिक हैं, इसलिए प्रत्यावर्ती धारा नेटवर्क के संबंध में ऐसे रेक्टिफायर उच्च हार्मोनिक धारा के स्रोतों के रूप में व्यवहार करते हैं। एक हार्मोनिक आवृत्ति वाले नेटवर्क को निर्देशित वर्तमान में एक मूल्य है जो आपूर्ति नेटवर्क के मापदंडों पर निर्भर नहीं करता है।

तीन-चरण विद्युत नेटवर्क के लिए, ऐसे कन्वर्टर्स के रूप में 6 वाल्वों के लिए तीन-चरण पूर्ण-तरंग रेक्टिफायर का उपयोग करना विशेषता है, जिससे उन्हें छह-पल्स या छह-चरण कहा जाता है। इस मामले में प्रत्येक चरण के लिए वर्तमान वक्र समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है (एक चरण ए के वर्तमान के लिए):

यह देखा जा सकता है कि चरण धाराओं में केवल विषम हार्मोनिक्स होते हैं जो तीन के गुणक नहीं होते हैं, और इन हार्मोनिक्स के संकेत वैकल्पिक होते हैं: 6k + 1 ऑर्डर के सकारात्मक हार्मोनिक्स और 6k-1 ऑर्डर के नकारात्मक हार्मोनिक्स।

यदि एक बारह-चरण दिष्टकारी का उपयोग किया जाता है, जब छह-चरण दिष्टकारी की एक जोड़ी को तीन-चरण ट्रांसफार्मर की एक जोड़ी से जोड़ा जाता है (द्वितीयक वोल्टेज को pi/6 द्वारा चरण-स्थानांतरित किया जाता है), तो 12k + 1 और 12k- के हार्मोनिक्स 1-आदेश क्रमशः दिखाई देंगे।

रेक्टीफायर्स का उपयोग करने से पहले, केवल ट्रांसफार्मर और विभिन्न विद्युत मशीनें विद्युत नेटवर्क में उच्च हार्मोनिक्स का मुख्य स्रोत थीं। लेकिन आज भी ट्रांसफार्मर विद्युत नेटवर्क के सबसे आम तत्व हैं।

कारण ट्रांसफॉर्मर उच्च हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं चुंबकीय सर्किट के गैर-रैखिक चुंबकीयकरण वक्र और निरंतर उपस्थिति है हिस्टैरिसीस लूप्स… एक गैर-रैखिक चुंबकीयकरण वक्र और हिस्टैरिसीस लूप मूल साइनसॉइडल नो-लोड चुंबकीयकरण वर्तमान के विकृतियों को उत्पन्न करता है और परिणाम वर्तमान में उच्च हार्मोनिक्स होता है जो ट्रांसफॉर्मर ग्रिड से खींचता है।

110 kV वर्ग के ट्रांसफार्मर में 1% से अधिक नो-लोड करंट नहीं होता है, और 6-10 kV वर्ग के ट्रांसफार्मर में - 2-3% से अधिक नहीं होता है। ये छोटी धाराएँ हैं और चुंबकीय परिपथ में इनका सक्रिय नुकसान नगण्य है। यह चुंबकत्व वक्र है जो मायने रखता है, हिस्टैरिसीस लूप नहीं।

चुंबकीयकरण वक्र सममित है और फूरियर श्रृंखला विस्तार में हार्मोनिक्स भी नहीं हैं। चुम्बकीय धारा की विकृति विषम हार्मोनिक्स के कारण होती है, जिनमें से तीन के गुणक होते हैं। तीसरा हार्मोनिक विशेष रूप से उच्चारित होता है, लेकिन पांचवां और सातवां हार्मोनिक्स भी सबसे महत्वपूर्ण है।

EMF हार्मोनिक्स और करंट हार्मोनिक्स भी मोटरों की विशेषता हैं, तुल्यकालिक और अतुल्यकालिक दोनों... ये हार्मोनिक्स उसी घटना के कारण होते हैं जो ट्रांसफॉर्मर द्वारा उत्पन्न वर्तमान हार्मोनिक्स- सामग्री के चुंबकीयकरण वक्र की गैर-रैखिकता जिससे स्टेटर और रोटर बनाये जाते हैं।

इलेक्ट्रिक मोटरों के वर्तमान हार्मोनिक्स की आवृत्ति स्पेक्ट्रम, जैसे ट्रांसफॉर्मर में विषम हार्मोनिक्स शामिल हैं, जिनमें से स्पष्ट रूप से तीन के गुणक हैं। यहां सबसे महत्वपूर्ण तीसरे, पांचवें और सातवें हार्मोनिक्स हैं।

जैसा कि ट्रांसफार्मर के मामले में, मोटे तौर पर गणना हमें तीसरे हार्मोनिक के लिए तीसरे, पांचवें और सातवें हार्मोनिक्स की धाराओं का प्रतिशत 40%, पांचवें हार्मोनिक के लिए 30% और सातवें हार्मोनिक के लिए 20% (का प्रतिशत) लेने की अनुमति देती है। निष्क्रिय धारा)।