Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Oddziaływanie napędowego przekształtnika częstotliwości z prostownikiem diodowym na jakość energii elektrycznej

Influence of a drive frequency converter with a diode rectifier on the quality of electricity
Idealny prostownik diodowy z brakiem impedancji linii (Ls = 0) oraz przy dużej indukcyjności obciążenia prostownika (Ldc ⇒ ∞)
Idealny prostownik diodowy z brakiem impedancji linii (Ls = 0) oraz przy dużej indukcyjności obciążenia prostownika (Ldc ⇒ ∞)
Rys. M. Żurek-Mortka, K. Domarecki

Energia elektryczna musi spełniać określone wymagania w zakresie jakości. Niespodziewane zapady i zaniki zasilania oraz inne zdarzenia energetyczne mogą powodować znaczne szkody i straty materialne oraz powstawanie innych zagrożeń dla ludzi i dla urządzeń.

W artykule:

• Model analityczny idealnego trójfazowego prostownika diodowego z obciążeniem indukcyjnym
• Model analityczny trójfazowego prostownika diodowego z obciążeniem pojemnościowym
• Model numeryczny prostownika
• badania symulacyjne prostownika 6-pulsowego z baterią kondensatorów


Poprawa jakości energii elektrycznej jest dziś zadaniem bardzo ważnym, a powodami zainteresowania jakością energii są między innymi takie czynniki jak to, że:

  • urządzenia stały się bardziej wrażliwe na zakłócenia w napięciu zasilającym,
  • przemysł ma coraz to wyższe wymagania odnośnie niezawodności dostaw energii,
  • wzrasta liczba urządzeń wyposażonych w przekształtniki energoelektroniczne, które generują zakłócenia,
  • wzrasta świadomość dostawców i odbiorców o potrzebie zasilania odbiorników energią o zadowalających wskaźnikach jakości energii [4].

Czytaj też: Energooszczędne źródła światła a jakość energii elektrycznej >>

Przekształtniki AC/DC są obecnie szeroko rozpowszechnione w wielu dziedzinach techniki, zaczynając od gospodarstw domowych i działalności usługowej, poprzez przemysł, elektroenergetykę, telekomunikację i kończąc na technice lotniczej i kosmicznej. Celem stosowania przekształtników w urządzeniach powszechnego użytku jest przede wszystkim zmniejszenie zużycia energii elektrycznej i obniżenie kosztów eksploatacyjnych.

Głównym problemem przy eksploatacji przekształtników jest negatywne oddziaływanie wyższych harmonicznych prądu, wytwarzanych przez te układy na system zasilania, objawiające się poprzez dodatkowe straty energii elektrycznej (spadki napięcia, zjawisko naskórkowości) oraz odkształcenia napięcia (spadki napięcia na reaktancji sieci zasilającej), które mają negatywny wpływ na inne wrażliwe odbiorniki (systemy informatyczne oraz komputerowe systemy sterujące) zasilane z tej samej sieci zasilającej. Niesie to za sobą obowiązek stosowania rozwiązań układowych, które ograniczają liczbę i amplitudę wprowadzanych do sieci zasilającej harmonicznych. W przypadku bardzo wrażliwych odbiorników współczynnik odkształcenia nie powinien przekroczyć 3% dla napięcia i 5% dla prądu [4].

Idealny prostownik diodowy
Rys. 1. Idealny prostownik diodowy z brakiem impedancji linii (Ls = 0) oraz przy dużej indukcyjności obciążenia prostownika (Ldc ⇒ ∞): a – model prostownika w komputerowym programie symulacyjnym, b – schemat ideowy modelu prostownika stosowanego przy opisie równaniami matematycznymi /Rys. M.  Żurek-Mortka, K. Domarecki/

Model analityczny idealnego trójfazowego prostownika diodowego z obciążeniem indukcyjnym

Model 6-pulsowego prostownika diodowego został pokazany rysunku 1. Przyjmuje się, że THDi prądu wejściowego prostownika 3f6d powinno wynosić 42%. Gdy zasilimy z prostownika baterię kondensatorów lub akumulatory spowodujemy, że z transformatora do prostowników będzie płynął prąd mocno zniekształcony [2]. Przyjmuje się, że przebieg prądu prostownika jest stały po stronie DC (Ldc ⇒ ∞) oraz efekty komutacji są pomijane (Ls = 0), tzn. prąd jest natychmiastowo zmieniany od zera do pewnej skończonej wielkości. Powoduje to, że prąd fazowy pojawia się jako symetryczny kwadrat z odstępem przewodzenia 120° [1].

Idealny prostownik diodowy
Rys. 2. Napięcia fazowe i prąd fazy ‘a’ prostownika diodowego z obciążeniem indukcyjnym /Rys. M. Żurek-Mortka, K. Domarecki/

W celu określenia charakterystyk prądowych idealnego prostownika diodowego stosujemy analizę Fouriera. Wtedy prąd w fazie ‘a’ (Isa) może być wyrażony jako:

(1)

Licząc współczynniki transformaty Fouriera otrzymujemy:

 (2)

W równaniu (2) sin(hπ) = 0 dlatego, że nie występują harmoniczne parzyste i podzielne przez 3, zatem prąd idealnego prostownika trójfazowego diodowego możemy wyrazić jako:

 (3)

Gdy nie uwzględnia się kąta fazowego harmonicznych, to można uzyskać proste równanie opisujące prądy prostownika diodowego w zależności od liczby pulsów (tutaj – 6 pulsów). Wzory (2) i (3) opisujące występujące harmoniczne można zapisać w postaci:

  (4)

gdzie:

k=1, 2, 3 ...

p – liczba pulsów prostownika wynikająca z komutacji prądu między diodami prostownika w czasie jednego okresu napięcia linii zasilającej.

