Com reduir la tensió no sinusoïdal

Alguns consumidors d'electricitat tenen una dependència no lineal del consum de corrent de la tensió aplicada, per la qual cosa consumeixen un corrent no sinusoïdal de la xarxa... Aquest corrent que flueix del sistema a través dels elements de la xarxa provoca un -caiguda de tensió sinusoïdal en ells, que "superposa" la tensió aplicada i distorsiona. La distorsió de tensió sinusoïdal es produeix a tots els nodes des de la font d'alimentació fins al receptor elèctric no lineal.

Les fonts de distorsió harmònica són:

• forns d'arc per a la producció d'acer,

• convertidors de vàlvules,

• transformadors amb característiques volt-amperes no lineals,

• convertidors de freqüència,

• forns d'inducció,

• màquines elèctriques giratòries,

• alimentat per convertidors de vàlvules,

• receptors de televisió,

• làmpades fluorescents,

• làmpades de mercuri.

Els tres últims grups es caracteritzen per un baix nivell de distorsió harmònica dels receptors individuals, però un gran nombre d'ells determinen un nivell significatiu d'harmònics fins i tot a les xarxes d'alta tensió.

Vegeu també: Fonts d'harmònics en xarxes elèctriques i Raons per a l'aparició d'harmònics més alts en els sistemes d'alimentació moderns

Les maneres de reduir la tensió no sinusoïdal es poden dividir en tres grups:

a) solucions en cadena: distribució de càrregues no lineals en un sistema de bus independent, distribució de càrregues en diferents unitats del SES amb la connexió de motors elèctrics en paral·lel amb elles, agrupació de convertidors segons l'esquema de multiplicació de fases, connexió del càrrega a un sistema de potència més alta,

b) ús de dispositius de filtratge, inclusió en paral·lel de la càrrega de filtres de ressonància de banda estreta, inclusió de dispositius de compensació de filtres (FCD);

c) l'ús d'equips especials caracteritzats per un nivell reduït de generació d'harmònics superiors, ús de transformadors "insaturats", ús de convertidors multifàsics amb característiques energètiques millorades.

Desenvolupament base elemental de l'electrònica de potència i els nous mètodes de modulació d'alta freqüència van portar a la creació a la dècada de 1970 d'una nova classe de dispositius, millora de la qualitat de l'electricitat – filtres actius (AF)... Immediatament va sorgir la classificació dels filtres actius en sèrie i paral·lel, així com fonts de corrent i tensió, que va donar lloc a quatre circuits principals.

Cadascuna de les quatre estructures (Fig. 1. 6) determina el circuit del filtre a la freqüència de funcionament: els interruptors del convertidor i el tipus d'interruptors (interruptor bidireccional o unidireccional). Com a dispositiu d'emmagatzematge d'energia en un convertidor que serveix de font de corrent (Fig. 1.a, d), s'utilitza inductància, i al convertidor, que serveix de font de tensió (Fig. 1.b, c), s'utilitza la capacitat.

Figura 1.Els principals tipus de filtres actius: a — font de corrent paral·lel; b — font de tensió paral·lela; c — font de tensió en sèrie; d — Font de corrent en sèrie

Se sap que la resistència del filtre Z a la freqüència w és igual a

Quan ХL = ХC o wL = (1 / wC) a la freqüència w, ressonància de voltatge, que vol dir que la resistència del filtre per a la component harmònica i tensió amb freqüència w és igual a zero. En aquest cas, les components harmòniques amb freqüència w seran absorbides pel filtre i no penetraran a la xarxa. El principi de disseny de filtres ressonants es basa en aquest fenomen.

En xarxes amb càrregues no lineals, per regla general, sorgeixen harmònics de la sèrie canònica, el número d'ordre dels quals és ν 3, 5, 7,. … ..

Figura 2. Circuit equivalent d'un filtre de ressonància de potència

Tenint en compte que XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), on XL i Xc són les resistències del reactor i del banc de condensadors a la freqüència fonamental, obtenim:

Un filtre que, a més de filtrar harmònics, generarà potència reactiva, i compensa la pèrdua de potència i tensió de la xarxa, s'anomena filtre de compensació (PKU).

Si un dispositiu, a més de filtrar els harmònics més alts, realitza les funcions d'equilibri de tensió, llavors aquest dispositiu s'anomena equilibri de filtre (FSU)... Estructuralment, les FSU són un filtre asimètric connectat a la tensió de línia de la xarxa. L'elecció de la tensió de línia a la qual estan connectats els circuits de filtre FSU, així com les relacions de potència dels condensadors inclosos a les fases del filtre, estan determinats per les condicions d'equilibri de tensió.

De l'anterior es dedueix que dispositius com PKU i FSU actuen simultàniament en diversos indicadors de qualitat d'energia (no sinusoïdal, asimetria, desviació de tensió). Aquests dispositius per millorar la qualitat de l'energia elèctrica s'anomenen dispositius d'optimització multifuncionals (MOU).

La conveniència en el desenvolupament d'aquests dispositius va sorgir a causa del fet que de sobte les càrregues variables del tipus forns d'acer d'arc provocar una distorsió de voltatge simultània per a diversos indicadors. L'ús del MOU ofereix una oportunitat per resoldre de manera integral el problema de garantir la qualitat de l'electricitat, és a dir. simultàniament per a diversos indicadors.

La categoria d'aquests dispositius inclou fonts d'energia reactiva estàtica d'alta velocitat (IRM).

Segons el principi de regulació de la potència reactiva, l'IRM es pot dividir en dos grups: fonts d'energia reactiva estàtica d'alta velocitat de compensació directa, fonts d'energia reactiva estàtica d'alta velocitat de compensació indirecta... Les estructures d'IRM es mostren a la figura 3. , a, b, respectivament. Aquests dispositius, que tenen una alta velocitat de resposta, poden reduir les fluctuacions de tensió. L'ajust gradual i la presència de filtres proporcionen l'equilibri i la reducció dels nivells harmònics més alts.

A la fig. 3, es presenta un circuit de compensació directa on la font d'energia reactiva "controlada" es commuta mitjançant tiristors banc de condensadors. La bateria té diverses seccions i permet variar discretament la potència reactiva generada. A la fig. 3b, la potència IRM es varia ajustant el reactor. Amb aquest mètode de control, el reactor consumeix l'excés de potència reactiva generada pels filtres.Per tant, el mètode s'anomena compensació indirecta.

Figura 3. Esquemes de blocs d'un IRM multifuncional amb compensació directa (a) i indirecta (b).

La compensació indirecta té dos desavantatges principals: absorbir l'excés de potència provoca pèrdues addicionals i canviar la potència del reactor mitjançant l'angle de control de la vàlvula condueix a una generació addicional d'harmònics més alts.