AGH EAIiE	LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
Elektrotechnika Rok III EA					Grupa: 5
Temat ćwiczenia: Wpływ przekształtnika tyrystorowego na sieć elektryczną.					Łaz Michał
Data wykonania: 10.10.2002			Data oddania: 24.10.2002	Ocena:

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z oddziaływaniem trójfazowego przekształtnika tyrystorowego na sieć elektryczną i ze sposobami kompensacji negatywnych oddziaływań prostowników na tą sieć.

Wstęp:

Przekształtniki tyrystorowe są obecnie jednymi z najczęściej stosowanymi układami elektronicznymi (czy też raczej energoelektronicznymi) w elektroenergetyce.

Stosowane są jako urządzenia służące do sterowania napędów prądu stałego w hutach, kopalniach oraz stosowane są do zasilania trakcji kolejowej i tramwajowej. Przekształtnik taki jest bardzo wygodnym urządzeniem, może wydawać energię jako prostownik, która następnie napędza maszynę prądu stałego, może również przejść w pracę falownikową i odzyskiwać energię mas wirujących maszyn (np. hamowanie szybu kopalnianego). Niestety działanie prostownika mimo swoich zalet ma również kilka istotnych wad, do jego wad zalicza się:

• Komutacja,

• Moc biernej,

• Wyższymi harmonicznymi

Komutacyjne załamania napięcia:

Podczas rzeczywistej komutacji, gdy tyrystory wymieniają się przewodnictwem pojawia się problem, gdy jeden tyrystor przestaje przewodzić to jego zdolność przewodzenia nie znika natychmiast, gdy ten tyrystor jeszcze przewodzi, drugi tyrystor już zaczyna przewodzić, pojawia się zwarcie międzyfazowe, które trwa ok. 100μs. Zjawisko to powoduje konieczność stosowania transformatora przekształtnikowego separującego sieć od przekształtnika, transformator ten powinien mieć możliwi dużą reaktancję, im jego reaktancja większa tym komutacja trwa dłużej, ale za to spadek napięcia po stronie sieci nie jest do wartości 0. Zależność ΔU_p od reaktancji jest następująca:

Gdzie:

ΔU_p- załamanie napięcia

U_p - wartość chwilowa napięcia

X_s - reaktancja sieci

X_T - reaktancja transformatora

Z powyższego wzoru można wywnioskować, iż aby zmniejszyć załamania napięcia trzeba albo zwiększyć reaktancję transformatora, albo zmniejszyć reaktancję sieci. Zawsze jednak zmienia się reaktancję transformatora, zmiana reaktancji sieci wiąże się z kolosalnymi kosztami w porównaniu ze zmianą transformatora.

Rys.1. Komutacyjne załamania napięcia

Rys.2. Przebieg napięcia i prądu po kompensacji

Wyższe harmoniczne:

Prąd mostka tyrystorowego ma bardzo specyficzny charakter, dla idealnego mostka, (w którym mamy do czynienia z idealną komutacją) prąd ma kształt prostokątny. Prostokąt taki rozłożony w szereg Fourier'a daje nam nieskończoną ilość harmonicznych wyższych rzędów. Amplituda n-tej harmonicznej wyraża się wzorem:

Gdzie:

h = 1±6n

n = 1,2,3,...

W rzeczywistości jednak nie można zaniedbać czasu jaki potrzebny jest na komutację, dla mostka rzeczywistego prąd ma następujący przebieg:

Dla takiego przebiegu uwzględniającego komutację amplituda n-tej harmonicznej ma następującą postać:

Gdzie:

h = 1±6n

n = 1,2,3,...

μ = kąt komutacji

Wyższe harmoniczne mają niekorzystny wpływ na sieć elektryczną, a w szczególności udzielają się kondensatorom kompensującym moc bierną, kondensatory „puchną”.

Rys.3. Prąd mostka w dziedzinie częstotliwości „rozłożony” Fourierem.

Rys.4. Zawartość wyższych harmonicznych w sieci obciążonej prostownikiem mostkowym.

Moc bierna:

W zależności od kąta wyzwolenia tyrystorów α zmienia się przesunięcie fazowe między prądem a napięciem. Ponieważ napięcie wyprzedza prąd więc układ jest źródłem mocy biernej indukcyjnej. Możemy ją określić w zależności od napięcia zasilającego wzorem

Widzimy więc, że dla U_d=0 moc bierna jest największa. Moc bierna takiego przekształtnika jest bardzo trudna do skompensowania, ponieważ bardzo szybko się zmienia.

Schemat pomiarowy:

Układ ten służył nam do ukazania możliwości zastosowań przekształtnika tyrystorowego. Chodziło o pokazanie jego zastosowania do sterowania silnikiem w układzie nawrotnym.

Wnioski:

Układ, który był przez nas badany jest bardzo wygodny i ekonomiczny. Może on służyć do napędu silników w obydwu kierunkach. Przy hamowaniu możliwe jest przekazywanie energii do sieci (jeden z przekształtników pracuje początkowo jako falownik)

Przekształtnikowe tyrystorowe układy trójfazowe znajdują coraz większe zastosowanie. Dlatego każdy elektroenergetyk powinien zdawać sobie sprawę z tego, w jaki sposób wpływają one na sieć. Instalując urządzenie powinno się ograniczyć jego niekorzystne oddziaływanie typu komutacyjne załamania napięcia, wyższe harmoniczne oraz moc bierną.

Komutacyjne załamania napięcia można ograniczyć przez odpowiedni dobór reaktancji transformatora separującego. Ponieważ transformator separujący i tak jest konieczny (w celu ograniczenia przenoszonych zakłóceń) ponieważ w wypadku jego braku komutacyjne załamania napięcia są bardzo duże i dlatego odbiory o charakterze pojemnościowym nie powinny być zasilane z tych samych szyn zasilających co przekształtniki ze względu na bardzo dużą wartość
. Prócz niekorzystnego wpływu komutacja ogranicza zawartość wyższych harmonicznych.

Dużym problemem jest także moc bierna. Ponieważ ma ona charakter szybkozmienny nie można jej skompensować za pomocą baterii kondensatorów. Dobierając je bowiem na wartość maksymalną w przypadku spadku pojawi się problem przekompensowania. Może być ono groźne dla urządzeń, ponieważ prowadzi do wzrostu napięcia w sieci, co może być przyczyną przepięć. Dlatego moc bierną powinno się kompensować za pomocą specjalnych nadążnych kompensatorów synchronicznych.

---