Temat:
Oddziaływanie tyr.6 puls. przekształtników na sieć i nadążny kompęsator FC+TCR
Tematem ćwiczenia jest badanie oddziaływania przekształtników sześcio pulsowych na sieć zasilającą oraz badanie kompensatorów FC+TCR. Podczas wykonywania ćwiczenia zapoznamy się również z pracą nawrotnych układów zasilania napędów elektrycznych.
Nawrotne układy zasilania są realizowane poprzez zastosowanie dwóch prostowników sterowanych wielopulsowych połączonych przeciwsobnie .Umożliwiają praktycznie bezprzerwaną zmianę kierunku przepływu energii i prądu odbiornika. Przeważnie są stosowane w napędowych układach prądu stałego, w których jest wymagana częsta zmiana kierunku wirowania wału silnika. Zmiana kierunku prądu odbiornika nie odbywa się przez przełączenie jago zacisków, ale przez odpowiednie załączenie tyrystorów układu, które w praktyce są przekształtnikami sterowanymi trójpulsowymi lub szesciopulsowymi mostykowymi. W naszym przypadku układ nawrotny jest realizowany przy użyciu przekształtników szesciopulsowych . W przekształtnikach nawrotnych nie można stosować prostowników półsterowanych i sterowanych z diodami zerowymi. Przekształtnik tyrystorowy umożliwia przepływ prądu obciążenia w kierunku wynikającym z kierunku przewodzenia jego tyrystorów . Na wyjściu prostownika mostkowego otrzymuje się napięcie dodatnie dla α <π/2 i przepływ prądu wymuszonego przez źródło trójfazowe , lub napięcie ujemne dla α>π/2 jeżeli w obwodzie prądu stałego znajduje się źródło energii mogące wywołać przepływ prądu w kierunku zgodnym z kierunkiem przewodzenia tyrystorów . Napięcie wyjściowe mostka prostownikowego może zmieniać kierunek ( praca prostownikowa i falownikowa ) przy niezmiennym kierunku przepływu prądu . Zmiana kierunku przepływu energii wynika ze zmiany biegunowości napięcia na wyjściu prostownika przy niezmiennym kierunku przepływu prądu . Jeżeli potrzeba zmieniać kierunek przepływu prądu przez zasilanie urządzenia to stosuje się dwa prostowniki mostkowe w połączeniu przeciw równoległym. Układ nawrotny możemy podzielić na układ z prądem lub bez prądy wyrównawczego. Pierwszy ,rzadziej stosowany, jest układem szybszym ale zdecydowanie droższym od drugiego. W naszym ćwiczeniu wykorzystujemy układ powszechniej stosowany, czyli układ bez prądu wyrównawczego, jak widać na dołączonym schemacie.
Krótki opis układu nawrotnego, zrealizowanego na przekształtniku sześciopulsowym, wykorzystanego w naszym ćwiczeniu.
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 ( ich generatory impulsów są zablokowane ) .Działanie takie wyklucza możliwość powstania zwarć międzyfazowych , a tym samym można oba mostki zasilać ze wspólnego uzwojenia transformatora . 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.
Praca prostowników sterowanych ma bardzo niekorzystny wpływ na linię zasilającą, stwarzając 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, które są powszechnie stosowane w każdym prywatnym mieszkaniu.
Przy pominięciu procesów komutacyjnych prądy w uzwojeniach pierwotnych transformatorów oraz prądy w przewodach linii zasilających prostowniki odciążone odbiorami indukcyjnymi mają przebiegi prostokątne lub schodkowe, przy czym liczba schodków w półfali tych prądów wzrasta wraz ze wzrostem liczby impulsów p napięcia wyprostowanego co udało się zaobserwować :
Obciążenie RL :
Odciążenie RL (nawrót ):
Opóźnienie kąta załączania zaworów półprzewodnikowych w prostownikach starowanych powoduje w następstwie przesunięcie harmonicznej podstawowej prądu w linii zasilającej względem napięcia linii .Tak więc prostownik sterowany jest odbiornikiem o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym, pobierającym z sieci moc bierną. Odwód komutacji wywołuje również pobór mocy biernej komutacji wywołanej reaktancją obwodu. Proces komutacji powoduje bowiem dodatkowe przesunięcia prądu względem napięcia. W wielu przypadkach moc bierną komutacji można praktycznie pominąć.
Wykres zjawiska komutacji:
Na wykresie widzimy chwilowy spadek napięcia i prądu spowodowany brakiem przewodzenia tyrystora w celu uniknięcia zwarcia międzyfazowego co jest specyficzne dla nawrotników wykorzystywanych na stanowisku laboratoryjnym opisanych we wcześniejszej części sprawozdania.
Kolejny wykres przedstawia zawartość wszystkich harmonicznych, chociaż harmonicznej trzeciej, dziewiątej nie powinno być mimo to pojawiają się one ze względu na niesymetrię wykonania np. transformatora
Jest oczywiste, że 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: przypadkowej eksploatacyjnej zmianie konfiguracji linii zasilającej, zmianie obciążenia prostownika, załączeniu transformatora lub innego dowolnego odbiornika. Odkształcenie napięcia linii zasilającej, wywołane pracą prostowników, ma ujemny wpływ na podłączone do tej samej linii silniki prądu przemiennego i transformatory, gdyż powoduje dodatkowe straty mocy w odwodach magnetycznych tych urządzeń. 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.
Na schemacie przedstawionym wcześniej również występuje obwód kompensacji .
Podczas pierwszej pracy kompensatorów mocy biernej kompensacja była realizowana tylko przy wykorzystaniu członu pojemnościowego. Było to dosyć uciążliwe dla obsługi ponieważ włączanie i wyłączanie kolejnych baterii kondensatorów musiało być realizowane ręcznie a jak wiadomo włączenie musi nastąpić w odpowiedniej chwili czasu. W nowocześniejszych rozwiązaniach stosuje się człon pojemnościowy połączony z członem indukcyjnym jak to jest zrealizowane na powyższym schemacie.
Praca takiego kompensatora jest pokazana na poniższych wykresach:
Podczas normalnej pracy prąd w części indukcyjnej kompensatora jest duży co widać na wykresie:
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 kondęsatora.