Roman KIEROŃSKI
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA
WPŁYW PRACY 1 2, 2007
TOM 26. ZESZYT ELEKTROTERMICZNYCH URZĄDZEŃ INDUKCYJNYCH...
Roman KIEROŃSKI*
WPŁYW PRACY ELEKTROTERMICZNYCH URZĄDZEŃ INDUKCYJNYCH
NA SIEĆ ELEKTROENERGETYCZNĄ
STRESZCZENIE
W artykule opisano wpływ urządzeń do nagrzewania indukcyjnego na sieć elektroenergetyczną; opisano wpływ
pieca i nagrzewnicy indukcyjnej ze wsadem oraz całego urządzenia indukcyjnego ze x
ródłem zasilania.
Słowa kluczowe: nagrzewanie indukcyjne, x
ródła zasilania pieców i nagrzewnic indukcyjnych
THE INFLUENCE OF THE OPERATION OF ELECTROHEAT INDUCTION EQUIPMENT
ON POWER SYSTEM NETWORKS
This paper presents the influence of induction heating devices on power system networks. Article covers the in-
fluence of induction furnaces and heaters with charges as well as the whole induction device with source of supple.
Keywords: induction heating, sources of supple of induction furnaces and heaters
1. WSTĘP były generatory elektromaszynowe, a częstotliwoS
ci wiel-
kich (rzędu setek kHz)  generatory lampowe. Wraz z wpro-
Wpływ pracy elektrotermicznych urządzeń indukcyjnych na
wadzeniem w latach 70. XX w. do zasilania nagrzewnic in-
sieć elektroenergetyczną jest poS
redni, ponieważ piec lub
dukcyjnych przekształtników półprzewodnikowych nastąpił
nagrzewnica indukcyjna są najczęS
ciej zasilane poprzez
przełom w możliwoS
ciach zastosowania tego typu nagrze-
przekształtniki, transformatory oraz rzadziej silniki induk- wania. W zakresie S
rednich częstotliwoS
ci wyparły one ge-
cyjne (przy generatorach maszynowych). Rzadko kiedy takie
neratory elektromaszynowe. Stałe zwiększanie parametrów
odbiorniki są zasilane wprost z sieci, a jeS
li są, to i tak w ukła- wysokoczęstotliwoS
ciowych zaworów półprzewodnikowych,
dach kompensacyjno-symetryzacyjnych i filtracyjnych.
głównie tranzystorów mocy, sprawia, że przekształtniki pół-
przewodnikowe zaczynają stopniowo wypierać generatory
Urządzenie indukcyjne
lampowe w zakresie częstotliwoS
ci do setek kHz. Pierwsze
W artykule opisano wpływ urządzeń do nagrzewania in-
zastosowania tranzystorów mocy w przemysłowym grzej-
dukcyjnego na sieć elektroenergetyczną. Opisano wpływ
nictwie indukcyjnym miały miejsce w połowie lat 80. XX w.
pieca i nagrzewnicy indukcyjnej ze wsadem oraz całego
Charakterystykę podstawowych x
ródeł zasilania nagrzew-
urządzenia indukcyjnego ze x
ródłem zasilania, których
nic indukcyjnych przedstawiono w tabeli 1.
schemat blokowy znajduje się na rysunku 1.
Tabela 1
Stosowane częstotliwoS
ci, x
ródła zasilania grzejnictwa
indukcyjnego, według [2]
Zakres
często- y
ródła zasilania Przykładowe zastosowania
tliwoS
ci
10 Hz cyklokonwertory topienie metali wstępne,
50 Hz 16�25 Hz nagrzewanie kęsów,
450 Hz sieć energetyczna nagrzewanie rurociągów,
50 (60) Hz nagrzewanie betonu,
statyczne nagrzewanie kęsów przed
powielacze walcowaniem,
Urządzenie indukcyjne
częstotliwoS
ci nagrzewanie blach przed
Rys. 1. Schemat blokowy urządzenia indukcyjnego 150�450 Hz prasowaniem
1 kHz generatory nagrzewanie kęsisk przed
10 kHz elektromaszynowe walcowaniem, hartowanie
Poniżej opisano sposoby zasilania nagrzewnic lub pie-
przekształtniki głębokie, topienie w piecach
ców indukcyjnych.
statyczne powietrznych i próżniowych
100 kHz przekształtniki topienie lewitacyjne,
y
ródła zasilania nagrzewnic i pieców indukcyjnych
1 MHz statyczne oczyszczanie materiałów
Początkowo podstawowym x
ródłem zasilania nagrzewnic
10 MHz generatory półprzewodnikowych, jonizacja
indukcyjnych była sieć przemysłowa. Jej wykorzystanie
lampowe gazów, brązowanie,
wiązało się z koniecznoS
cią stosowania transformatorów, plazmotrony, analiza chemiczna
metali w próżni,
autotransformatorów, regulatorów indukcyjnych i transduk-
nagrzewanie grafitu
torów. Jedynym x
ródłem S
rednich częstotliwoS
ci (do 10 kHz)
*
Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych, Wydział Elektrotechniki Automatyki Informatyki i Elektroniki, Akademia
Górniczo-Hutnicza w Krakowie
40
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA TOM 26. ZESZYT 1 2, 2007
Przyczyny i skutki pogarszania jakoS
ci Z rozważań tych wynika koniecznoS
ć analizy wpływu
sieci elektroenergetycznej nagrzewania indukcyjnego na:
 wahania napięcia sieci;
Spadki napięcia wywołane prądami wymienionych wcze-
 gospodarkę mocą bierną;
S
niej x
ródeł zasilania odkształcają sinusoidę napięcia za-
 odkształcenie krzywej napięcia zasilającego.
silającego, co powoduje dodatkowe straty przesyłu, może
zakłócać pracę innych odbiorników, stwarzać niebezpie-
czeństwo rezonansu oraz przeciążać obwody zawierające
2. NAGRZEWNICA I PIEC INDUKCYJNY
pojemnoS
ci.
ZASILANE JEDNOFAZOWO
Stosowanie dużej liczby takich x
ródeł, bez filtru prądu
Z SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ
wejS
ciowego, stanowi dla sieci zasilającej obciążenie nieli-
niowe o charakterze impulsowym o znacznej zawartoS
ci
Nagrzewnica lub piec indukcyjny RoLo to układ wzbudnik
wyższych harmonicznych. Wyższe harmoniczne prądu po-
wsad (rys. 1), stanowiący dla x
ródła zasilania szczególny
bieranego z sieci zasilającej przez odbiorniki nieliniowe są
rodzaj odbiornika.
x
ródłem odkształcenia napięcia oraz powstawania dodat-
Cechami charakterystycznymi nagrzewnic indukcyjnych
kowych strat cieplnych w linii zasilającej. Odkształcone
jako odbiorników energii elektrycznej są:
napięcie sieci zasilającej może być powodem wadliwej pra-
 ciągle zmiany rezystancji i indukcyjnoS
ci nagrzewnicy
cy innych odbiorników energii elektrycznej zasilanych z tej
w trakcie procesu nagrzewania, wynikające z zależno-
sieci.
S
ci parametrów materiałowych wsadu od temperatury,
Celem eliminacji tych niepożądanych zjawisk stosuje się
natężenia pola magnetycznego i częstotliwoS
ci, ruchu
filtry pasywne indukcyjno-pojemnoS
ciowe lub znacznie
wsadu (szczególnie wyjmowania i wkładania), rodzaju
lżejsze i mniejsze filtry aktywne. Prostowniki wyposażone
wsadu (ferromagnetyk czy nieferromagnetyk);
w filtry aktywne pozwalają na pobór z sieci zasilającej prą-
 nieliniowy charakter obciążenia, zwłaszcza przy na-
du o przebiegu chwilowym bliskim sinusoidalnie zmien-
grzewaniu ferromagnetyków;
nemu i pozostającym w fazie przebiegiem napięcia zasilają-
 niski współczynnik mocy nagrzewnicy, co prowadzi do
cego. Współczynnik mocy takich zasilaczy jest bliski jed-
koniecznoS
ci kompensacji mocy biernej poprzez włą-
noS
ci.
