documentl3
DESCRIPTION
l3 ceeTRANSCRIPT
Lucrarea 2
Sarcini nelineare. Redresorul comandat
2.1. Redresorul comandat
Un redresor comandat se obtine dintr-un redresor necomandat in care diodele (sau
o parte dintre ele) se inlocuiesc cu tiristoare. O schema de redresor comandat
monofazat bialternanta este prezentata in Fig. 2.1, iar cea pentru redresorul trifazat
comandat in Fig. 2.2. Marimea de comanda pentru tensiunea redresata este unghiul
[ ]maxmin ,ααα ∈ , care reprezinta, in timp, intarzierea impulsului de comanda fata de
momentul trecerii prin zero a tensiunii de alimentare. Valoarea tensiunii medii
redresate este:
)cos1(22
)(sin21
απ
ωωπ
π
α
+=⋅= ∫U
tdtUUm m
T1 T3
T2 T4
-
+
Zs
T1 T3 T5
T2 T4 T6
-
+
Zs
Fig. 2.1. Schema de principiu pentru un redresor
monofazat comandat cu tiristoare
Fig. 2.2. Schema de principiu pentru un redresor
trifazat comandat cu tiristoare
Reglajul tensiunii redresate se poate realiza teoretic in mod continuu de la zero
pana la valoarea maxima utilizând controlul in faza al elementelor redresoare
comandabile (tiristoare). Acest mod de reglare se realizeaza aproape fara pierderi de
putere activa. In schimb pot apare limitari in aplicarea metodei, produse de cresterea
ondulaţiei tensiunii de iesire, precum si de cresterea consumului de putere reactiva
absorbita din reţea, deci de micsorarea factorului de putere odata cu marimea
unghiului de comanda. Pe partea de curent alternativ caracteristicile redresorului
comandat nu difera in general de cele ale unui redresor necomandat întrucât curenţii
in primar nu i-si modifica structura, ci se decaleaza numai cu unghiul de comanda α .
In conditii ideale tiristoarele sunt succesiv in conducţie; fiecare tiristor amorseaza
atunci când este polarizat in sens direct si când are aplicat semnalul de comanda pe
poarta, la un unghi α (are ca referinţa momentele de comutaţie naturala, la egalitatea
a doua tensiuni pozitive pe faza). Circulaţia de curent prin tiristorul aflat in conducţie
se menţine pana la momentul comenzii urmatorului tiristor, chiar daca tensiunea fazei
respective devine in acest interval negativa. Aceasta se datoreaza generarii unei
tensiuni de autoinducţie de polaritate opusa tensiunii redresate si care, însumata cu
tensiunea fazei care conduce, asigura circulaţia neîntrerupta a curentului prin sarcina.
Daca se conecteaza o dioda in paralel cu sarcina la iesirea redresorului comandat,
porţiunile negative pot fi blocate, obtinandu-se imbunatatirea unor parametri de
redresare (ondulaţiile tensiunii redresate si puterea reactiva consumata sunt mai
scazute la aceeasi valoare medie). Dioda menţine tensiunea nula din momentul
anularii tensiunii fazei aflate in conducţie pana când se comanda faza urmatoare.
Deschiderea si menţinerea in conducţie a acestei diode de nul (DN) pe porţiunea
negativa se datoreaza procesului de autoinducţie. Curentul prin sarcina se închide in
acest interval prin DN, tiristoarele fiind blocate. In cazul deconectarii instantanee a
alimentarii, DN asigura protecţia tiristoarelor la supratensiune, fapt important in
circuitele cu sarcina pronunţat inductiva.
In cazul redresoarelor comandate cu comutaţie naturala curentul de linie din
reţeaua de alimentare este defazat in raport cu tensiunea de faza corespunzatoare cu
un unghi egal cu unghiul de comanda a al tiristoarelor si in acelasi mod se deplaseaza
si fundamentala acestuia, astfel ca aceste convertoare absorb de la reţea si o putere
reactiva Q1. Tinand seama ca redresoarele, fie comandate fie necomandate,
genereaza o putere deformanta D1 in reţea, expresia puterii aparente totale are forma:
2
1
2
1
2
11 DQPS ++= ,
in care 1P reprezinta puterea activa consumata de la retea, corespunzatoare
fundamentalei curentului de linie.
Factorul de putere total al instalatiei redresor comandat – consummator este dat
de relatia
12
1
2
1
2
1
1
1
1 cosφυλ =++
==DQP
P
S
P
in care K++++
=2
4
2
3
2
2
2
1
1
IIII
Iυ reprezinta factorul de deformare a undei curentului de
linie, iar 1cosφ este factorul de putere corespunzator fundamentalei.
