REGIMUL DEFORMANT DETERMINAT DE  FUNCTIONAREA INSTALATIILOR CU SEMICONDUCTOARE COMANDATE SI INFLUENTA ASUPRA RETELEI ELECTRICE DE ALIMENTARE

Scopul lucrarii

In cadrul lucrarii sunt analizate aspecte legate de regimul deformant determinat de functionarea variatoarelor de tensiune alimentate din reteaua electrica. Sunt analizate mijloacele de limitare a influentei curentilor armonici asupra retelei electrice de alimentare.

Aspecte teoretice

Functionarea variatoarelor de tensiune continua sau alternativa conduce la aparitia, in reteaua electrica de alimentare, a unor solicitari in general mai complexe decat cele date de receptoarele uzuale.

Datorita caracterului neliniar al variatorului, in reteaua electrica de alimentare se propaga curenti electrici deformati, cu un spectru larg de armonici superioare.

Forma curbei curentului electric care se propaga in reteaua de alimentare depinde de tipul variatorului (monoalternanta, bialternanta), de numarul de pulsuri ca si de caracterul sarcinii (rezistiv, inductiv). Astfel, in figura 15.1 este indicata forma curentului electric i absorbit din reteaua de alimentare pentru cazul unui redresor comandat bialternanta (a), monoalternanta (b) ca si a unui variator de tensiune alternativa (c). In figura 15.1 sunt prezentate si formele specifice ale curentului electric i_s prin sarcina, a tensiunii de alimentare u ca si a tensiunii u_s la iesirea variatorului, pentru un unghi α=90s de intrare in conductie a tiristoarelor din schema variatorului.

Reglarea unghiului incepand de la unghiul α=180s si pana la α=0s conduce la variatia intensitatii curentului electric i_s de la valoarea zero pana la valoarea sa maxima.

Propagarea armonicelor superioare in reteaua electrica de alimentare conduce in principal la cresterea pierderilor active in reteaua electrica, la supraincarcarea bateriilor de condensatoare utilizate pentru compensarea factorului de putere ca si la aparitia de perturbatii in retelele telefonice paralele cu liniile electrice aeriene.

Pentru reducerea influentei curentilor armonici produsi de un consumator deformant asupra retelei electrice de alimentare, pot fi adoptate urmatoarele masuri:

a) utilizarea de scheme si regimuri adecvate de functionare ale echipamentelor continand variatoare de tensiune,

b) utilizarea unor scheme adecvate de alimentare cu energie electrica a consumatorilor deformanti,

c) utilizarea de echipamente specializate pentru limitarea continutului de armonice in spectrul curentului absorbit din reteaua electrica.

In prima categorie de masuri intra, de exemplu, utilizarea de redresoare cu continut redus de armonice (cu multe pulsuri). Alegerea unui redresor cu multe pulsuri permite eliminarea armonicelor de rang inferior care sunt si cele mai mari ca amplitudine. Rangul n al armonicelor caracteristice ale unui redresor rezulta din relatia cunoscuta

k = 1, 2, (15.1)

unde p este numarul de pulsuri ale variatorului. Se observa, de exemplu, ca pentru o redresare trifazata bialternanta apar numai armonice cu rang n≥5. Cresterea numarului de pulsuri peste p=12, in general nu este eficienta din punctual de vedere al continutului de armonice, avand in vedere fenomenele de comutatie ale tiristoarelor din schema, imprecizia unghiului de comanda la tiristoare, abaterile de la simetria perfecta a schemei de redresare. In acest fel, pentru p>12 apar armonice necaracteristice care nu pot fi eliminate prin cresterea numarului de pulsuri.

In a doua categorie de masuri intra, de exemplu, adoptarea in schema de alimentare a unui transformator cu conexiunea Yd care permite inchiderea armonicelor cu rang multiplu de trei. De asemenea, pot fi adoptate masuri pentru cresterea puterii de scurtcircuit in punctul de record al consumatorului. In acest fel tensunea la barele de alimentare a consumatorului ne linear, unde sunt recordate si alte receptoare, este mai putin deformanta (coefficient de distorsiune mai redus).

In cea de a treia categorie de masuri si care se adopta numai dupa epuizarea posibilitatilor oferite de primele doua tipuri de masuri, intra montarea filtrelor armonice in punctual de racord al consumatorului nelinear.

In mod usual, pe barele consumatorului deformant sunt montate filter absorbante realizate sub forma unor scheme serie LC rezonante pe armonicile ce urmeaza a fi eliminate (fig. 15.2).

Circuitul rezonant al filtrului prezinta un caracter capacitiv pentru frecvente inferioare frecventei sale de rezonanta si caracter inductiv pentru frecvente superioare frecventei de rezonanta (f_n=n·f₁, unde f₁ este frecventa armonicei fundamentale).

Analiza curbei din figura 15.2 pune in evidenta faptul ca filtrul absorbant, prezinta pentru armonica fundamentala, o reactanta capacitiva X₁ care trebiue luata in calcul in analiza problemelor de compensare a factorului de putere.

Schema electrica de principiu a unui consummator neliniar prevazut cu filtru de armonice este indicata in figura 15.3. Pe barele de alimentare B din sistemul energetic S prin intermediul transformatorului T, sunt conectate receptoarele liniare RL, receptorul deformant RD, filtrul de armonice cu circuitele rezonante L_nC_n ca si bateria de condensatoare C pentru compensarea factorului de putere (se are in vedere si aportul filtrelor la producerea energiei reactive). Fiecare dintre circuitele rezonante prezinta o impedanta practic nula pentru armonica f_n pentru care este dimensionat. Astfel, fiecare dintre circuitele rezonante este partcurs de curentul I_n de armonica pentru care este dimensionat si de curentul I_1n determinat de tensiunea de frecventa fundamentala de pe bare:

(15.2)

unde Z_1n este impedanta filtrului pentru armonica fundamentala.

Pentru un receptor cuprinzand semiconductoare ideale, in cazul schemelor din figura 15.1, continutul de armonice al curentului electric poate fi determinat teoretic plecand de la forma specifica a tensiunii u_s aplicata unui circuit cuprinzand inductivitate si rezistenta electrica.

3. Schema utilizata

In cadrul lucrarii va fi utilizata schema indicata in fig. 15.4.

a₁ este intreruptor bipolar manual,

T - transformator de izolare,

TC - transformator de masurare de curent electric,

SAD - sistem de achizitie de date,

PC - calculator numeric,

b₃, b₅, b₇, b_L - intreruptoare monopolare,

L₃C₃, L₅C₅, L₇C₇, - circuite rezonante pentru armonicile 3, 5 si respectiv 7,

FA - filtru pentru armonicile 3, 5 si 7,

VTC - variator de tensiune continua,

T₁, T₂, T₃, T₄ - tiristoarele din schema variatorului de tensiune,

S - sarcina variatorului de tensiune,

L, R - bobina si rezistor in schema sarcinii variatorului de tensiune.

Schema dorita a variatorului se realizeaza utilizand conectoare pentru introducerea in circuitul a tiristoarelor necesare.

4. Modul de lucru

Utilizand conectoarele corespunzatoare, se realizeaza schema dorita a variatorului.

Se vor trasa curbele pentru cazul sarcinii rezistive si inductive.

Se conecteaza succesiv circuitele rezonante ale filtrului, pentru o anumita valoare a unghiului a de intrare in conductie si se analizeaza forma specifica a curentului electric absorbit din reteaua electrica de alimentare.

Tabelul 15.1

Analiza continutului de armonice in schema variatorului de tensiune

in care I₁₀ este valoarea masurata a curentului electric pentru a

5. Chestiuni de studiat

Se traseaza curbele teoretice si experimentale pentru armonicele de rang 3, 5 si 7.

Se analizeaza influenta filtrului de armonici asupra formei curentului electric absorbit din reteaua electrica de alimentare.

Se urmareste influenta bobinei de filtrare L asupra continutului de armonice (prin deschiderea intreruptorului b₁).