Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie			Grupa EY1 Zespół: 5 Bagnicki Sławomir
LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
Ćwiczenie: Nr 1	Temat: Oddziaływanie przekształtnika tyrystorowego na sieć zasilającą
Data wykonania: 02.03.2000			Data oddania: 16.03.2000	Ocena:

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. Wprowadzenie.

Przebiegi czasowe prądów wejściowych pobieranych przez przekształtniki są odkształcone od sinusoidy jak to zaobserwowaliśmy na ekranie oscyloskopu. Są to przebiegi zbliżone do schodkowych (rysunek 1).

Rys 1.

Odkształcone przebiegi czasowe prądów pobieranych przez przekształtniki mają niekorzystny wpływ na linię zasilającą, stwarzając wiele problemów technicznych, związanych przede wszystkim z poborem mocy biernej, odkształceniem napięcia linii i wynikającymi stąd zakłóceniami pracy innych urządzeń zasilanych z tej samej linii. Odnosi się to do takich urządzeń jak np. transformatory i silniki prądu przemiennego, w których odkształcone napięcie zasilania powoduje dodatkowe straty mocy.

W liniach kablowych, które charakteryzują się dużymi pojemnościami międzyżyłowymi, praca przekształtników może wywołać zjawiska rezonansowe, powodując przepięcia w niektórych punktach systemu energetycznego. Dodatkowym niekorzystnym efektem jest też wzrost prądu międzyżyłowego kabli.

3. Schemat układu laboratoryjnego.

(dołączony do sprawozdania)

4. Przebieg ćwiczenia.

Zaobserwowaliśmy trzy podstawowe zjawiska niekorzystnego oddziaływania na sieć:

- komutacyjne załamanie napięcia

• pobór mocy biernej

• odkształcenie napięcia linii zasilającej

1. komutacyjne załamanie napięcia

W pracy przekształtnika napięcie wyjściowe jest uzyskiwane przez załączenie odpowiednich fragmentów napięcia międzyfazowego przez parę tyrystorów. Ze względu na istnienie pewnej skończonej wartości indukcyjności rozproszenia transformatora i linii zasilającej przekształtnik, załączanie ani wyłączanie tyrystorów nie następuje skokowo. Zatem w czasie komutacji między tyrystorami grupy katodowej lub anodowej, występuje krótkotrwałe zwarcie. Widoczne jest to na oscyloskopie w postaci zaniku napięcia międzyfazowego zasilającego przekształtnik (rys. 2).Komutacyjne załamania napięcia wywołują wahania napięcia w sieci na co szczególnie wrażliwe są urządzenia oświetleniowe. Wraz ze zwiększeniem kąta komutacji, zmniejsza się wielkość komutacyjnego załamania napięcia.

Możemy zmniejszyć kąt komutacji przez zainstalowanie transformatora o większym napięciu zwarcia. Transformator taki posiada, bowiem większą indukcyjność rozproszenia, powodującą wzrost wartości kąta komutacji (di/dt = U/L).Przy bezpośrednim zasilaniu prostowników (bez użycia transformatora) należy w przewody linii zasilającej włączyć dławik (który jednocześnie ograniczy wartość prądu zwarciowego).

Niestety zwiększenie kąta komutacji powoduje wzrost mocy biernej pobieranej przez przekształtnik (opis w podpunkcie b)oraz obniżenie napięcia wyjściowego przekształtnika.

Rys. 2.

2. pobór mocy biernej

Zmiana kąta załączania tyrystorów przekształtnika, powoduje zmianę kąta przesunięcia fazowego podstawowej harmonicznej prądu względem napięcia zasilającego. Wraz ze wzrostem kąta wysterowania tyrystorów wzrasta kąt fazowy. Wynika stąd, że przekształtnik jest odbiornikiem pobierającym moc bierną indukcyjną, z tym, że moc ta nie jest związana z oscylowaniem energii między źródłem zasilania, a odbiornikami magazynującymi energię jak dławiki czy kondensatory.

Przepływ mocy biernej indukcyjnej wywołuje spadek napięcia w 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 obok kompensacji pojemnościowej zastosowano człon indukcyjny, którego zadaniem jest dynamiczna korekta kąta fazowego, stosowana przy jednoczesnym przekompensowaniu przez baterie kondensatorów. Człon indukcyjny kompensatora jest także sześciopulsowym przekształtnikiem tyrystorowym. Wielkość prądu pobieranego przez ten przekształtnik sterowana jest kątem wysterowania tyrystorów. Zastosowanie regulowanego członu indukcyjnego jest tańsze i łatwiejsze niż regulacja pojemnością. Na oscyloskopie zaobserwowaliśmy przebiegi prądu i napięcia sieci przy przekompensowaniu (rys. 3).

Rys. 3.

Oraz przebiegi przy korekcie za pomocą członu indukcyjnego:

Rys. 4.

Oczywiście gdy cosϕ ≈ 1, nie ma potrzeby stosowania kompensatora, gdyż niesie to ze sobą dodatkowy niepotrzebny pobór mocy.

3. odkształcenie napięcia linii

Przyczyną odkształceń napięcia w sieci jest pobór przez przekształtnik wyższych harmonicznych prądu, co jest przyczyną różnego rodzaju zakłóceń w pracy innych urządzeń zasilanych z tej samej linii. Sześciopulsowy przekształtnik pobiera wyższe harmoniczne prądu rzędu 1± 6n (n = 1,2...). Za wyższe harmoniczne prądów przekształtnika odpowiedzialne jest szybkie narastanie i opadanie prądów w czasie komutacji. Aby zmniejszyć amplitudy wyższych harmonicznych należy zwiększyć kąt komutacji. Wzrost kąta komutacji powoduje zmianę kształtu prądu z prostokątnego na trapezowy, dzięki czemu amplitudy wszystkich wyższych harmonicznych maleją.

Dodatkowy wzrost amplitud wyższych harmonicznych ujawnił się, gdy dołączyliśmy baterie kondensatorów. Dzieje się tak , ponieważ wyższe harmoniczne są częstotliwościami rezonansowymi dla aktualnie zasilanego przez sieć obwodu LC. Po włączeniu baterii kondensatorów zaobserwowaliśmy wzrost harmonicznej głównie 5 i 7.

Wzrost tych samych harmonicznych występował podczas nawrotu silnika zasilanego przez przekształtnik.

---