La cresterea unghiului de comanda α se modifica si factorul de putere, datorita
cresterii puterilor reactiva absorbita si deformanta generata in reţea. Sunt cunoscute
multe scheme de redresoare comandate. Puntea trifazata total comandata permite
obţinerea unei game largi de variaţie a tensiunii continue la iesire, fiind simpla si
oferind cea mai buna utilizare pentru tiristoare si transformatorul de racordare la
reţea, in comparaţie cu celelalte scheme de redresoare trifazate si hexafazate. Ea
prezinta insa si unele dezavantaje. Conduce la inrautatirea factorului de putere in
punctul de racordare la reţea. Factorul de putere scade la cresterea unghiului de
comanda al tiristoarelor si produce o pronunţata deformare a curbei curentului de
alimentare de la o forma sinusoidala. Armonicile de curent produse dau nastere la
cupluri parasite in masinile electrice, maresc pierderile in instalaţii, deformeaza
indicaţiile aparatelor de masura si control, introduc perturbaţii in reţelele de
telecomunicaţii, scad capacitatea de transport a liniilor electrice si pot determina
supratensiuni de rezonanta.
Fig. 2.3. Forme de unda pentru tensiunea redresata la redresoare cu comutaţie naturala si putere
reactiva absorbita din reţea
2.2. Exemplu
A. Redresorul monofazat monoalternanţă
Să se studieze efectul unui redresor monofazat comandat ce alimentează o sarcina
RC. Se va folosi o schemă asemănătoare cu cea din Fig 2.4 implementată în PSIM.
Se consideră următoarele date pentru elementele din schemă:
Rezistenţa de sarcină: Rs=45 Ω
Condensatorul de sarcină: Cs=0.01 F
Tensiunea de alimentare a sursei: U=230 V, f=50 Hz
Impedanţa din amonte de redresor: L=0.01 H, R=4.5 Ω
Unghiul de comandă: 30 grade
Se vor vizualiza:
a) Curentul şi tensiunea la nivelul sarcinii;
b) Curentul absorbit de la reţea;
c) Analiza FFT pentru curentul absorbit de la reţea în regim stabilizat;
d) Puterea activă si cea reactiva absorbite de la reţea;
e) Valoarea THD cu ajutorul blocului specializat.
Se va calcula de asemenea nivelul THD pentru curentul absorbit de la sursa cu
ajutorul formulei si considerand armonici pana la nivelul celei de a 19-a.
Fig. 2.4. Schema de implementare pentru redresorul comandat monofazat
Fig. 2.5. Curentul la nivelul sarcinii
Fig. 2.6. Tensiunea la nivelul sarcinii
Fig. 2.7. Puterea activa si respectiv reactiva absorbite de la sursa
Fig. 2.8. Curentul absorbit de la sursa
Fig. 2.9. Analiza FFT pentru curentul absorbit de la sursa in regim stabilizat
Fig. 2.10. Valoarea THD pentru curentul absorbit de la retea in regim stabilizat
B. Redresorul comandat trifazat
Să se studieze efectul unui redresor trifazat comandat ce alimentează o sarcina
RC. Se va folosi o schema asemănătoare cu cea din Fig 2.11. Se consideră
următoarele date pentru elementele din schemă:
Rezistenta de sarcina: Rs=45 Ω
Condensatorul de sarcina Cs=0.01 F
Tensiunea de alimentare a sursei: U=3x230 V, f=50 Hz
Impedanta din amonte de redresor: L=3x0.01 H
Unghiul de comanda: 30 grade
Se vor vizualiza:
a) Curentul şi tensiunea la nivelul sarcinii;
b) Curentul absorbit de la reţea;
c) Analiza FFT pentru curentul absorbit de la reţea în regim stabilizat;
d) Puterea activă si cea reactiva absorbite de la reţea;
e) Valoarea THD cu ajutorul blocului specializat.
Se va calcula de asemenea nivelul THD pentru curentul absorbit de la sursa cu
ajutorul formulei si considerand armonici pana la nivelul celei de a 19-a.
Fig. 2.11. Schema de implementare pentru redresorul comandat monofazat
Fig. 2.12. Curentul la nivelul sarcinii
Fig. 2.13. Tensiunea la nivelul sarcinii
Fig. 2.14. Puterea activa si respectiv reactiva absorbite de la sursa
Fig. 2.15. Curentul absorbit de la sursa
Fig. 2.16. Analiza FFT pentru curentul absorbit de la sursa in regim stabilizat
Fig. 2.17. Valoarea THD pentru curentul absorbit de la retea in regim stabilizat
2.3. Aplicaţii
Să se studieze aceleaşi puncte ca în exemplele numerice pentru cazul in care
unghiul de comanda este:
1. 45 grade
2. 60 grade
3. 75 grade
4. 90 grade
a) Se vor ridica graficele pentru puterea activa si puterea reactiva absorbite de la
sursa precum si pentru THD in functie de unghiul de comanda folosind valorile
avute la dispozitie, pentru cele doua cazuri;
b) Se vor trage concluzii pe baza formelor de unda si a graficelor trasate;
c) Se va face o comparatie intre valorile THD obtinute cu ajutorul formulei si cele
obtinute cu ajutorului blocului PSIM.
Mod de lucru (paşi de lucru):
a. Se modifica schemele corespunzatoare create in cadrul Lucrarii 1 luand in
considerare noile tipuri de redresoare si noile valori numerice;
b. Se rulează simularea şi se salvează graficele corespunzătoare;
c. Se calculează valoarea THD-ului pentru fiecare caz;
d. Se modifică unghiul de comanda şi se reiau pasii;
e. Se traseaza graficele;
f. Observaţii şi concluzii.