Как избавиться от гармоник задающего генератора

Тема: Гармоники

Опции темы

Поиск по теме

Гармоники

Как известно передатчики излучают кроме основной частоты еще и часть мощности на гармониках. Их гасят ФНЧ на выходе передатчика. Если мой передатчик работает на частоте 7 Мгц, то его вторая гармоника будет — 14, третья соответственно – 21 Мгц.

Вопрос: гармоники при передаче появляются только в сторону увеличения частоты, или и в сторону уменьшения тоже? Всмысле бывает ли “минус вторая“ гармоника — 3,5 Мгц, “минус третья“ – 2,33 Мгц?

Последний раз редактировалось bifido; 19.07.2010 в 16:05 .

bifido, бывают и в сторону уменьшения,и зовутся они субгармониками

Интересно, какова их природа с точки зрения физики. На практике не встречался.

Да, большой объём информации, как-нибудь на досуге. За практической ненадобностью не стоял вопрос, но для кругозора не помешает. Спасибо за ссылки.

Если гармоники — продукт любых нелинейных искажений сигнала (ограничения, отсечки и т. п.), то субгармоники возникают, как правило, в результате умножения частоты сигнала в процессе его формирования. Когда-то «в моде» были телеграфные и АМ передатчики, в которых задающий генератор работал на 3,5 МГц, а другие диапазоны (7, 14, 21, 28) получались умножением его частоты Естественно, при работе на любом из этих диапазонов в спектре выходного сигнала присутствовали все составляющие, кратные 3,5 МГц. Субгармоники (и не только) могут образовываться и в синтезаторах частоты, в том числе на DDS.

Радиоизлучение на гармонике – побочное излучение на частотах, в целое число раз больше частот основного радиоизлучения.

Радиоизлучение на субгармонике – побочное излучение на частотах, целое число раз меньше частот основного излучения.

А, есть еще: комбинированное, интермодуляционное, и паразитное излучения.

Прочитайте внимательно вопрос топик-стартера. Речь о СУБГАРМОНИКАХ, а не о верхних гармониках.

Радиоизлучение на гармонике – побочное излучение на частотах, в целое число раз больше частот основного радиоизлучения.

Радиоизлучение на субгармонике – побочное излучение на частотах, целое число раз меньше частот основного излучения.

А, есть еще: комбинированное, интермодуляционное, и паразитное излучения.

Да это мы знаем. Не надо упрощать. Ещё раз: стоял вопрос о СУБГАРМОНИКАХ, а не о продуктах всевозможных преобразований. О делении частоты тоже не надо.

Последний раз редактировалось RU9CA; 20.07.2010 в 14:13 . Причина: Мультипостинг. Объединил сообщения.

так сказать из практики-если собрать кварцевый генератор-обычную трехточку только с контуром в колекторе(стоке),вме сто контурной емкости включить кпе,а на выход частотометр-можно вживую наблюдать процесс»зарождения» гармоник и субгармоник.умешая емкость кпе увидим как кварц возбудится на второй третьей и так далее гармонике.увеличивая емкость можно «поймать»вторую третью и т д субгармоники(не со всяким кварцем такое проходит).балуясь с таким генератором возбудил кварц на 215кгц на частоте за 20мгц(сотая гармоника )с приличным уровнем.кварцы на 6 мгц от приемника Р-250(карболитовые) хорошо генерили на частоте 2мгц

Источник

Способы подавления гармоник тока в системах электропитания

Настоящая публикация является продолжением темы, поднятой в предыдущей статье [ 1 ].

Гармоники тока, создаваемые нелинейными нагрузками, могут представлять собой серьезные проблемы для систем электропитания. Гармонические составляющие представляют собой токи с частотами, кратными основной частоте источника питания. Высшие гармоники тока, накладываемые на основную гармонику, приводят к искажению формы тока. В свою очередь искажения тока влияют на форму напряжения в системе электропитания, вызывая недопустимые воздействия на нагрузки системы.

Наиболее распространенным оборудованием, генерирующим высшие гармоники тока в сеть, являются:

статические преобразователи (выпрямители, системы бесперебойного питания, тиристорные регуляторы, импульсные источники питания и т.д.);

газоразрядные осветительные устройства и электронные балласты;

электродуговые печи постоянного и переменного тока;

устройства с насыщающимися электромагнитными элементами;

электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью вращения;

специальные медицинские приборы и т.д.

