Negatywne oddziaływanie cz.1.doc

(149 KB) Pobierz
Negatywne oddziaływanie

Układy przekształtnikowe – zastosowania

Negatywne oddziaływanie przekształtników na sieć zasilającą – cz.1              Strona 5 z 7

 

Negatywne oddziaływanie

przekształtników statycznych na sieć zasilającą

cz. 1

 

              Wstęp.

 

              Przekształtniki statyczne oprócz wielu niewątpliwych zalet posiadają niestety również wady, o których najczęściej nie wiedzą ci, którzy po raz pierwszy spotykają się z tą grupą urządzeń. Pod pojęciem przekształtnik statyczny rozumie się układ służący do przekształcania energii elektrycznej z jednego rodzaju w drugi przy wykorzystaniu właściwości łączeniowych statycznych, bezstykowych łączników jakimi są półprzewodnikowe przyrządy mocy (p.p.m.). Podstawowymi przyrządami mocy w przekształtnikach są tyrystory SCR, tyrystory GTO oraz tranzystory IGBT.

Do podstawowych zalet przekształtników statycznych zalicza się:

-

możliwość dowolnego przekształcania energii elektrycznej przy zachowaniu wysokiego współczynnika sprawności;

-

korzystne charakterystyki regulacyjne i eksploatacyjne;

-

natychmiastowa gotowość do pracy;

-

brak ruchomych części mechanicznych;

-

małe wymiary i ciężar przekształtnika w stosunku do przekształcanej mocy.

Te cechy zdecydowały o tym, że już od kilkunastu lat przekształtniki statyczne zdecydowanie i skutecznie zaczęłły wypierać elektromaszynowe układy klasyczne. Szacuje się, że w chwili obecnej w krajach wysoko rozwiniętych około 55%  wytwarzanej energii elektrycznej jest przekształcana przy pomocy przekształtników statycznych. Wartość ta nadal wykazuje tendencje wzrostowe, co powoduje że znajomość zagadnień związanych ze współpracą przekształtników z siecią zasilającą staje się coraz to bardziej paląca. Wykorzystanie w przekształtnikach sterowanych i niesterowanych elementów nieliniowych w postaci półprzewodnikowych przyrządów mocy sprawia, że przekształtnik wraz z odbiornikiem jako całość stanowi tzw. odbiornik niespokojny, który oprócz poboru prądu odkształconego od przebiegu sinusoidalnego charakteryzuje się szybkozmiennym poborem mocy biernej.

 

Bezpośrednie aspekty negatywnego oddziaływania przekształtników na sieć zasilającą przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1.

 

Zjawisko

Stosowane środki zaradcze

 

 

 

-

pobór prądów odkształconych,

pasywne filtry wyższych harmonicznych w sieci zasilającej, kompensatory mocy odkształcenia (Do); filtry aktywne

-

szybkozmienny pobór mocy biernej,

układy nadążnej kompensacji mocy biernej,

-

komutacyjne załomy napięcia sieci,

transformatory przekształtn, dławiki komuta-cyjne.

 

              Wtórnym zjawiskiem, wynikającym z poboru prądów odkształconych i komutacyjnych załomów napięcia jest odkształcenie krzywej napięcia zasilającego. W wyniku tego może dojść do zakłóceń w pracy innych odbiorników zasilanych z tej sieci, pracy układów kontrolno-pomiarowych, układów teletransmisji jak również do zniszczenia baterii kondensatorów do poprawy współczynnika mocy.


W ramach tej części wykładu poruszone zostaną następujące problemy:

 

1.

Moce w środowisku przebiegów odkształconych.

2.

Parametry charakterystyczne opisujące skutki negatywnego oddziaływania przekształtników na sieć zasilającą.

 

 

1.              Moc w obwodach o okresowych niesinusoidalnych przebiegach napięć i prądów.

 

              Każda funkcja okresowa (przy spełnieniu warunków Dirichletta może być rozwinięta w szereg Fouriera:

 

              f(t) = A0 + A1m * sin(wt +y1) + A2m * sin(2wt +y2) +..........=

= Akm * sin(k*wt +yk) .

Odkształcony od sinusoidy przebieg u(t) napięcia można zapisać:

u(t) = Ukm * sin(k*wt +yk) .

Przebieg prądu i(t) odkształcony od sinusoidy można zapisać:

i(t) = Ikm * sin(k*wt +yk - jk) .

Moc czynna P takiego obwodu:

                                         

u(t) * i(t) dt ;  ( wartość średnia mocy);

[ Ukm * sin(k*wt +yk) * Ikm * sin(k*wt +yk - jk)] dt ;

             

Ponieważ wartość średnia iloczynu dwóch funkcji o różnych częstotliwościach jest równa zero, pozostają więc tylko iloczyny funkcji o jednakowych częstotliwościach.

Moc czynna P wynosi więc:

              P = Uk * Ik * cos jk ;

gdzie Uk , Ik, - wartości skuteczne k-tych harmonicznych.

 

Przez analogię moc bierna Q:

Q = Qk  = Uk * Ik * sin jk ;


Moc pozorna S z definicji opisana jest jako:

 

S = U * I ;

gdzie: U, I - wartości skuteczne odkształconego przebiegu napięcia i prądu.

 

;                     .

  ;                        

             

 

Najczęściej spotykaną w praktyce sytuacją jest pobór prądu odkształconego przez przekształtnik przy sinusiodalnym (lub prawie sinusoidalnym) napięciu zasilającym.

             

W takich obwodach wyróżnia się następujące rodzaje mocy:

 

              - moc czynna P będąca wynikiem oddziaływania sinusoidalnego przebiegu napięcia (nieodkształconego - jednocześnie 1-sza harmoniczna) z sinusoidalną składową prądu (pierwszą harmoniczną) będącą w fazie z napięciem

P = U1   (I1 * cosj1);

 

 

              - moc bierna Q (zwana mocą bierną przesunięcia) - będąca wynikiem oddziaływania sinusoidalnego przebiegu napięcia (nieodkształconego - jednocześnie 1-sza harmoniczna) z sinusoidalną składową prądu (pierwszą harmoniczną) prostopadłą do napięcia

 

Q = U1   (I1 * sinj1);

 

              - moc odkształcenia (deformacji) D0 będąca wynikiem oddziaływania sinusoidalnego przebiegu napięcia (nieodkształconego - jednocześnie 1-sza harmoniczna) z harmonicznymi prądu (za wyjątkiem pierwszej)

 

D0 = U1   (I2, I3, I4, I5, I6.......... Ik);

 

 

D0 = U1   (I2, I3, I4, I5, I6.......... Ik);

 

 

              - moc pozorna S określona jako:

 

                            S2 = P2 + Q2 ...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin