LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
	AGH	Wydział: Elektrotechniki Automatyki Informatyki Elektroniki i Elektroniki.		Rok: III	Grupa: 1
Temat: Oddziaływanie przekształtnika na linię zasilającą .				Wykonał: Płatek Marek
Data wykonania: 27.04.2000			Ocena:	Podpis:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zaobserwowanie wpływu pracy przekształtnika tyrystorowego nawrotnego na sieć zasilającą, określenie skali szkodliwości zjawisk powstałych w pracy takiego przekształtnika oraz sposobów ograniczenia występowania tych zjawisk.

2. Schemat układu:

Układ zasilany jest z sieci trójfazowej, przekładniki prądowe służące do pomiaru prądu. Człon pojemnościowy kompensatora służy do kompensacji mocy biernej indukcyjnej. Pojemność tych kondensatorów przewidziane jest do kompensacji maksymalnej mocy biernej pobieranej przez układ. Ze względu na to że występują w układzie przekształtniki nawrotne, które zmieniają tą moc podczas swojej pracy, to aby uniknąć przekompensowania dołączamy dławiki które są obciążeniem mostka tyrystorowego po stronie napięcia przemiennego. Dławiki te są sterowane mostkiem tyrystorowym, który jest zwarty po stronie prądu stałego

Po stronie wtórnej transformatora znajduje się przekształtnik tyrystorowy nawroty obciążony silnikiem prądu stałego. Maksymalny prąd bezpieczny jaki może przepływać przez przekształtnik to 120 [A], a wyłączniki szybkie prądu stałego WSPS zabezpieczają układ przed zwarciami.

3. Przebieg ćwiczenia:

Zaobserwowaliśmy trzy podstawowe zjawiska niekorzystnego oddziaływania na sieć:

• komutacyjne załamanie napięcia

• odkształcenie napięcia linii zasilającej

• pobór mocy biernej

Komutacyjne załamanie napięcia

Przebieg czasowy prądu pobieranego przez przekształtniki jest odkształcony od sinusoidy, jest on zbliżony do przebiegu prostokątnego. Odkształcenie to ma niekorzystny wpływ na linię zasilającą, stwarzając wiele problemów technicznych, związanych przede wszystkim z poborem mocy biernej. W pracy przekształtnika napięcie wyjściowe jest uzyskiwane poprzez załączenie odpowiednich fragmentów napięcia międzyfazowego przez parę tyrystorów. W czasie komutacji następuje krótkotrwałe zwarcie napięcia zasilania, widoczne jest to w postaci zaniku napięcia. Odkształcenie napięcia linii, powoduje zakłócenia w pracy innych urządzeń zasilanych z tej samej linii. Odnosi się to między innymi do takich urządzeń jak transformatory i silniki prądu przemiennego, w których odkształcenie to powoduje dodatkowe straty mocy, a także urządzeń oświetleniowych, których żywotność maleje przy zasilaniu zniekształconym napięciem sinusoidalnym. Wpływ komutacji można zmniejszyć zwiększając indukcyjność w obwodzie. Właściwość tą oraz dopasowanie napięcia zapewnia transformator przekształtnika.

∆U-komutacyjny spadek napięcia

U-napięcie sieci

Przebiegi prądu i napięcia zamieszczone są w załączniku ( rys.1)

Generacja wyższych harmonicznych

Przyczyną odkształceń napięcia w sieci jest generacja przez przekształtnik wyższych harmonicznych prądu. Przebieg prądu rozłożony w szereg Fouriera posiadał harmoniczne

1 ± 6. Skojarzenie uzwojenia wtórnego transformatora powoduje eliminacje 3 harmonicznej i jej wielokrotności. Jednak harmoniczne te występują w widmie, jest to spowodowane istnieniem niesymetrii w układzie oraz dynamiką układu sterowania. Fakt istnienia wyższych harmonicznych spowodowany jest przez szybkie narastanie i opadanie prądów w czasie komutacji. Zmniejszenie wpływu wyższych harmonicznych uzyskuje się po przez zwiększenie kąta komutacji (zwiększenie indukcyjności w obwodzie ). Wzrost kąta komutacji powoduje zmianę kształtu prądu z prostokątnego na trapezowy, dzięki czemu amplitudy wszystkich wyższych harmonicznych maleją. Wzrost kąta wysterowania powoduje wzrost amplitud harmonicznych zwłaszcza 5 i 7. Wynik analizy fft jest zamieszczony w załączniku (rys.2)

Pobór mocy biernej.

Zmieniając kąt załączania tyrystorów przekształtnika zmieniamy kąt przesunięcia fazowego harmonicznej podstawowej prądu względem napięcia zasilającego. Wraz ze wzrostem kąta wysterowania tyrystorów wzrasta kąt fazowy. Wynika stąd, że przekształtnik jest odbiornikiem pobierającym moc bierną indukcyjną. Przepływ mocy biernej indukcyjnej wywołuje spadki napięcia na elementach reaktancyjnych sieci. W przypadku przekształtnika jest to o tyle uciążliwe, że pobór tej mocy zmienia się wraz z regulacją kąta wysterowania tyrystorów (np. podczas regulacji obrotów silników prądu stałego). Zmienność poboru mocy biernej indukcyjnej stwarza problemy w jej kompensacji. Dlatego w układzie laboratoryjnym do kompensacji zastosowano baterię kondensatorów o pojemności potrzebnej do kompensacji maksymalnej mocy biernej oraz człon indukcyjny. Prąd członu indukcyjnego jest sterowany przez przekształtnik zwarty po stronie prądu stałego. Zastosowanie regulowanego członu indukcyjnego jest tańsze i łatwiejsze niż regulacja pojemnością. Wadą tego kompensatora jest maksymalna moc strat przy minimalnym poborze mocy kompensacyjnej. Zaleta jest odporność na błędy sterowania i fakt, że prądy zwarcia osiągają wartość prądu znamionowego. Dodanie mocy indukcyjnej przy dużej mocy pojemnościowej powoduje spadek wartości prądu kompensatora i sieci. Przy nawrocie obserwujemy duży wzrost prądu przekształtnika i kompensatora oraz niewielki wzrost prądu sieci. Tak mały wzrost osiągnięty jest dzięki istnieniu kompensatora. Przebieg napięcia i prądu po kompensacji został przedstawiony na rys. 3.

3x Lk

Człon indukcyjny

kompensatora ( TCR )

Człon pojemnościowy

kompensatora ( FC )

I_KOMP.

A

S2

N

T

S

R

Transformator

przekształtnika

I_PRZEK.

I_SIECI

S1

A

WSPS

WSPS

L_d

U_d

I_d

V

A

A

---