Указанные устройства являются генераторами высших гармоник тока в системе электропитания. В зависимости от места своего подключения и процентного соотношения с линейными нагрузками в этой системе они тем или иным образом будут оказывать влияние на другие нагрузки. Увеличение общего действующего значения тока при наличие высших гармонических в системе приводит к перегреву всего оборудования распределенной сети электропитания, снижению коэффициента мощности, снижению электрического и механического КПД нагрузок, ухудшению характеристик защитных автоматов и завышению требуемой мощности автономных электроэнергетических установок.

Рассмотрим основные способы подавления высших гармоник тока путем применения:

активных кондиционеров гармоник.

1. Включение линейных дросселей.

Простейшим способом снижения уровня генерируемых нелинейными нагрузками высших гармоник тока во внешнюю сеть является последовательное включение линейных дросселей (рис. 1). Такой дроссель имеет малое значение индуктивного сопротивления на основной частоте 50 Гц и значительные величины сопротивлений для высших гармоник, что приводит к их ослаблению. При этом снижается коэффициент амплитуды (крест-фактор) K a и коэффициент искажения K и входного тока.

— амплитуда импульса тока,

— действующее значение несинусоидального тока.

— действующее значение основной (первой) гармоники тока,

— действующее значение «n»-ой гармоники тока.

— коэффициент искажения тока.

Рис 1. Кривые токов нелинейных нагрузок:
а) без дросселя, б) при последовательном включении дросселя.

В таблице № 1 приведены значения коэффициента искажения тока на входе трехфазного мостового выпрямителя при различных значениях относительного индуктивного сопротивления дросселя на основной частоте (Х др ) [ 2 ].

28

2. Применение пассивных фильтров.

Применение последовательно включенных линейных дросселей в ряде случаев не позволяет уменьшить гармонические искажения тока до желаемых пределов. В этом случае целесообразно применение пассивных LC-фильтров, настроенных на определенный порядок гармоник. Для улучшения гармонического состава потребляемого тока такие фильтры нашли широкое применение в системах с источниками бесперебойного питания ( ИБП / UPS ). Подключение фильтра на входе шестиполупериодного выпрямителя при 100% нагрузке UPS обеспечивает снижение коэффициента искажения тока до величины 8-10% . Значения этого коэффициента в системе без фильтра может достигать 30% и более. На рис. 2г приведена реализация трехфазного LC-фильтра, применяемого как опциональное устройство в 3-х фазных UPS .

Различают следующие разновидности пассивных фильтров [ 4 ]:

нескомпенсированный LC-фильтр с коммутатором.

Рис 2. Пассивные фильтры:

некомпенсированный LC-фильтр с коммутатором;

трехфазный вариант LC фильтра.

Нескомпенсированный фильтр содержит продольную индуктивность Др1 и поперечную цепь, состоящую из последовательно включенных индуктивности Др2 и емкости С, настроенных на определенную гармонику (рис. 2а). Если фильтр настроен на 5-ую гармонику, то сопротивление поперечной цепи близко к нулю и ток, потребляемый от источника, не будет содержать эту гармонику. Недостатком такого фильтра является следующее. При использовании в качестве первичного источника питания дизель-генераторную установку ( ДГУ ) с ограниченной установочной мощностью, последний может обеспечить относительно низкое значение емкостной составляющей тока нагрузки (10-30%).

При включении UPS на ДГУ , когда осуществляется «мягкий» старт выпрямителя, активная мощность, потребляемая нагрузкой, равна нулю и генератор ДГУ оказывается нагруженным только на емкостное сопротивление фильтра. Значительная емкостная составляющая потребляемого от генератора тока может привести к нарушению нормальной работы генераторной системы и отключению ДГУ. Следовательно, возможность использования нескомпенсированных LC-фильтров должна быть проанализирована с точки зрения согласования характеристик генератора и параметров фильтра.

Скомпенсированный фильтр содержит дополнительную поперечную индуктивность Др3, способствующую тому, что фильтр по отношению к генератору имеет индуктивный характер (рис. 2б). Это снижает емкостную составляющую потребляемого тока и облегчает работу генератора в пусковом и установившемся режимах. Однако наличие Др3 приводит к снижению коэффициента мощности системы в целом.

Нескомпенсированный фильтр с коммутатором удобен при использовании ДГУ ограниченной мощности, соизмеримой с мощностью UPS. Поперечная цепь фильтра подключается автоматически только после выхода UPS на номинальный режим (рис. 2в).

