Temat:
Oddziaływanie przekształtnika 6-cio pulsowego, tyrystorowego na sieć zasilającą i nadążny kompensator typu FC-TCR
Na ćwiczeniach laboratoryjnych zapoznaliśmy się z oddziaływaniem przekształtników sześciopulsowych na sieć zasilającą oraz badanie kompensatorów FC+TCR a także z pracą nawrotnych układów zasilania napędów elektrycznych.
Praca nawrotnych układów zasilania realizowana jest poprzez zastosowanie dwóch prostowników sterowanych wielopulsowych połączonych przeciwsobnie. Znalazły one zastosowanie w napędowych układach prądu stałego w których jest wymagana częsta zmiana kierunku wirowania wału silnika. Zmiana kierunku prądu odbiornika odbywa się przez odpowiednie załączenie tyrystorów układu, które w praktyce są przekształtnikami. Na ćwiczeniach układ nawrotny był realizowany przy użyciu przekształtników sześciopulsowych. W przekształtnik bez prądów wyrównawczych tyrystory tylko jednego mostka przekształtnika są w danym stanie pracy wyzwalane . Tyrystory mostka nie pracującego , który wywołuje w układzie przepływ prądu wyrównawczego nie są wyzwalane czyli ich generatory impulsów są zablokowane. . Brak prądu wyrównawczego umożliwia zastosowanie jednego wspólnego dla obu mostków dławika wygładzającego w obwodzie obciążenia . Zmiana kierunku prądu obciążenia wymaga doprowadzenia prądu aktualnie przewodzącego mostka do zera , zablokowania jego impulsów wyzwalających , i po czasie większym od czasu wyłączania zastosowanych tyrystorów , uruchomienia drugiego mostka . Postępowanie takie powoduje , że pomiędzy wyłączeniem z pracy jednego mostka , a załączeniem drugiego dla przeciwnego kierunku prądu , występuje przerwa w przewodzeniu prądu . Przerwa ta musi być na tyle duża by zawsze tyrystory wyłączanego z przewodzenia mostka były wyłączone , gdyż w przypadku gdyby nie były wyłączone, to załączenie tyrystorów drugiego mostka spowodowało by , poprzez tyrystory , międzyfazowe zwarcie transformatora . Ze względu na ograniczoną dokładność detekcji braku prądu blokowanego mostka przerwa w sterowaniu mostków jest ustalana większa niż czas wyłączania tyrystorów. Zwiększa to czas zmiany kierunku prądu obciążenia . Przerwa w przewodzeniu prądu podczas nawrotu nie ma praktycznie znaczenia, dlatego przekształtniki bez prądu wyrównawczego są powszechnie stosowane w nawrotnych układach napędowych prądu stałego.
---------------------------------------------
Niekorzystny wpływ na linię zasilającą prostowników sterowanych stwarza wiele problemów technicznych związanych przede wszystkim z mocą bierną i odkształceniem napięcia linii zasilającej. Na laboratorium zaobserwowaliśmy znaczne odkształcenie napięcia zasilania, które z sinusoidy przetwarza się w kształt trapezu. Jest to spowodowane dużym nasileniem wykorzystywania prostowników sterowalnych. Przy pominięciu procesów komutacyjnych prądy w przewodach linii zasilających oraz prądy w uzwojeniach pierwotnych transformatorów prostowniki odciążone odbiorami indukcyjnymi mają przebiegi prostokątne lub schodkowe, a liczba schodków w półfali tych prądów wzrasta wraz ze wzrostem liczby impulsów napięcia wyprostowanego co zaobserwowano na ćwiczeniach.
Obciążenie RL :
Obciążenie RL (nawrót):
Można przyjąć, że prostownik sterowany jest odbiornikiem o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym, pobierającym z sieci moc bierną. Bierze się to z tego, iż opóźnienie kąta załączania zaworów półprzewodnikowych w prostownikach starowanych powoduje w następstwie przesunięcie harmonicznej podstawowej prądu w linii zasilającej względem napięcia linii. Odwód komutacji wywołuje również pobór mocy biernej komutacji wywołanej reaktancją obwodu. Proces komutacji powoduje bowiem dodatkowe przesunięcia prądu względem napięcia. Często też moc bierną komutacji pomija się.
Zjawisko komutacji:
Obserwujemy tu chwilowy spadek napięcia i prądu, który jest spowodowany brakiem przewodzenia tyrystora w celu uniknięcia zwarcia międzyfazowego co jest specyficzne dla nawrotników wykorzystywanych na cwiczeniach.
Następny wykres przedstawia zawartość wszystkich harmonicznych, chociaż harmonicznej trzeciej, dziewiątej nie powinno być. Pojawiają się one ze względu na niesymetrię wykonania np. transformatora:
Harmoniczne:
Odkształcenie napięcia wzrasta wraz ze wzrostem mocy prostownika i wzrostem reaktancji linii. W liniach kablowych, które mają duże pojemności międzyżyłowe, praca prostowników może wywołać zjawiska rezonansowe, powodujące niedopuszczalne przepięcia w niektórych punktach linii zasilającej. Przepięcia rezonansowe mogą pojawiać się przy , zmianie obciążenia prostownika, załączeniu transformatora lub innego dowolnego odbiornika. W celu ograniczenia zawartości wyższych harmonicznych napięcia linii stosuje się filtry złożone z kondensatorów i dławików. Zmniejszenie poboru mocy biernej przez układy prostownikowe można uzyskać stosując układy półsterowane, łącząc szeregowo układy podstawowe lub stosując baterie kondensatorów albo specjalne układy tyrystorowe o komutacji wymuszonej, zwane statycznymi kompensatorami mocy biernej.
Przy pierwszej pracy kompensatorów mocy biernej kompensacja była realizowana tylko przy wykorzystaniu członu pojemnościowego. Obsługa tego była dosyc uciążliwa, gdyż włączenie musi nastąpić w odpowiedniej chwili czasu. W nowocześniejszych rozwiązaniach stosuje się człon pojemnościowy połączony z członem indukcyjnym.
Z wykresu wynika, iż podczas normalnej pracy prąd w części indukcyjnej kompensatora jest duży:
Podczas nawrotu na wejściu układu prąd z wykorzystaniem kompensatora tyrystorowego znacznie maleje:
Poniższy wykres ilustruje prąd indukcyjny przy nawrocie który jak widzimy znacznie maleje pokrywając prąd baterii kondensatora.