czanie baterii kondensatorów i tworzenia się obwodu
Zniekształcenia i odchyłki napięcia w sieci zasilającej rezonansowego RLC o dużej dobroci (Q = 2,5�20).
powstają w wyniku procesu załączania i wyłączania odbio-
Mają one wpływ na parametry nagrzewnic indukcyj-
rów, są również powodowane przez nieliniowe i  niespo-
nych, które mogą zmieniać się także podczas pracy w szero-
kojne odbiory. Rozróżnić można następujące odchyłki na-
kim zakresie: współczynnik mocy 0,1�0,8; prądy zmieniają
pięcia sieci zasilającej od wartoS
ci znamionowej:
się o 25% dla wsadów nieferromagnetycznych, a o 100%
 ustalone odchyłki napięcia;
ferromagnetycznych, zawartoS
ć wyższych harmonicznych
 odchyłki napięcia trwające kilka sekund (tak zwane za-
zależy od stopnia nasycenia wsadu ferromagnetycznego
pady), które wynikają z rozruchu silników indukcyj-
polem magnetycznym.
nych dużej mocy lub zwarć występujących w sieci zasi- Wolnozmienne w czasie prądy będące przyczyną zmiany
lającej;
asymetrii, współczynnika mocy, liniowoS
ci (współczynnika
 zaniki napięcia o czasie trwania 0,02�60 s wynikające
harmonicznych THD) są spowodowane zmianą rezystyw-
z przełączeń w systemach zasilających;
noS
ci i przenikalnoS
ci magnetycznej względnej od tempera-
 odchyłki zmieniające się okresowo, z częstotliwoS
cią tury nagrzewanego wsadu. Dwie charakterystyczne tempe-
zmian w zakresie od f = 0,1 do 30 Hz, wpływające ne- ratury, kiedy nagle zmieniają się parametry, to Tcurie (utrata
gatywnie na odbiorniki S
wietlne; wynikają one na przy- własnoS
ci magnetycznych) oraz Ttopn (topnienia), pokazano
kład z cyklicznej zmiany obciążenia funkcjonujących na rysunku 2.
silników.
Sinusoida napięcia może być odkształcona przez wyższe
harmoniczne parzyste i nieparzyste, których częstotliwoS
ci
są wielokrotnoS
cią częstotliwoS
ci podstawowej 50 Hz. Wy-
nikają one z niesinusoidalnego poboru prądu przez odbior-
niki takie, jak: przekształtniki, piece łukowe, niektóre typy
lamp oS
wietleniowych lub z odkształconego przebiegu prą-
du magnesowania transformatorów.
W sieci trójfazowej mogą wystąpić zniekształcenia
w symetrii napięć fazowych. Miarą tych zniekształceń jest
zawartoS
ć składowych symetrycznych: przeciwnej i zero-
wej. Zniekształcenia te wynikają z asymetrycznego obcią-
żenia sieci zasilającej. Wyjątkowo niekorzystnym przypad-
kiem jest awaryjne wyłączenie jednej fazy baterii konden- Rys. 2. Zmiany asymetrii prądu, współczynnika mocy,
współczynnika THD od temperatury
satorów przeznaczonych do poprawy współczynnika mocy.
41
Roman KIEROŃSKI
WPŁYW PRACY ELEKTROTERMICZNYCH URZĄDZEŃ INDUKCYJNYCH...
Ć
Ć i�
i�
Ć
i�
t
Rys. 3. Zmiana prądu chwilowego, zniekształcenie sinusoidy prądu z powodu histerezy, według [10]
Podobnie duże zmiany są w funkcji ruchu wsadu (szcze- włączanych do układu grzejnego szeregowo, równolegle
gólnie jego wyjmowania i wkładania) oraz w funkcji rodza- lub szeregowo-równolegle.
ju wsadu (wymiary w stosunku do wzbudnika, ferromagne- W trakcie nagrzewania ciągłej zmianie ulegają właS
ci-
tyk czy nieferromagnetyk) woS
ci wsadu, a więc również parametry schematu zastęp-
Szybkozmienne w czasie prądy są przyczyną odkształce- czego RoLo i moc bierna układu grzejnego. Na skutek wzro-
nia prądu (wzrostu współczynnika harmonicznych THD) stu jego rezystancji (wzrostu Ro) roS
nie cos�, a w przypad-
szczególnie dla ferromagnetyków. Wynika to z krzywej ku przekroczenia przez wsady ferromagnetyczne punktu
magnesowania (histerezy) ciał ferromagnetycznych B(H) Curie ulega on gwałtownemu zmniejszeniu. Jest to widocz-
(gdzie H  natężenie pola magnetycznego) (rys. 3). ne zwłaszcza przy nagrzewaniu skroS
nym wsadów stalo-
Przeróżne układy do kompensacji i symetryzacji zmniej- wych oraz topieniu metali. W tym celu baterię kondensato-
szają negatywny wpływ na sieć elektroenergetyczną, ale nie rów dzieli się na stopnie włączane lub wyłączane w miarę
do końca z powodów wyżej opisanych dużych zmian pod- potrzeby w czasie procesu grzejnego.
czas nagrzewania.
Układy symetryzujące
Indukcyjne układy grzejne częstotliwoS
ci sieciowej są
Poprawa współczynnika mocy
z reguły jednofazowymi odbiornikami energii elektrycznej.
WartoS
ć współczynnika mocy jest mała w przypadku induk-
Wyjątek stanowią trójfazowe piece tyglowe i nagrzewnice
cyjnych układów wyposażonych w rdzenie ferromagnetycz-
skroS
ne, których zastosowanie jest ograniczone. Niesyme-
ne (szczególnie zamknięte), a dla układów bezrdzeniowych
tryczne obciążenie sieci trójfazowej, zwłaszcza przy du-
duża i wzrastająca wraz z gruboS
cią szczeliny powietrznej.
żych mocach pieców i nagrzewnic, wywiera ujemny wpływ
Reaktancje zastępcze indukcyjnych układów grzejnych
na sieć elektroenergetyczną.
są z reguły znacznie większe od ich rezystancji i dla pieców
Zadaniem układu symetryzującego jest zlikwidowanie
tyglowych Q > 10, dla nagrzewnic skroS
nych zwykle Q > 3.
niesymetrii prądów przy zapewnieniu możliwie wysokie-
Z tego względu współczynniki mocy nagrzewnic i pieców
go współczynnika mocy. Są stosowane układy indukcyjno-
przyjmują bardzo małe wartoS
ci, orientacyjnie dla:
-pojemnoS
ciowe dławikowe i transformatorowe połączone
częstotliwoS
ci = 50 i 150 Hz cos� = 0,2�0,6 (do 0,9 dla w trójkąt lub gwiazdę.
pieców i nagrzewnic z rdze-
niami zamkniętymi dla pie-
3. TRANSFORMATORY I DA
AWIKI
ców kanałowych);
DO NAGRZEWANIA INDUKCYJNEGO
częstotliwoS
ci = 0,5�10 kHz cos� = 0,1�0,5;
Transformatory i dławiki wprowadzają dużą indukcyjnoS
ć,
częstotliwoS
ci > 60 kHz cos� = 0,01�0,1.
a więc współczynnik mocy jest niski, a jego wartoS
ć zależy
Chęć ograniczenia strat mocy w przewodach zasilają- od obciążenia transformatora. Im większe obciążenie, tym
cych układy grzejne i zminimalizowania mocy x
ródeł zasi- współczynnik mocy jest większy.
Transformatory są nieliniowym obciążeniem, zniekształ-
lania powoduje koniecznoS
ć kompensowania mocy biernej,
co odbywa się zdecydowanie najczęS
ciej poprzez włącze- cenie sinusoidy prądu z powodu histerezy występuje zgod-
nie do układów kondensatorów statycznych. W celu osią- nie z rysunkiem 3. Im większe obciążenie, tym współczyn-
gnięcia cos� ~ 1 przeprowadza się kompensację mocy bier- nik THD jest mniejszy, ale oprócz tego zależy, jaki jest sto-
pień nasycenia rdzenia.
nej indukcyjnej za pomocą kondensatorów statycznych,
42
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA TOM 26. ZESZYT 1 2, 2007
Jeżeli stosujemy transformatory trójfazowe, nie mamy pro- idalnym napięciu sieci nie może być skompensowana. Moc
blemów z asymetrią prądów, jeS
li zaS
jednofazowe, to pro- bierna kondensatorów kompensujących wynosi około 1,6
blemy są podobne jak te, opisane w punkcie 2 tego artykułu. mocy czynnej wyjS
ciowej. Magnetyczne potrajacze często-
Ze względu na dużą indukcyjnoS
ć, wyłączenia w stanie, tliwoS
ci w skali przemysłowej do zasilania indukcyjnych
gdy płynie duży prąd, powstają przepięcia. urządzeń grzejnych konkurują skutecznie z urządzeniami
W nagrzewaniu indukcyjnym do wyższych częstotliwo- częstotliwoS
ci sieciowej 50 Hz, przede wszystkim dzięki
S
ci niż 50 Hz stosuje się szczególny rodzaj transformatorów symetrycznemu obciążeniu sieci trójfazowej przy jedno-
 transformatorowe powielacze częstotliwoS
ci. fazowym obciążeniu po stronie 150 Hz. Zagadnienie syme-
tryzacji obciążenia nastręcza znaczne trudnoS
ci w urzą-
Transformatorowe powielacze częstotliwoS
ci
dzeniach częstotliwoS
ci sieciowej. Obecnie niektóre znane
Magnetyczne powielanie częstotliwoS
ci w układach zawie-
firmy (Siemens, AEG, Junker) produkują potrajacze czę-
rających dławiki lub transformatory o silnie nasyconych
stotliwoS
ci o mocach wyjS
ciowych 200�1000 kW.
obwodach magnetycznych znane jest od dawna, lecz dopie-
ro wprowadzenie blach transformatorowych zimnowalco-
wanych umożliwiło budowę powielaczy do celów energe- 4. SILNIKI INDUKCYJNE
tycznych. W grzejnictwie indukcyjnym znalazły zastoso- NAPĘDZAJĄCE GENERATORY MASZYNOWE
wanie potrajacze częstotliwoS
ci typu transformatorowego
(Spinelliego) przekształcające trójfazowy prąd częstotliwo- Do x
ródeł S
rednich częstotliwoS
ci (tab. 1) należą generatory
S
ci sieciowej (50 Hz) na jednofazowy prąd częstotliwoS
ci maszynowe, które najczęS
ciej napędzane są przez silniki in-
potrojonej (150 Hz). Schemat ideowy potrajacza przedsta- dukcyjne. Wprowadzają one dużą indukcyjnoS
ć, współ-
wia rysunek 4. czynnik mocy jest niski, zwłaszcza przy biegu jałowym
i jego wartoS
ć zależy od obciążenia. Im większe obciążenie,
tym współczynnik mocy jest większy i znamionowo wynosi
I1 z1 1 z3 Cs I3 u 0,9.
R
Silniki indukcyjne są nieliniowym obciążeniem, znie-
X
2
Up
z1 z3
kształcenie sinusoidy prądu z powodu histerezy występuje
U3 4
S
150 Hz
Y zgodnie z rysunkiem 3. Im większe obciążenie, tym współ-
z1 z3
czynnik THD jest mniejszy, ale oprócz tego zależy, jaki jest
T
Z V
3 stopień nasycenia rdzenia.
Silniki te są trójfazowe symetryczne, więc nie mamy
problemów z asymetrią prądów.
Przy załączeniu (rozruch) płynie duży prąd kilkakrotnie
większy od znamionowego.
Rys. 4. Schemat ideowy potrajacza transformatorowego,
według [5]; 1  transformatory o rdzeniach nasyconych,
2  kondensator kompensujący reaktancję wewnętrzną,
5. PRZEMIENNIKI Z FALOWNIKAMI
3  kondensatory i dławiki liniowe do kompensacji
DO NAGRZEWANIA INDUKCYJNEGO
współczynnika mocy, 4  obciążenie
Podstawowe układy stosowanych x
ródeł dla S
rednich
Zasadniczym elementem potrajacza są trzy transforma-
i wielkich częstotliwoS
ci (patrz tab. 1) przedstawione są na
tory jednofazowe o silnie nasyconych rdzeniach (indukcja
rysunku 5. Układ grzejny RoLo łączony jest szeregowo lub
w rdzeniu B = 2,2�2,3 T). Uzwojenia pierwotne, połączone
równolegle z kondensatorem oscylacyjnym.
w gwiazdę, zasilane są z sieci o częstotliwoS
ci 50 Hz trój-
przewodowo, wobec czego prądy magnesujące nie zawiera-
ją trzecich harmonicznych, które tworzą układ kolejnoS
ci
zerowej i mogą płynąć tylko w układzie z przewodem zero-
wym. Brak trzeciej harmonicznej prądu magnesującego po-
woduje odkształcenie strumienia magnetycznego. Siły
elektromotoryczne częstotliwoS
ci podstawowej 50 Hz, in-
dukowane w uzwojeniach wtórnych, dają w sumie zero,
Współczynnik mocy na zaciskach pierwotnych X, Y, Z
potrajacza wynosi zwykle 0,35�0,4 i praktycznie nie zależy
Rys. 5. Podstawowy układ falownika
od współczynnika mocy obciążenia. Ze względu na silnie
do nagrzewania indukcyjnego
odkształcony przez piątą i siódmą harmoniczną prąd pier-
wotny, kompensacja współczynnika mocy do wartoS
ci
0,8�0,9 oprócz kondensatorów statycznych wymaga stoso- Prąd odbiornika RoLo przy szeregowym układzie zawie-
wania dławików o liniowej charakterystyce prądowo-na- ra dużo wyższych harmonicznych (duże THD), zaS
przy
pięciowej. Zastosowanie samych kondensatorów umożli- równoległym małą. Jednak to nie wpływa szkodliwie na
wia kompensację mocy biernej pierwszej harmonicznej sieć, bo falownik zasilany jest poprzez filtr i prostownik,
prądu, moc bierna wyższych harmonicznych przy sinuso- tak jak to blokowo pokazano na rysunku 6.
43
50 Hz
Roman KIEROŃSKI
WPŁYW PRACY ELEKTROTERMICZNYCH URZĄDZEŃ INDUKCYJNYCH...
Z wykresu widoczne jest wyrax
nie zmniejszenie wypad-
kowego współczynnika mocy wraz ze wzrostem kąta ko-
mutacji q, np. w przypadku zastosowania transformatora
o dużym napięciu zwarcia lub przy przeciążeniach.
W sprzedaży oferowane są przemienniki do nagrzewania
indukcyjnego o cos� = 0,7.
Na rysunku 8 przedstawiono względną wartoS
ć prądu 5.,
7., 11., i 13. harmonicznych, w odniesieniu do podstawowej
harmonicznej, jako funkcje względnego napięcia wyjS
cio-
wego prostownika 2D.
I1
Id
Rys. 6. Układ blokowy przemiennika I5
I1
Dlatego zły wpływ przemienników na sieć elektroener- I3
getyczną jest spowodowany ich przekształtnikami prostow- I1
nikowymi.
I11
I1
6. PRZEKSZTAA
TNIKI
I13
I1
Oddziaływanie przekształtnika na siec zasilającą
Ud
Zasilanie regulowanych przekształtników, a szczególnie
Ud 0
przekształtników dużej mocy, stwarza wiele poważnych
problemów technicznych. Przekształtnik, w przeciwień-
Rys. 8. Względna zawartoS
ć wyższych harmonicznych
stwie do przetwornicy wirującej, nie ma zdolnoS
ci magazy-
w prądzie x
ródła zasilającego, odniesiona do wartoS
ci
nowania energii, co sprawia, że udarowe zmiany obciążenia podstawowej harmonicznej prądu, trójfazowego mostkowego
muszą być w całoS
ci pokrywane przez sieć. Drugą charak- prostownika tyrystorowego dwoma diodami rozładowczymi
(2D), w funkcji względnej wartoS
ci napięcia
terystyczną i niekorzystną cechą przekształtników statycz-
wyprostowanego, według [7]
nych jest przesuwanie fazy podstawowej harmonicznej prą-
du pobieranego z sieci względem fazy napięcia przy zmia-
Mocy bierna w funkcji względnej wartoS
ci napięcia
nie kąta wysterowania łączników oraz w wyniku zjawiska
wyprostowanego dla podstawowych prostowników regulo-
komutacji. Zasilanie regulowanych przekształtników sta-
wanych 6-pulsowych pokazana jest na rysunku 9 na podsta-
tycznych stwarza więc problemy dla gospodarki mocą bier-
wie pracy [7].
ną. Nie zawsze przy tym jest możliwa jej kompensacja za
pomocą kondensatorów. Dalsze trudnoS
ci powoduje kształt
krzywej prądu pobieranego z sieci przez przekształtnik.
Prąd ten nie ma charakteru sinusoidalnego, lecz postać zbli-
żoną do trapezu lub krzywej schodkowej. Przekształtnik
stanowi więc x
ródło prądów o częstotliwoS
ci wyższej od
podstawowej.
Wypadkowy współczynnik mocy w 6-taktowym ukła-
dzie mostkowym pokazano na rysunku 7.
 cos �1
1,0
= 20o
= 40o
= 0o
0,8
= 60o
0,6
0,4
0,2
ą
Rys. 9. Względna wartoS
ć mocy biernej (w odniesieniu do mocy
0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o
pozornej przekształtnika obciążonego prądem obciążenia)
w funkcji względnej wartoS
ci napięcia wyprostowanego
Rys. 7. ZależnoS
ć wypadkowego współczynnika mocy dla mostkowego prostownika tyrystorowego bez diod
przekształtnika od kąta wysterowania ą przy różnych rozładowczych (M), jedną diodą rozładowczą (lD)
wartoS
ciach kąta komutacji q, według [6] i z dwoma diodami rozładowczymi (2D), według [7]
44
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA TOM 26. ZESZYT 1 2, 2007
Z porównania tych charakterystyk wynika, że stosowa- znaczenie, jeS
li nie jest połączona bezpoS
rednio do sieci
nie diod rozładowczych do trójfazowych mostkowych pro- elektroenergetycznej. A jeS
li nawet tak jest, to i tak te od-
stowników tyrystorowych zmniejsza obciążenie bierne biorniki w praktyce nie są same, bo łączone są w układach
wnoszone przez przekształtnik w całym zakresie napięć kompensacyjno-symetryzacyjnych i filtracyjnych.
wyjS
ciowych. Wprawdzie prostowniki z diodami generują
wyższe harmoniczne o większej wartoS
ci niż prostownik Literatura
bez tych diod, ale zwiększenie to nie jest duże, szczególnie
[1] Hauser J.: Podstawy elektrotermicznego przetwarzania energii. Po-
w przypadku prostownika 2D.