Таким образом, не требуется применение ДГУ завышенной мощности и не снижается коэффициент мощности системы.

3. Применение специальных разделительных трансформаторов.

Разделительный трансформатор с обмотками «треугольник-звезда» позволяет эффективно бороться с гармониками, кратными третьей, при сбалансированной нагрузке. Для ослабления влияния несимметрии нагрузки и уменьшения тока нейтрали применяют «перекрестную» (зигзагообразную) систему обмоток, где вторичная обмотка каждой фазы разбита на две части и размещена на разных стержнях магнитопровода трансформатора.

При несинусоидальных токах возрастают потери в трансформаторах главным образом за счет потерь на вихревые токи, что требует увеличение их установочной мощности или применения специальных К-фактор трансформаторов [ 3 ]. К-фактор трансформаторы отличаются от стандартных тем, что имеют дополнительную теплоемкость, позволяющая выдержать нагревание, вызванное высшими гармониками тока. Кроме того, специальная конструкция такого трансформатора позволяют свести к минимуму потери на вихревые токи и потери из-за паразитной емкости.

К-фактор представляет собой коэффициент, характеризующий вклад высших гармоник в процесс нагрева трансформатора. Если К-фактор равен единице, то это означает, что нагрузка линейная и в цепи протекает синусоидальный ток. Значения К-фактора выше единицы указывают на дополнительные тепловые потери при нелинейных нагрузках, которые трансформатор способен безопасно рассеять.

Обозначим:

— весовой коэффициент гармоники несинусоидального тока,

(4)

Сумма квадратов весовых коэффициентов гармоник при учете всех высших гармоник равна единице. Ограничение числа высших гармоник при расчете К-фактора приводит к определенному уменьшению этого параметра. Ниже приводится таблица расчета К-фактора для нелинейной нагрузки типа однофазного мостового выпрямителя с учетом высших гармоник тока до n=11.

Из приведенной таблице следует, что при коэффициенте искажения тока:

x 100% = 77,1% имеем К-фактор = 6,092.

В мировой практике встречаются характерные значения К-фактора: 4, 9, 13, 20. В помещениях, имеющих нелинейные нагрузки, и компьютерных залах К-фактор обычно составляет 4-9. В зонах с телекоммуникационным оборудованием, высокой концентрацией однофазных компьютерных терминалов К-фактор может достигать значений 13-17 [ 5 ].

4. Применение магнитных синтезаторов.

Магнитный синтезатор, выпускаемый Liebert Corporation [ 3, 6 ], обеспечивает защиту нагрузки от различных искажений электропитания, в частности, от провалов и выбросов напряжения, импульсных и высокочастотных помех, наличия высших гармоник, вызывающих искажения синусоидальной формы входного напряжения. Выходное напряжение магнитного синтезатора на каждом полупериоде основной частоты генерируется путем объединения шести прямоугольных импульсов от связанных между собой трансформаторов с насыщением, аналогично инверторам со ступенчатым (пошаговым) принципом управления. Однако магнитный синтезатор не содержит каких-либо силовых полупроводниковых элементов, выполняя функцию стабилизатора напряжения.

Рис. 3. Блок-схема магнитного синтезатора.

Блок-схема магнитного синтезатора представлена на рис. 3. Линейные дроссели преобразуют входной источник напряжения в источник тока. В этом случае ток блока трансформаторов не зависит от меняющихся в широких пределах (± 40%) значений входного напряжения. Такой способ передачи энергии практически полностью исключает помехи и возможные колебания входного напряжения. Через блок гальванической развязки энергия передается в блок импульсных трансформаторов и блок конденсаторов. Шесть соединенных друг с другом импульсных трансформаторов с насыщением создают форму синтезированного напряжения. Каждый трансформатор генерирует на полупериоде один из шести импульсов с определенной вольт-секундной площадью (рис. 4), обеспечиваемой специальной конструкцией трансформаторов и блоком конденсаторов. Непрерывный обмен энергией, накопленной в блоке импульсных трансформаторов и в блоке конденсаторов, обеспечивает глубокое насыщение сердечников трансформаторов и точную регулировку формируемых импульсов по амплитуде и длительнности.

Рис. 4. Процесс формирования выходного напряжения магнитного синтезатора.

