ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444 ΑΝΟΡΘΩΤΕΣ ΤΑΣΗΣ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα Θέματα Μονοφασική γέφυρα ανόρθσης Τριφασική γέφυρα ανόρθσης Παραμόρφση κυματομορφής ρεύματος και τάσης Τεχνικές μείσης αρμονικών

2 Ανορθτές μη ελεγχόμενοι με διόδους Εφαρμογές: DC διακοπτικά τροφοδοτικά AC κινητήρια συστήματα DC σερβομηχανισμοί Ροή Ισχύος Μεγάλος πυκντής για μείση της κυμάτσης Απλός ανορθτής με μικό φορτίο

3 Απλός ανορθτής με R-L φορτίο Το ρεύμα συνεχίζει να περνά για λίγο ακόμα και όταν η τάση γίνει αρνητική Μονοφασική γέφυρα ανόρθσης Επίπεδα ισχύος μέχρι μερικά kw Το ρεύμα απορροφάται από το δίκτυο σε παλμούς 3

4 Μονοφασική γέφυρα ανόρθσης με μικό φορτίο Κυματομορφές ρεύματος και τάσης με πυκντή για μείση κυμάτσης Στην αρχή του θετικού κύκλου της τάσης πηγής ο πυκντής είναι ήδη φορτισμένος στο Ενόσ το είναι μεγαλύτερο του οι δίοδοι είναι πολμένες ανάστροφα και το ρεύμα μηδέν. Μέχρι το το ρεύμα στο φορτίο ρέει από την ενέργεια αποθηκεμένη στον πυκντή. - το ρεύμα άγεται από τις διόδους D, D και αυξάνεται - 3 το ρεύμα μειώνεται επειδή το είναι μεγαλύτερο του. 4

5 Κυματομορφές ρεύματος και τάσης- Στο χρονο Τ / στη διάρκεια του αρνητικού κύκλου της τάσης το ρεύμα άγεται από τις διόδους D3, D4 Το DC ρεύμα r συνεχίζει να ρέει θετικά ενώ το ρεύμα της εισόδου - r είναι αρνητικό. Εξομοίση στο PSpce DBrecp.c 5

6 Εξομοίση στο PSpce DBrecp.c Άσκηση L>>R Σχεδιάστε,,, 3, Υπολογίστε: Μέση τιμή τάσης εξόδου ρεύμα εξόδου ισχύ εξόδου 6

7 Τριφασική γέφυρα πλήρους ανόρθσης P Άγει η δίοδος με την θετικότερη άνοδο v v Pn -v Νn N Άγει η δίοδος με την αρνητικότερη κάθοδο Τάση και ρεύμα χρίς C Η D άγει όταν η υ αn είναι μεγαλύτερη από τις υ bn, υ cn. H D 4 άγει όταν η υ αn είναι πιο αρνητική από τις υ bn, υ cn Η D 3 άγει όταν η υ bn είναι μεγαλύτερη από τις υ an, υ cn. H D 6 άγει όταν η υ bn είναι πιο αρνητική από τις υ an, υ cn H στιγμιαία υ, αποτελείται από 6 τμήματα της πολικής τάσης ανά περίοδο. 6- παλμική γέφυρα. 7

8 Τριφασική γέφυρα πλήρους ανόρθσης Ας υπολογίσουμε τη συνεχόμενη τάση εξόδου: Σε μια περίοδο έχουμε έξι παλμούς, έτσι η περίοδος έχει διάρκεια π / 3 π / 6 3 LL co LL / 3 π π π / LL Εξομοίση στο PSpce DBrec3_p.c 8

9 Μείση μεταβατικών ρευμάτν Η αντίσταση μειώνει το μεταβατικό ρεύμα κατά την έναυση και κατά τη λειτουργία βραχυκυκλώνεται Γραμμικό φορτίο 9

10 Μη γραμμικό φορτίο Αρμονικές Συνιστώσες π π π π n co } n co { f b f a b a a f F f f f a F π π j a b b a F F e b a f an, F n co ϕ ϕ,., rm F F F Να θυμηθούμε την ανάλυση σε σειρά Fourer περιοδικής συνάρτησης

11 Αρμονική παραμόρφση n n ϕ ϕ Σχέσεις στην Αρμονική παραμόρφση rm % HD rm

12 Έννοιεςισχύοςκατάτην παραμόρφση co n n ϕ ϕ P v p P DPF HD PF DPF PF % Συντελεστής ισχύος Συντελεστής μετατόπισης Dplacemen power Facor co co ϕ ϕ S P PF Οι αρμονικές συνιστώσες μειώνουν το συντελεστή ισχύος

13 Επιπτώσεις αρμονικών ρεύματος Απώλειες ισχύος στο δίκτυο γραμμές μεταφοράς - διανομής, μετασχηματιστές, γεννήτριες Υπερφόρτση πυκντών αντιστάθμισης με πιθανά φαινόμενα συντονισμού Επηρεασμός της κυματομορφής τάσης δικτύου η οποία με τη σειρά της θα επηρεάσει άλλα φορτία Όρια αρμονικών Οι οδηγίες ορίζουν ευθύνες στους καταναλτές και στις εταιρείες δικτύου Οι χρήστες ενέργειας θα πρέπει να έχουν όριο στην παραμόρφση του ρεύματος που αντλούν Λόγος βραχυκύκλσης Οι εταιρείες δικτύου θα πρέπει να διατηρούν ταμέγισταεπιτρεπτάόριαπαραμόρφσης της τάσης. 3

14 Όρια αρμονικών Διεθνής Ηλεκτροτεχνική επιτροπή EC Πρότυπο του ινστιτούτου ηλεκτρολόγν και ηλεκτρονικών μηχανικών EEE Κανόνες Μεταφοράς Διανομής Όρια αρμονικών ρεύματος HD% Όρια αρμονικών Όρια αρμονικών τάσης στο Πρότυπο EΕΕ 59 Όρια αρμονικών ρεύματος για ηλεκτρονικούς υπολογιστές και άλλο εξοπλισμό γραφείου cla A στο Πρότυπο EC -3-4

15 Ανάγκη βελτιμένης διασύνδεσης Εκτός από την επίδραση στην ποιότητα ισχύος, η κακή κυματομορφή προκαλεί άλλα προβλήματα στις συσκευές: Ηπαρεχόμενηισχύςαπότοδίκτυομειώνεταιστα /3 Το φίλτρο πυκντή στην ac πλευρά καταπονείται Μεγαλύτερη πτώση τάσης στα άκρα τν διόδν Το φίλτρο ΕΜΙ στην είσοδο της γέφυρας θα πρέπει να σχεδιάζεται για μεγαλύτερους παλμούς ρεύματος Διόρθση συντελεστή ισχύος στο μονοφασικό ανορθτή Χρησιμοποιούμε ένα ηλεκτρονικό μετατροπέα γιανακάνουμετορεύμα εισόδου που απορροφάται από την ανορθτική γέφυρα ημιτονοειδές και συμφασικό με την τάση εισόδου. 5

16 6 Απότοδυναμικόμέσομοντέλο μετατροπέα ανύψσης τάσης Από το δυναμικό μέσο μοντέλο του μετατροπέα θερώντας τη τάση στον πυκντή καθαρή DC και αγνοώντας τη πτώση τάσης στο πηνίο co n L L L L Από τον ιδανικό μετασχηματιστή ν n > Διόρθση συντελεστή ισχύος.. Ο πυκντής θερείται αρκετά μεγάλος και μπορούμε να θερήσουμε ότι όλες η αρμονικές δευτέρας τάξες περνούν από αυτό C ν Έτσι έχουμε C C L L ν n 4 co Καλή επιλογή του μεγέθους του πυκντή θα ελαχιστοποιήσει τη κυμάτση

17 Σύστημα ελέγχου συντελεστή ισχύος Στόχος του ελέγχου είναι το ρεύμα εισόδου που απορροφάται από την ανορθτική γέφυρα να είναι σε φάση με την τάση εισόδου. Οι απαιτήσεις στη φόρμα και πλάτος του ρεύματος του πηνίου * οδηγούν σε δύο βρόχους: Ο εστερικός βρόχος έντασης ελέγχει τη φόρμα να συμβαδίζει με τη τάση του δικτύου Ο εξτερικός βρόχος τάσης καθορίζει το πλάτος Î L του * L βασισμένο στητάσηεξόδου L 7