znań, Zakład Wydawniczy K. Domke 1996
[2] Hering M.: Podstawy elektrotermii, cz. II. Warszawa, WNT 1998
Oddziaływanie trójfazowego mostkowego
[3] Hering M.: Poradnik inżyniera elektryka. T. 1, rozdz. 13, Elektroter-
prostownika diodowego na x
ródło energii
mia. Wyd. 2. Warszawa, WNT 1996
Proces komutacji w prostowniku diodowym (ą = 0) trwa [4] Kurbiel A.: Indukcyjne urządzenia elektrotermiczne. Kraków, Skrypt
Uczelniany AGH, nr 1308, 1992
dłużej niż w prostowniku tyrystorowym, gdyż odbywa się
[5] Liwiński W.: Nagrzewnice indukcyjne skroS
ne. Warszawa, WNT
przy mniejszej różnicy napięć pomiędzy komutującymi fa-
1968
zami. ZawartoS
ć poszczególnych harmonicznych dla pro-
[6] Manitius J., Zygmunt H.: Projektowanie przekształtników tyrystoro-
stownika diodowego (duża wartoS
ć kąta komutacji �) jest
wych. Warszawa, WNT 1974
mniejsza niż dla prostownika tyrystorowego. [7] Piróg S.: Energoelektronika: negatywne oddziaływania układów
energoelektronicznych na x
ródła energii i wybrane sposoby ich
Rysunek 10 ilustruje kąty komutacji �, przesunięcia fa-
ograniczenia. Kraków, UWND AGH 1998
zowego pomiędzy podstawowymi harmonicznymi napięcia
[8] Sajdak C., Samek E.: Nagrzewanie indukcyjne. Katowice, Wyd.
i prądu x
ródła �1 i kąt opóx
nienia w trzech zakresach obcią-
R
ląsk 1985
żenia.
[9] Skoczkowski T.: Nagrzewanie indukcyjne. Przegląd Elektrotech-
niczny, r. LXXII, nr 10, 1996
[10] Skwarczyński J., Tertil Z.: Maszyny elektryczne. Kraków, Skrypt
Uczelniany AGH, nr 967, 1985
[11] Supronowicz H., Dimbalengi M.: Zasilacz napięcia stałego z poS
red-
niczącym rezonansowym obwodem wysokiej częstotliwoS
ci. AC/DC
High Frequency Resonant Converter. JakoS
ć i użytkowanie energii
elektrycznej, t. 3, z. 1, PUH TECHNET Kraków 1997
[12] Turowski J.: Elektrodynamika techniczna. Warszawa, WNT 1968
Wpłynęło: 28.02.2007
Roman KIEROŃSKI
Urodził się 26.05.1963 roku w Kra-
kowie. Studia odbył na Wydziale Ele-
Rys. 10. ZależnoS
ć kąta komutacji �, przesunięcia fazowego
ktrotechniki Automatyki i Elektro-
pomiędzy podstawowymi harmonicznymi napięcia i prądu
x
ródła �1 i kąt opóx
nienia (mierzony od punktu naturalnej niki Akademii Górniczo-Hutniczej
komutacji) załączania diod dla trójfazowego diodowego
ukończył w 1990 roku. Pracę magi-
prostownika mostkowego w całym zakresie obciążenia
sterską wykonywał z zakresu elek-
(od biegu jałowego do zwarcia), według [7]
trotermii. Jest doktorantem Wydzia-
łu Elektrotechniki Automatyki In-
formatyki i Elektroniki AGH. Pracuje w Katedrze Automa-
7. WNIOSKI
tyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych AGH w Krakowie.
Zajmuje się tematyką nagrzewania indukcyjnego.
Obwody wejS
ciowe indukcyjnego urządzenia elektroter-
micznego mają istotny wpływ na sieć elektroenergetyczną.
e-mail: [e-mail]; [e-mail]
Natomiast sam piec lub nagrzewnica indukcyjna ma małe
45