Рассмотрим принцип работы магнитного синтезатора. В любой момент времени пять из шести сердечников блока трансформаторов находятся в режиме насыщения и представляют собой короткозамкнутые контуры. Когда сердечник шестого трансформатора насыщается, напряжение на этом трансформаторе падает практически до нуля, при этом изменяется полярность напряжения на очередном трансформаторе на обратную, вызывая переход его сердечника в ненасыщенное состояние и формирование первого импульса в синтезируемом напряжении следующего полупериода. Такое последовательное переключение импульсных трансформаторов производит серию определенных импульсов напряжения, используемых как блоки для формирования синтезированного напряжения (рис. 4). Это напряжение поступает на нагрузку через фильтры, настроенные на вторую и третью гармоники, что обеспечивает коэффициент искажения выходного напряжения не выше 4% независимо от степени искажения напряжения на входе магнитного синтезатора. Трехфазное выходное напряжение подается к нагрузке через Zig-Zag трансформатор, формирующий нейтраль выходной цепи и обеспечивающий снижение влияния асимметрии нагрузки на работу синтезатора. Даже полностью несогласованная но фазам нагрузка (100% асимметрия) не приводит к изменениям выходного напряжения более чем + 5%, ( 2%. При этом выходная цепь, включая нейтраль, полностью изолирована от входной цепи электропитания.

Вариант реализации принципиальной схемы магнитного синтезатора приведен на рис. 5 [ 7 ].

Рис. 5. Вариант реализации схемы магнитного синтезатора.

На рис.6 представлены регулировочные характеристики при различных величинах загрузки магнитного синтезатора. Как видно из семейства регулировочных характеристик, отклонение выходного напряжения от номинального значения не превышает 5% при изменении нагрузки от 0 до 100% и входного напряжения в пределах ± 40%. При этом магнитный синтезатор поглощает высшие гармоники тока, создаваемые нелинейными нагрузками, подключенными на его выходе. Коэффициент искажения тока на входе магнитного синтезатора не превышает 8%, независимо от искажения тока нагрузки.

Рис. 6. Регулировочные характеристики магнитного синтезатора.

Некоторые технические характеристики магнитных синтезаторов модели Datawave приведены в таблице № 3.

15 — 200

93 при нагрузке100%,
89 при нагрузке 50%

0,95 при нагрузке 25-100%

150% в течение 20 мин.

250% от I ном .

±40%

не более ±5%
при нагрузке 0-100%

не более 4%

не более 8%

Диапазон мощностей (КВА)

КПД (%)

Входной коэффициент мощности

Перегрузочные способности

Ток короткого замыкания

Пределы изменения входного напряжения

Точность стабилизации выходного напряжения

Коэффициент искажения выходного напряжения

Коэффициент искажения входного тока

5. Применение активного кондиционера гармоник

Активный кондиционер гармоник (Active Harmonic Conditioner — AHC) [ 8, 9, 10 ] в отличие от магнитного синтезатора подключается не последовательно с нелинейной нагрузкой, а параллельно ей (рис.7).

Рис. 7. Схема включения активного кондиционера гармоник (АКГ).

Принцип действия активного кондиционера гармоник (АКГ) основан на анализе гармоник тока нелинейной нагрузки и генерировании в распределительную сеть таких же гармоник тока, но с противоположной фазой. Как результат этого, высшие гармонические составляющие тока нейтрализуются в точке подключения АКГ. Это означает, что они не распространяются от нелинейной нагрузки в сеть и не искажают напряжения первичного источника энергии.

Ток нелинейной нагрузки содержит основную ( i 1 ) и высшие ( i n ) гармоники:

Ток АКГ содержит противофазные току нагрузки высшие гармоники:

В результате ток, потребляемый от источника, практически синусоидален, так как содержит только основную (первую) гармонику:

Таким образом, источник обеспечивает только основную гармонику тока нагрузки, а АКГ покрывает практически весь спектр высших гармоник от 2-ой до 25-ой. АКГ может быть установлен в любой точке распределительной сети и способен компенсировать высшие гармоники от одной или нескольких нелинейных нагрузок.

Модели АКГ, выпускаемые MGE UPS SYSTEM под названием SineWave, могут обеспечить компенсацию действующих значений высших гармоник от 20 до 120 А [ 4 ].

В таблице № 4 приведены действующие значения и коэффициенты искажения токов в системе с АКГ при различных нагрузках UPS с трехфазным мостовым выпрямителем , а на рис. 8 изображены соответствующие кривые токов [ 9, 10 ].

Источник