&Icirc;n ultimul număr am prezentat regimurile de funcționare ale sistemelor de acționare electrică pentru motorul de cc cu excitație independentă comandat at&acirc;t pe tensiune rotorică dar și prin tensiunea de excitație. De asemeni am dezvoltat teoria regimurilor dinamice pentru motorul de cc cu excitație serie, pentru mașina asincronă cu rotorul &icirc;n scurtcircuit și pentru mașina asincronă cu rotorul bobinat. &Icirc;n final am prezentat concluziile privind eficiența energetică a acestor sisteme punct&acirc;nd necesitatea sistemelor de reglare adaptivă.

1. Introducere 

Utilitatea convertoarelor statice nu este pusă la &icirc;ndoială prin prisma aplicaţiilor &icirc;n care interesul este fie pentru reglarea turaţiei, fie pentru reglarea și controlul cuplurilor și nu &icirc;n ultimul r&acirc;nd pentru reglajul tensiunii de ieșire.

&Icirc;n toate cazurile, performanţele unui convertor static de putere din punct de vedere al sarcinii și al eficienţei energetice al conversiei, mărime de intraremărime de ieșire se reduce la calitatea tensiunii furnizate. &Icirc;n acest articol voi face exemplificarea măsurilor de eficientizare a convertoarelor statice la redresoare.

Este cunoscut că pulsaţia tensiunii redresate depinde de schema de redresare și de natura sarcinii.

Pentru o sarcină oarecare și pentru o redresare cu diode, tensiunea redresată este:

<img alt="Potarniche, ecuatie" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag1_11029871af.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 185px;" />

Rezultă din relaţia 2 ca udo(t) conţine armonice multiplu de pf.

Pentru o sarcină oarecare, &icirc;n general fundamentala udo este cea care concură la randamentul maxim al conversiei, motiv pentru care considerăm că poluarea armonică va conduce la scăderea eficienţei energetice a acestor convertoare.

&Icirc;n cazul redresoarelor comandate lucrurile arată mai rău. Valoarea medie Ūd&alpha; este:

<img alt="Potarniche, ecuatie" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag2_22fb53335b.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 476px;" />

unde &mu; este unghiul de comutaţie al ventilelor ce compun convertorul static de putere.

Din relaţiile de mai sus 3, 4, 5 se observă că:

<ul>
	<li style="text-align: justify;">Cu c&acirc;t &alpha; crește, calitatea tensiunii redresate scade (nivelul de poluare armonică a tensiunii de ieșire crește, ceea ce &icirc;nseamnă o eficienţă energetică a conversiei scăzută);</li>
	<li style="text-align: justify;">Ca c&acirc;t p crește, tensiunea redresată are o calitate sporită cu implicaţii asupra eficienţei energetice &icirc;n sensul creșterii ei.</li>
</ul>

&Icirc;n același mod se cunoaște că și curenţii absorbiţi din reţeaua de alimentare nu sunt sinusoidali.

De exemplu pentru un redresor monofazat cu punct median, pe o sarcină oarecare sau redresor monofazat &icirc;n punte, curentul absorbit dintr-o reţea sinusoidală este:

<img alt="Potarniche, ecuatie" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag3_3fd3a54a9d.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 82px;" />

deci cu o poluare armonică cu armonice de tip impar.

&Icirc;n acest caz, tot ce &icirc;nseamnă altceva dec&acirc;t fundamentală, va produce pierderi suplimentare care vor diminua randamentul conversiei.

Pentru &icirc;nlăturarea acestor efecte negative, &icirc;n tehnica utilizării convertoarelor statice se folosesc tot mai mult metode și echipamente care au rolul creșterii eficienţei energetice &icirc;n mod considerabil. &Icirc;n cele ce urmează voi aminti c&acirc;teva dintre echipamentele folosite &icirc;n acest sens, echipamente cunoscute sub numele de filtre.

2. Filtre pasive 

Una din metodele cele mai simple pentru creșterea eficienţei energetice prin &icirc;mbunătăţirea comportării convertoarelor statice at&acirc;t ca sursă c&acirc;t și ca sarcină este folosirea de filtre at&acirc;t pe partea de curent continuu c&acirc;t și pe partea de curent alternativ.

2.1 Filtre pe partea de cc 

Scopul acestor filtre este acela de a &icirc;mbunătăţi forma tensiunii sau curentului de la ieșirea convertoarelor de tip redresor. Aceste filtre sunt de tip C, L sau LC.

2.1.1 Filtru de tip C se obţine prin introducerea la ieșirea redresorului a unei baterii de condensatoare, legate &icirc;n paralel cu sarcina, cu rolul de a reduce pulsaţia tensiunii redresate.

<img alt="Potarniche, ecuatie, Filtru de tip C" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag4_c2ae816784.jpg" style="width: 500px; height: 175px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 1. Filtru de tip C</li>
</ul>

​<img alt="FIGURA 2. Filtru de tip L" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag5_a6c0962f7e.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 143px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 2. Filtru de tip L​</li>
</ul>

​<img alt="FIGURA 3. Filtru „trece jos”" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag6_11027118c0.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 147px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 3. Filtru &bdquo;trece jos&rdquo;</li>
</ul>

​<img alt="FIGURA 4. Filtru rezonant" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag7_6900daa4c5.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 147px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 4. Filtru rezonant</li>
</ul>

&Icirc;n figura 1 este prezentată schema bloc a unui asemenea filtru. De foarte multe ori, &icirc;n locul C se poate utiliza o baterie de acumulatori. Este o soluţie pentru convertoare statice de puteri mici și pentru cele &icirc;n care tensiunea de ieșire are o valoare ridicată. Dezavantajele derivă din:

<ul>
	<li style="text-align: justify;">Capacitatea C și bateriile de acumulatori au o impedanţă mică, ceea ce &icirc;nseamnă că valorile curenţilor absorbiţi din reţea sunt &icirc;nsemnaţi p&acirc;nă la &icirc;ncărcarea C;</li>
	<li style="text-align: justify;">Prezenţa C reduce durata de conducţie a ventilelor componente ale convertorului static;</li>
	<li style="text-align: justify;">Prin prezenţa C se modifică panta caracteristică de sarcină.</li>
</ul>

2.1.2 Filtru de tip L

&Icirc;n figura 2 este prezentată o asemenea aplicaţie. Rolul inducţiei L, este acela de a &bdquo;netezi&rdquo; c&acirc;t mai mult forma curentului de sarcină, adică de reducere a armonicelor curentului de sarcină id. Dezavantajele acestui tip de filtru sunt legate de:

<ul>
	<li style="text-align: justify;">Valoarea curentului de sarcină (efectul nu este constant);</li>
	<li style="text-align: justify;">Inductanţa L av&acirc;nd și o rezistenţă internă, scade eficienţa energetică datorită pierderilor rezistive;</li>
	<li style="text-align: justify;">Valoarea L modifică prin , valoarea constantei de timp a circuitului de sarcină deci se introduce o &icirc;nt&acirc;rziere a timpului de răspuns.</li>
</ul>

2.1.3 Filtre de tip LC sunt cele mai utilizate și sunt de următoarele tipuri:

a) Filtre de tip &bdquo;trece-jos&rdquo; pentru atenuarea armonicelor superioare. Un exemplu este prezentat &icirc;n figura 3.

b) Filtru de tip rezonant - Aceste filtre sunt acordate pe armonicele k, ce urmează a fi &icirc;nlăturate. Un asemenea filtru este prezentat &icirc;n figura 4

2.2 Filtre de curent alternativ 

Filtrele de curent alternativ sunt utilizate &icirc;ntre reţeaua de alimentare și convertorul static. De principiu, acest gen de filtre este folosit fie pentru efectul generalizat al acestuia, pentru un spectru larg de armonice (figura 5), fie acordat pe o anumită armonică de rang k (figura 6). Valoarea L se determină din căderea de tensiune de tip &bdquo;%&rdquo; din tensiunea de intrare Ui

Relaţia de dimensionare a celor 3 elemente La, Lk, Ck este:

<img alt="Potarniche, ecuatie" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag9_7e6390e94c.jpg" style="width: 500px; height: 63px; margin-left: 10px; margin-right: 10px;" />

<img alt="FIGURA 5. Filtru cu spectru larg" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag10_3f5b8059e5.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 192px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 5. Filtru cu spectru larg</li>
</ul>

​<img alt="FIGURA 6. Filtru rezonant pentru filtrarea armonicii K" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag11_6ff9b2599f.jpg" style="width: 500px; height: 260px; margin-left: 10px; margin-right: 10px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 6. Filtru rezonant pentru filtrarea armonicii K​</li>
</ul>

Inductanţele L&alpha; și LK sunt de obicei de construcţie &icirc;n aer, pentru diminuarea pierderilor prin efect pelicular pentru frecvenţele armonicelor de rang superior.

3. Filtre active

Filtrele active sunt echipamente cu rolul de a consuma partea poluantă a spectrului de armonice at&acirc;t pe curent c&acirc;t și pe tensiunea convertoarelor statice de putere, astfel &icirc;nc&acirc;t sursa de alimentare să ofere un curent sinusoidal pentru convertorul static și dacă este posibil, după cum vom vedea &icirc;n numărul următor, &icirc;n faza cu tensiunea de alimentare, sau/și tensiunea de ieșire a convertorului static să fie de forma ideală. &Icirc;n ambele cazuri, poziţia filtrului activ este &icirc;ntre reţeaua de alimentare și sarcina poluantă. &Icirc;n figura 7 este prezentat un filtru activ trifazat cu convertor de curent.

&Icirc;n figura 8 este prezentat un filtru activ trifazat cu convertor de tensiune. Elementele Le, C din cele două figuri sunt elemente de stocare energetică strict necesare &icirc;n utilizarea filtrelor active.

Comanda acestor filtre sunt &icirc;n producerea de semnale de referinţă luate fie din puterea instantanee absorbită, fie din componentele poluante ale curenţilor de sarcină.

<img alt="FIGURA 7. Filtrul activ trifazat cu convertor de curent" src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag12_4c5fd3a480.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 293px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 7. Filtrul activ trifazat cu convertor de curent</li>
</ul>

​<img alt="FIGURA 8. Filtru activ trifazat cu convertor de tensiune." src="https://backend.ttonline.ro/uploads/Potarnicheimag13_03d2a7d88b.jpg" style="margin-left: 10px; margin-right: 10px; width: 500px; height: 271px;" />

<ul>
	<li style="text-align: justify;">FIGURA 8. Filtru activ trifazat cu convertor de tensiune.​</li>
</ul>

4. Concluzii 

Toate soluţiile prezentate mai sus sunt luate &icirc;n calcul de specialiști funcţie de aplicaţie, de costuri și de timpi de amortizare. Indiferent &icirc;nsă de soluţie, scopul utilizării fiecăreia este de a crește randamentul aplicaţiilor industriale folosind convertoare statice de putere.

&Icirc;n modul de abordare al producerii de soluţii cu convertoare statice, specialiștii ICPE ACTEL, au &icirc;n vedere at&acirc;t filtrele statice &icirc;n cele mai multe aplicaţii dar și filtrele active &icirc;n soluţii de &icirc;naltă tehnicitate și de importanţă practică ridicată.

small_Potarnicheimagip.jpg

thumbnail_Potarnicheimagip.jpg

Potarnicheimagip.jpg

Eficienţă energetică: Sisteme de acţionare electrică (III)

Conf. dr. ing. Ion POT&Acirc;RNICHE, Director General al ICPE ACTEL din 1994, peste 38 de ani de activitate de cercetare aplicativă &icirc;n cadrul ICPE 

<ul>
	<li>Autor al: 12 invenţii brevetate, 76 lucrări publicate &icirc;n reviste de specialitate, 60 lucrări practice elaborate, 119 lucrări publicate &icirc;n sesiuni de comunicări ştiinţifice, 5 cărţi publicate.</li>
	<li>Experienţă &icirc;n managementul proiectelor de cercetare naţională, coordonator al 19 contracte de cercetare aplicativă din cadrul PNCDI</li>
	<li>Membru al: Consiliului Inovării - AMCSIT, CT 36-Electronica de Putere al Comitetului Electrotehnic Rom&acirc;n, AGIR, Patronatelor din Energetică</li>
	<li>Membru de onoare al CNR-CME</li>
	<li>Vicepreşedinte al APREL</li>
	<li>Vicepreşedinte al A.P. ENERGIA</li>
	<li>Consultant ştiinţific al Federaţiei Patronale din Construcţii de Maşini</li>
	<li>Activitate didactică la U.P.B. şi Universitatea Valahia</li>
	<li>Membru al ASTR</li>
</ul>