Основные источники высших гармоник в электрических сетях

Искажение кривых напряжения и тока и появление высших гармонических составляющих является следствием наличия в электрической системе нелинейных элементов. Основной вклад в несинусоидальность напряжения вносят статические (вентильные) преобразователи. Кроме вентильных преобразователей форму кривой тока и напряжения сети искажают синхронные генераторы, сварочные аппараты, дуговые печи, флюоресцентные лампы, электрические двигатели и трансформаторы и т.п.

Несинусоидальные кривые токов и напряжений могут быть представлены суммой основной частоты и серии гармонических составляющих более высокого порядка с частотами, кратными основной. Процесс расчета значений и фаз основной частоты и высших гармоник называют гармоническим анализом, а результирующий ряд известен как тригонометрический ряд Фурье

, (1.1.8.17)

где U_n- амплитуды гармонических составляющих;

y_n- их начальные фазы, n- номер гармоники;

w- промышленная частота.

Системы несинусоидальных напряжений (токов) в трехфазных сетях бывают симметричными и несимметричными. При симметричной системе несинусоидальных напряжений для гармоник, кратных трем (k=3n, где n=1,2,3…), фазные напряжения образуют систему напряжений нулевой последовательности. При k=3n+1 гармоника трех фаз образует симметричную систему напряжений обратной последовательности. Таким образом, каждая k-я гармоника симметричной системы несинусоидальных напряжений образует симметричную систему фазных напряжений прямой (при k=1,4,7…), обратной (при k=2,5,8…) или нулевой (при k=3,6,9…) последовательностей.

В большинстве практических случаев система несинусоидальных фазных напряжений (токов) несимметрична. Например, магнитопроводы трехфазных трансформаторов не только нелинейны, но и несимметричны, так как длины магнитных путей крайних и средних фаз различаются в 1,9 раза [ ]. Вследствие этого действующие значения токов намагничивания крайних фаз в 1,3 – 1,55 раза больше токов намагничивания средней фазы. Несимметричные гармоники можно разложить на симметричные составляющие. При этом любая k-я гармоника образует несимметричную систему фазных напряжений и в общем случае содержит составляющие всех трех последовательностей - прямой, обратной и нулевой.

В трехфазных сетях с изолированной нейтралью токи в каждой из фаз при отсутствии замыканий на землю не могут содержать составляющие нулевой последовательности. Поэтому в фазных токах отсутствуют гармоники, кратные трем, а остальные гармоники содержат составляющие только прямой и обратной последовательностей.