2tom334

9. URZĄDZENIA DO KOMPENSACJI MOCY BIERNEJ 670

9.6.6. Dławiki rezonansowe filtrów i ich podstawowe parametry

Dławiki rezonansowe filtrów są wykonywane jako jednofazowe — powietrzne lub z rdzeniem żelaznym. Te ostatnie bywają często zamknięte w kadzi wypełnionej olejem lub są zalane żywicą.

Parametrem podstawowym dławika jest jego indukcyjność L_d lub reaktancja indukcyjna X_d. Powinna się ona zmieniać liniowo ze zmianą prądu; dlatego też dławiki wykonuje się jako powietrzne (bezrdzeniowe) lub z rdzeniem żelaznym pracującym w zakresie liniowej części charakterystyki magnesowania. Dławiki rdzeniowe zajmują mniej miejsca niż. powietrzne. Pozostałe parametry dławika to prąd znamionowy, napięcie izolacji oraz straty mocy czynnej.

Dławik dobiera się do znamionowej, katalogowej mocy baterii kondensatorów, a ponieważ kondensatory te są wykonywane zwykle z tolerancją — 5, + 10% [9.28], więc dla dostrojenia filtru do zadanej częstotliwości rezonansowej dławik powinien mieć zaczepy umożliwiające regulację indukcyjności w granicach ±4%.

Jeśli filtr wyższych harmonicznych jest zasilany przez dławik zwarciowy, to reaktancję dławika rezonansowego filtru jednogałęziowego można wyznaczyć z zależności

(9.118)

przy czym: X_{ — reaktancja obliczona ze wzoru (9.116); X_ds — reaktancja dławika zwarciowego.

W przypadku zasilania dwu gałęzi filtru przez jeden dławik zwarciowy należy stosować wzory podane w [9.3]. Zasilanie trzech gałęzi filtru przez jeden dławik zwarciowy uniemożliwia dobranie odpowiednich reaktancji rezonansowych.

9.6.7. Skutki niewłaściwego doboru filtru LC

Pierwszą lub jedyną gałąź filtru należy dobrać dla harmonicznej najniższego rzędu występującej w prądzie źródła harmonicznych, nawet jeśli nie ma ona wartości dominującej. Zainstalowanie filtru o wyższej częstotliwości własnej wywoła wzrost odkształcenia napięcia i może być przyczyną uszkodzenia zarówno baterii kondensatorów filtru, jak i odbiorników w sieci.

Spowodowane to jest kształtem charakterystyki impedancji układu z filtrem przy wyższych harmonicznych. Przy częstotliwości względnej filtru n_F wystąpi w układzie rezonans szeregowy. Jednocześnie przy częstotliwości niższej istnieje biegun impedancji

J_1_____!_I-1-L-

3 5 7 9 11 >3 15

Rys. 9.18. Charakterystyki modułu impedancji węzła sieciowego / z baterią kondensatorów.

2 — z jednogałęziowym filtrem LC dla 7. harmonicznej. 3 — z dwugałęziowym filtrem dla 5. i 7. harmonicznej

1 jeśli częstotliwość ta jest równa lub bliska rzędowi jednej z harmonicznych występujących w prądzie źródła, to w układzie wystąpi rezonans równoległy.

Sytuację taką przedstawiono na rys. 9.18. Po zainstalowaniu baterii kondensatorów o mocy wynikającej z potrzeb kompensacji wystąpiłby rezonans równoległy przy częstotliwości względnej bliskiej 7. Dobranie filtru LC dla 7. harmonicznej spowoduje wystąpienie rezonansu dla 5. harmonicznej (krzywa 2). Należy więc zainstalować filtr dwugałęziowy dla 5. i 7. harmonicznej.

W filtrze dwu- lub więcej gałęziowym nie wolno wyłączyć gałęzi o częstotliwości najniższej wówczas, gdy pracuje gałąź o częstotliwości wyższej. Analogicznie, nie wolno załączyć gałęzi o częstotliwości wyższej, jeśli nie pracuje gałąź harmonicznej najniższego rzędu.

Wprawdzie w oszczędnościowych rozwiązaniach filtrów o kilku gałęziach można pominąć jedną z gałęzi pośrednich (ale nie o częstotliwości najniższej, np. zamiast gałęzi F5 + F7+F11 można dać tylko gałęzie F5 + F11). Wymaga to jednak odpowiedniego dobrania mocy baterii poszczególnych gałęzi i dokładnego sprawdzenia, czy nic wystąpi ich przeciążenie [9.4],

9.6.8. Filtry aktywne

Rozwój w pełni sterowanych półprzewodnikowych elementów mocy, takich jak GTO, MOSFET, 1GBT stworzył duże możliwości w zakresie konstruowania nowych urządzeń do kompensacji mocy biernej. Wykorzystując te elementy można realizować inwertory pracujące jako tzw. filtry aktywne. Urządzenia te mogą wywoływać prądy bierne o przebiegach wynikających z definicji S. Fryzcgo (9.42), a więc prądy zawierające nie tylko podstawową harmoniczną prądu biernego, ale również składową symetryczną przeciwną podstawowej harmonicznej oraz wyższe harmoniczne prądu.

Filtr aktywny zrealizowany jako inwertor napięcia przedstawiono na rys. 9.19. Do sterowania filtrem należy z przebiegów faz kompensowanego odbiornika wydzielić czasowe przebiegi składowych biernych prądów wg S. Fryzego i żądać od filtru generowania prądów biernych o znaku przeciwnym w stosunku do prądów odbiornika.

Istnieje wiele sposobów przełączania elementów' inwertora. Zasadą jest, że w każdej gałęzi mostka (w danej chwili) jeden łącznik jest zwarty, a drugi rozwarty. Powstaje w ten sposób 6 kombinacji przyłączenia kondensatora wyjściowego do źródła energii oraz

2 kombinacje realizujące zwarcie faz źródła poprzez indukcyjne rcaktancje wejściowe. Jednym z najbardziej pojęciowo oczywistych sposobów sterowania inwertorem filtru aktywnego jest zastosowanie, w' każdej fazie, histerezowego regulatora prądu.

Czasowe przebiegi prądów biernych kompensowanego odbiornika (określonych zgodnie z definicją S. Fryzego) są wydzielane z przebiegów' poszczególnych jego faz w układzie pomiarowym MIQ. Prądy filtru aktywnego, poza składową bierną, muszą zawierać składową czynną pokrywającą straty mocy w elementach filtru aktywnego. Wartość składowej czynnej prądu określana jest tak, by stabilizować napięcie na kondensatorze wyjściowym (na poziomic zbliżonym do podwojonej amplitudy napięcia fazowego). Sygnał wyjściowy regulatora napięcia RN (o strukturze PI) jest mnożony w mnożarkach M przez sygnały proporcjonalne do napięć poszczególnych faz otrzymywane na wyjściu bloku pomiaru napięć fazowych MU. W wyniku tego mnożenia uzyskuje się czasowe przebiegi składowych czynnych prądów poszczególnych faz niezbędnych do stabilizacji napięcia na kondensatorze filtru C_d, a więc kompensujących straty mocy czynnej w filtrze.

Różnice pomiędzy czasowymi przebiegami prądów biernych potrzebnych do kompensacji prądów biernych odbiornika (powiększonych o przebiegi składowych czynnych zapewniających poprawną pracę filtru) a przebiegami prądów wejściowych filtru aktyw'-