FERYSTER® WSTĘP | |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
Powszechnie wiadomo, że energia elektryczna wytwarzana jest w elektrowniach i przesyłana do odbiorców przy pomocy napowietrznych tudzież naziemnych linii energetycznych. Linie przesyłowe pracują w przedziale napięć od 0.4 kV nawet do 750 kV. Niezależnie od tego, czy odbiorcą końcowym jest duży zakład produkcyjny, czy gospodarstwo domowe i pomijając sposób pozyskiwania energii zachodzi potrzeba odpowiedniego dostosowania parametrów napięcia zasilającego takich jak:
Żądane parametry zasilania uzyskuje się w wyniku zastosowania rozmaitych urządzeń elektroenergetycznych takich jak transformatory, silniki elektryczne, przekształtniki energoelektroniczne itd. W ostatnich latach odnotowano znaczący postęp w dziedzinie produkcji elementów półprzewodnikowych, które stają się coraz mniejsze i bardziej niezawodne. Stosowanie nowych rozwiązań umożliwia ciągłe doskonalenie urządzeń energetycznych. W niniejszej publikacji autor postara się przybliżyć podstawowe właściwości wybranych układów przekształtników energoelektronicznych. W miarę upływu czasu wiadomości będą uzupełniane. Podstawowe parametry jakości przekształcania energii elektrycznej
Przebiegi napięć i prądów w sieci energetycznej teoretycznie powinny
mieć kształt sinusoidalny, w praktyce jednak są odkształcone. Parametry
urządzeń i stopień odkształcenia sygnałów określane są przy pomocy
różnych współczynników, w niniejszej sekcji przedstawione zostaną
wybrane z nich.
Klasyczne definicje mocy zostały opisane juz w XIX wieku przy założeniu, że prądy i napięcia mają przebiegi sinusoidalne.
W
rzeczywistości zagadnienia związane z przepływem energii w obwodach
elektrycznych obciążonych nieliniowymi odbiornikami, należy mieć na
uwadze, są w znacznym stopniu zawiłe. Warto w tym miejscu nadmienić, że
dyskusja rozpoczęta przez Steinmetz'a w 1892 roku na temat definicji
mocy nie została jednoznacznie zamknięta. Ważnym wkładem w tej materii
jest teoria mocy według Czarneckiego, przy pomocy której można wyjaśnić
wszystkie zjawiska związane z przepływem energii w obwodzie
elektrycznym.
Miarą przesunięcia pomiędzy prądem a napięciem jest współczynnik mocy:
Współczynnik mocy jest równy jedności w przypadku, gdy obciążenie jest czysto rezystancyjne. W praktyce mamy do czynienia z obwodami RLC. Wartość ? zawiera się w przedziale [0 1], w idealnym przypadku równa jest 1. Współczynnik mocy można doprowadzić do jedności w wyniku zastosowania filtrów pasywnych lub aktywnych. Składowe harmoniczne Każdy okresowy przebieg można rozłożyć na szereg funkcji sinusoidalnych o różnej amplitudzie i częstotliwości będącej wielokrotnością częstotliwości podstawowej. Składowe sygnału nazywa się harmonicznymi i oblicza za pomocą przekształcenia Fouriera. Zakładając, że przebieg funkcji f(t) jest okresowy, a okres wynosi T, to można dany przebieg wyrazić za pomocą szeregu Fouriera.
Im większa jest wartość współczynnika n, tym większa jest dokładność aproksymacji. Harmoniczna podstawowa ma częstotliwość równą częstotliwości sygnału odkształconego. Częstotliwość pozostałych harmonicznych jest wielokrotnością częstotliwości podstawowej harmonicznej. Na rysunku poniżej przedstawiono przykładowy rozkład przebiegu sinusoidalnego o amplitudzie a i częstotliwości podstawowej 50 Hz, pokazano pierwszą, trzecią oraz piątą harmoniczną.
Amplitudy kolejnych harmonicznych h1, h3 i h5 opisuje się w następujący sposób:
Miarą deformacji dowolnego przebiegu a spowodowanego przez wyższe harmoniczne jest procentowy współczynnik deformacji THD - (Total Harmonic Distortion), wyrażony wzorem:
Przy przebiegach o częstotliwości podstawowej 50 Hz, THD liczy się do
60 harmonicznej, ponieważ następne harmoniczne nie maja dużego wpływu
na sygnał. Sterowanie
Każde, nawet najbardziej skomplikowane urządzenie jest bezwartościowe
bez odpowiedniego układu sterowania. Impulsy sterujące pracą łączników
uzyskuje się w różny sposób. Najbardziej popularną metodą jest
modulacja szerokości impusów - PWM.
Regulatory
pracują w dwóch konfiguracjach, mianowicie jako układy sterowania
otwarte, w których na sterownik nie mają wpływu parametry regulowanego
urządzenia oraz na układy regulacji automatycznej połączone z
wielkością wyjściową urządzenia za pomocą sprzężenia zwrotnego. |