Intererenta armonicilor de ordin superior(interarmonici)

Intererenta armonicilor de ordin superior(interarmonici)

In estimarea efectului pe care un convertor il are asupra receptorilor din mediului inconjurator, un punct bun de pornire este stabilirea armonicilor de frecventa pe care convertorul le injecteaza in linia de curent alternativ. In acest mod, e posibil de identificat care sarcini adiacente convertorului sunt de presupus ca vor fi perturbate in prezenta armonicilor superioare de frecventa, si cand trebuie folosit un filtru de linie si totodata cum trebuie el dimensionat.

S-a stie ca convertorul produce armonici in reteaua de curent alternativ, de ordinul 6k 1. Acestea pot fi numite armonici caracteristice a caror prezenta este bine cunoscuta in cele mai multe lucrari ale electronicii de putere. In anumite conditii de functionare pot cauza aparitia altor componente de frecventa pe linia de curent alternativ. Acestea sunt numite interarmonici datorita fatului ca ele se situeaza intre frecventele armonicilor caracteristice.

O analiza a originii interarmonicilor poate fi obtinuta din analiza circumstantelor care anterior au detzerrminat cresterea factorului 6k 1. Aceasta a fost asociata prin calcularea iac, multiplicand id prin S(wt).

In termenii frecventei alimentarii f1 si ai integratorilor m si q, frecventele armonice si fundamentale din S(wt) sunt (6m 1)f1 in timp ce, cele din id sunt 6qf1. Fiecare componenta a frecventei din S(wt) si id este definita de o functie sinus sau cosinus.   

Atunci cand se face multiplicarea, componentele frecventei (fac) ale iac vor fi functie de suma si diferenta ale frecventelor din S(wt) si id. De aceea, fac va fi dat de:

fac ≠ (6m 1)f1 6qf1

≠f1 (15)

≠ (6k 1)f1

unde k ≠m q, si astfel pastreaza valorile de 0, 1, 2, 3, , etc.

Interarmonicile vor aparea ori de cate ori functionarea convertorului face ca frecventele din interiorul produsului dintre S(wt) si id sa difere de cele de mai sus, desigur conditionat ca componentii identificati astfel sa aiba o amplitudine diferita de zero atunci cand sunt evaluati de termenii din seriile din interiorul produsului celor doua serii Fourier. Cauzele armonicilor sunt numeroase dar in primul rand ele sunt rezultatul dezechilibrarii alimentarii, strapungerii sigurantelor si defectelor in sistemul de control al convertorului. In cele ce urmeaza sunt date doua exemple specifice.

1. Asimetria comenzilor (deschiderea tiristoarelor)

In conditii ideale, forma de unda a tensiunii de iesire pe convertor (vd) este caracterizata prin succesiunea pulsatiilor identice de tensiune, ca in Fig. 1. Totusi, daca oricare dintre semnalele de comanda care alimenteaza tiristorii convertorului apare necontrolat, atunci pulsatiile care compun aceasta forma de unda vor fi sau alungite sau comprimate. In consecinta, gradul de simetrie pastrat anterior in cadrul formei tensiunii va fi pierdut. O ilustrare a acestui comportament este in Fig.4. Aceasta arata ca id si iac sunt pentru cand sarcina convertorului este rizistiva iar unghiul de comanda este zero si se aplica tuturor tiristorilor cu exceptia unei situatii in care se impune intarzierea .

Analiza Fourier va confirma ca interarmonicile sunt prezente in iac, iar aceasta concluzie poate fi facuta si din Fig. 3 cu observatia ca forma de unda a lui iac este asimetrica pe o jumatate de perioada care sunt necesare pentru eliminarea armonicilor superioare. Armonicile superioare definite de factorul 6k 1 apar in functionarea convertorului.

Figura 4. Functionarea asimetrica a tiristorilor.

In cazul general, functionarea asimetrica va afecta vd prin cauzarea cresterii perioadei acesteia de la pana la , functie de cum va fi alterata forma sa de unda. Presupunand ca se aplica perioada maxima , toate armonicile multiple de (q) si de f1 vor aparea acum in vd si componenta lui id . In plus, vor fi modificari ale marimii pulsatiei si fazei care compun S(wt), cauzandu-i acestuia acumularea de armonici multiple (multiplii de m ale armonicii) si de f1. Ca rezultat, iac, asa cum este dat de produsul dintre S(wt) si id, va contine acum frecventele de:

(16)

De aceea, iac nu se compune doar din toate armonicile fundamentale de f1 , ci va contine si un termen de curent continuu, deoarece avem m #q. Aceasta poate fi vazuta in forma de unda a lui iac din Fig. 4.

2. Alimentari in curent alternativ cu ternsiune si frecventa variabila

Interarmonicile pot fi produse si atunci cand convertorul de 6 pulsuri face parte dintr-un sistem de alimentare in curent alternativ. Un asemenea sistem este convertorul dual de curent alternativ / curent alternativ aratat in Fig. 5, care este folosit in controlul tensiunii si frecventei. Unitatea consta dintr-un convertor de alimentare, alimentat la frecventa de sursa f1, care printr-un circuit de legatura in curent continuu unde actioneaza si un al doilea convertor a carei frecventa de iesire f2 este controlata astfel incat sa permita debitarea unor tensiuni si frecvente cerute de reteaua de curent alternativ.

Figura 7. Sistem de curent alternativ cu tensiune si frecventa variabila.

Se presupune ca ambele convertoare functioneaza intr-o maniera ideala nefiind supusi comenzilor asimetrice, dezechilibrarii alimentarii, etc. In consecinta curentii de pe circuitul intermediar de curent continuu, atribuiti convertorului marginal de alimentare, au frecvente de valoare 6qf1 si la randul lor cresc numarul armonicilor caracteristice din iac.

Convertorul dinspre motor functioneaza la frecventa f2 si ca rezultat el furnizeaza armonicile din circuitul intermediar de curent continuu la frecventa de 6if2,unde i este un integrator.

Atunci cand se comuta convertorul dinspre alimentare, apar urmatoarele frecvente interarmonice in iac:

(17)

De exemplu, criteriul aparitiei unei componente de curent continuu este dat de:

(6m ^1)f1 - 6if2 #0 (18)

Acste componente depind de valorile efective ale celor doua frecvente. Ec. 17 arata si ca daca f1 ≠ f2, interarmonicile pot fi si multiplii neintregi ai frecventei alimentarii si se vor modifica in frecventa atunci cand f2 este modificata pentru a modifica conditiile diferite de frecventa si tensiune. Anumite interarmonici sunt dificil de filtrat pentru ca frecventa lor este prea apropiata de frecventa tesiunii alternative. Anumite frecvente interarmonice pot produce cresterea cuplurilor armonice care excita rezonantele mecanice si produc niveluri neacceptabile de vibratii ale masinilor electrice din reteaua de curent alternativ adiacente.

De exemplu, s-a determinat ca pe un alternator de 720 W, armonicile produse in circuitul intermediar pot rezulta in vibratii torsionale importante ale axului rotoric. Ecuatia 17 arata si ca frecventele interarmonice pot varia din moment ce modificarile vitezei motorului vor fi facute prin modificarea frecventei f2, inclusiv fac, si pot cauza interactiunea nedorita cu filtrele acordate RLC. Aceste unitati, care sunt conectate intre doua linii de curent alternativ, au o caracteristica de impedanta - frecventa care duc la acordarea filtrului la frecente foarte joase. De aceea, daca o interarmonica de o anumita frecventa care "patrunde" in timpul functionarii unui convertor, poate sa produca rezonanta datorita inductantei sursei. Curentii si tensiunile oscilatorii pot produce o amplitudine mai mare decat a marimilor de baza daca nu s-ar folosi filtrul. O solutie a acestei probleme o ofera filtrele active. Acestea sunt circuite de comutare in electronica de putere a caror functionare este controlata astfel incat armonicile produse si transmise in circuitul de curent alternativ sa aiba o relatie anti - faza cu armonicile produse de distorsiunea undei de baza, rezultand astfel in anularea armonica. Tehnologia filtrului activ ofera posibilitatea atenuarii cu succes a interarmonicilor,simultan cu filtrele acordate pentru atenuarea armonicilor caracteristice.