I1 – to wartość skuteczna 1 harmonicznej prądu fazowego w sieci zasilania, ta harmoniczna odpowiada tutaj za moc czynną dostarczaną do obciążenia (load) rezystancyjnego prostownika.

Model analityczny trójfazowego prostownika diodowego z obciążeniem pojemnościowym

Jeżeli znane są szczegółowe parametry obciążenia prostownika, takie jak pojemność kondensatora (baterii kondensatorów) na obciążeniu prostownika, indukcyjność Ldc, obciążenie Rdc itp., można zastosować model analityczny do wyznaczenia przebiegów prądowych w sieci zasilania. Model analityczny dla trójfazowego prostownika z obciążeniem pojemnościowym jest bardziej skomplikowany niż w przypadku analizowanego wcześniej przypadku prostownika z obciążeniem indukcyjnym Ldc.

Nie będzie tu analizowany stan pracy nieciągłej diod prostowniczych (prądy impulsowe), tj. brak przewodzenia prądu przy polaryzacji diod w kierunku przewodzenia, ze względu na zbyt wysoką wartość napięcia na pojemności obciążenia prostownika, analiza ta jest przedmiotem innych opracowań [1, 5]. Na rysunku 3. przedstawiono przebieg prądu fazy ‘a’ dla stanu pracy z prądem nieciągłym (impulsowym) prostownika obciążonego pojemnościowo otrzymanego w symulacji komputerowej przy 10% obciążenia nominalnego prostownika.

Idealny prostownik diodowy
Rys. 3. Napięcia fazowe i nieciągły prąd fazy ‘a’ prostownika diodowego z obciążeniem pojemnościowym (model z rys. 5 – R = 100 Ω) /Rys. M. Żurek-Mortka, K. Domarecki/

 

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[napędowy przekształtnik częstotliwości, prostownik diodowy, jakość energii elektrycznej, prostownik]

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Światło dzienne, nasz naturalny regulator - odwzorowanie opraw oświetleniowych »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

Ośiwetlenie - jakie wybrać? bezpanelowa energia słoneczna
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Nowe rozdzielnice Practibox S - wysoka jakość i nagrodzony design w przystępnej cenie»

nowe rozdzielnice Rozdzielnice dedykowane są przede wszystkim dla budownictwa mieszkaniowego (prywatnego jak i deweloperskiego), hoteli i obiektów biurowych. Rozdzielnice otrzymały ... czytam dalej »


Wprawiają w ruch tysiące różnych pojazdów na świecie - znasz ich?

Rozdzielnice średniego napięcia (SN) - przegląd 2019

pojazdy elektryczne Medcom Rozdzielnice 2019 porównanie
Zmieniają sposób myślenia o energii elektryczne i nie tylko... czytam więcej » Rozdzielnice średniego napięcia (SN), tak jak i inne rozdzielnice energetyczne, budowane są na napięcia znamionowe w zakresie od 7,2 do 36 kV o wartościach 7,2; 12; ... czytam dalej »

Kamery termowizyjne w cenach promocyjnych - tylko do 30 czerwca! »

Promocje na kamery termowizyjne Przy pracach instalacyjnych, a także w przemyśle, kamera termowizyjna jest nieodzownym narzędziem pracy ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Ochrona przed przepięciami systemów alarmowych»

Wszyscy elektryczni producenci w jednym miesjcu - zobacz!

Ochrona przepięciowa systemów alarmowych Elektryczni producenci w jednym miejscu
Jak ochronić różnorodne elektroniczne systemy ochrony mienia przed skutkami przepięć(...) czytam dalej » Zobacz ponad 100,000 produktów elektromechanicznych w ofercie (...) czytam dalej »

Co jeszcze potrafią enkodery Ethernet?

UPS zasilacze Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym?

Ograniczniki przepięć, które wybrać?

Switche zarządzalne spd ograniczniki przepięć
Switche niezarządzalne to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Układy SPD typu 1 (ograniczniki przepięć typu 1) powinny być stosowane do ochrony instalacji elektrycznej oraz urządzeń przed zagrożeniami stwarzanymi(...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
5/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 5/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Stacje ładowania pojazdów elektrycznych
  • - Oświetlenie boisk piłkarskich zgodnie z wymaganiami klas oświetleniowych
Zobacz szczegóły

Wakacyjna promocja prenumeraty „elektro.info”!

Już lada moment lato, czas urlopów i błogiego odpoczynku, ale... zanim to nastąpi mamy dla Was wyjątkową letnią promocję na zakup lub przedłużenie prenumeraty „elektro.info”!

Nowe czujniki w rodzinie NIPRESS 1

Rodzina czujników ciśnienia NIVELCO została znacząco powiększona i obecnie czujniki NIPRESS pokrywają zapotrzebowanie większości branż przemysłowych dzięki szerokiej gamie dostępnych...
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl