CUPRINS

GE:!\"ERALIT Ă ŢI ASUPRA CONvERTOARELOR STATI CE DE PUTERE ................................. 1

1.1 Defmiţi.i. Clasificare. Loc .......................................................................................................... 1 1.2 Caracterizarea formelor de undă nesinusoidale ......................................................................... 4 1.3 Puterea în regim sinusoidal ..................................................................................................... 10 1.4 Puteri în regim nesinusiodal .................................................................................................... 12

2 REDRESOARELE ........................................................................................................................ 17

2.1 Defmiţi.i. Clasificare. Ipoteze de studiu ................................................................................... 17 2.2 Transformatorul ..................................................................................................................... 19 2.3 Comutaţia ideală şi comutaţia reală ......................................................................................... 22 2.4 Influenţa sarcinii ..................................................................................................................... 24

2.4.1 Funcţionarea cu sarcină rezistivă R .................................................................................. 24 2.4.2 Funcţionarea cu sarcină rezistiv-inductivă RL serie .......................................................... 27 2.4.3 Funcţionarea cu sarcină rezistiv-inductivă RL serie şi diodă de regim liber (DRL) .......... 30 2.4.4 Funcţionarea cu sarcină RC-paralel .................................................................................. 33 2.4.5 Funcţionarea cu sarcină având tensiune electromotoare E ................................................ 36 2.4.6 Concluzii ......................................................................................................................... 43

2.5 Funcţionarea cu sarcină normală ............................................................................................. 43 2.6 Tensiunea redresată la bome: în gol şi în sarcină ..................................................................... 45 2. 7 Redresoare necomandate ........................................................................................................ 46

2.7.1 Redresoare monofazate ................................................................................................... 46 2. 7.2 Concluzii asupra redresoarelor monofazate ...................................................................... 51 2. 7. 3 Redresoarele trifazate ...................................................................................................... 5 2

2.7.3.1 Redresorul cu punct median ..................................................................................... 52 2. 7.3.2 Redresorul în stea hexafazată cu punct median ......................................................... 56 2. 7 .3.3 Transforrnatoarele trifazate pentru scheme cu punct median.

Calculul curenţilor primari ....................................................................................... 59 2.7.3.4 Redresorul în punte .................................................................................................. 63 2.7.3.5 Groparea schemelor redresoare ................................................................................ 71

2.7.4 Sinteză asupra valorilor tensiunii de mers în gol Udo a redresoarelor ............................... 83

2.8 Redresoare comandate. Control de fază. Calculul valorii medii a tensiunii în gol ~o: a redresorului comandat.. .................................... 85

2.9 Comutaţia reală. Calculul căderii de tensiune reactivă UIJ. datorită comutaţiei .......................... 89

2.9.1 Calculul unghiului de comutaţie )1. ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••• 95

2.9.2 Calculul lui U li în funcţie de reactanţa de scăpări Xk ......•.........•.....•.....•..•.•..................... 98

2.9.3 Calculul lui )1. în funcţie de Z,,u,c şi J; ......................................................................... 100

2.9.4 Calculul nutnărolui caracteristic z, al căderii reactive de tensiune .................................. 101

2.9.5 Calculul lui V~" în funcţie de z,,u,c şi J; ..................................................................... 102

Cuprins

2.10 Căderea rezistivă de tensilme. Calcul .................................................................................. 103 2.11 Caracteristica externă (de sarcină) a redresorului ................................................................. 106 2.12 Funcţionarea în scurtcircuit Calculul raportulUi de scurtcircuit

pentru schemele de redresare ................................................................................................ 109 2.12.1 Redresorul de tip paralel ............................................................................................... 110 2.12.2 Redresorul de tip paralel dublu ..................................................................................... 112 2.12.3 Redresorul de tip serie .................................................................................................. 114

2.13 Redresorul în punte semicomandată (punte mixtă) ............................................................... 115 2.13.1 Puntea semicomandată (mixtă) monofazată. .................................................................. 116 2.13.2 Puntea semicomandată (mixtă) trifazată ........................................................................ 121

2.14 Funcţionarea redresorului comandat în regim de invertor .................................................... 125 2.15 Redresorul comandat, cu diodă de regim liber. ..................................................................... 133

3 FUNCŢIONAREA REDRESOARELOR CU SARCINĂ REALĂ ............................................... 137

3.1 Generalităţi ............................................................................................................................ 137 3.2 Conducţia intermitentă a redresorului P3 (M3) ....................................................................... 138 3.3 Conducţia intermitentă. Generalizarea rezultatelor ................................................................. 143

3.3.1 Inductanţa echivalentă a circuitului pentru diverse scheme de redresare ......................... 143 3.3.2 Regimul de conducţie intermitentă .................................................................................. 144

3.4 Consideraţii legate de comanda tiristoarelor pentru funcţionarea în regim de conducţie discontinuă ......................................................................................... 149

4 CONVERTOARELE "IN PATRU CADRANE" CU COMUTAŢlENATIJR.ALĂ ..................... 151

4.1 Generalităţi. Clasificare ......................................................................................................... 151 4.2 Convertoare în patru cadrane fără curent de circulaţie ............................................................ 152 4.3 Convertoarele "în patru cadrane" cu curent de circulaţie ........................................................ 157

5 INTERACŢIUNILE: REDRESOR-SARCINĂ; REDRESOR-REŢEA. CONCLUZII ASUPRA REDRESOARELOR .............................................................................. 163

5.1 Locul redresorului ................................................................................................................. 163 5.2 Pulsaţiile tensiunii redresate ................................................................................................... 164 5.3 Comportarea în scurtcircuit. ................................................................................................... 170 5.4 Puterile aparente de calcul ale transformatorului. Factorii de putere ....................................... 171 5.5 Curenţii absorbiţi de la reţea .................................................................................................. 172 5.6 Perturbaţiile tensiunii de alimentare ....................................................................................... 180 5.7 Consideraţii asupra puterilor absorbite ................................................................................... 180 5.8 Reducerea puterii reactive absorbite ....................................................................................... 185 5. 9 Filtrele pasive ........................................................................................................................ 189

5. 9.1 Filtrele pe partea de curent continuu ............................................................................... 189 5.9.2 Filtrele pe partea de curent alternativ .............................................................................. 190

5.1 O Concluzii asupra redresoarelor ......................................................... -. .................................. 192

6 VARIATOARELEDE TENSIUNE ALTERNATIVĂ ................................................................. 193

6.1 Generalităţi ............................................................................................................................ 193 6.2 VTA monofazate ................................................................................................................... 194

6.2.1 VTA format din două tiristoare montate antiparalel (sau un triac) ................................... 194 6.2.1.1 Funcţionarea cu sarcină R (fig. 6.2,b) ...................................................................... 195 6.2.1.2 Funcţionarea cu sarcină RL (fig. 6.2,c) .................................. ::.: .............................. J-27

6.2.2 VT A constituit dintr-o punte monofazată şi un tiris tor ..................................................... 200 6.2.3 VTA cu triac comandat prin intermediul unui diac .......................................................... 202 6.2.4 Alte tipuri de VT A monofazate ....................................................................................... 206

6.3 VT A trifazate ........................................................................................................................ 206

vm

Cuprins

6.3.1 VTA format din două tiristoare montate în antiparalel pe fiecare fază ............................. 207 6.3.2 Alte scheme de VTA trifazate ......................................................................................... 210

6.4 Utilizarea VTA .......... .':.~ ..................................................................................................... 211

7 CONVERTOAREDEFRECVENŢĂ CU G?MUTAŢIENATIJRALĂ ....................................... 213

7.1 Cic!oconvertoare monofazate ................................................................................................. 213 7.1.1 Determinarea unghiurilor de comandă ~ şi a 2 .•.••..•...•..•.•.••.••••....•••.....••••..•...•......•.....•. 217

7.1.2 Undă de referinţă sinusoidală .......................................................................................... 217 7 .1.3 Undă de referinţă trapezoidală ........................................................................................ 220

7.2 Cicloconvertoare trifazate ...................................................................................................... 222 7.3 Multiplicatoare de frecvenţă .................................................................................................. 224

7.3.1 Multiplicatoare de frecvenţă printr-un număr impar (k=2q+l) ........................................ 225 7.3.2 Multiplicatoare de frecvenţă printr-un număr par (J..:=2q) ................................................. 226 7.3.3 Multiplicatoare de frecvenţă printr-un număr fracţionar .................................................. 227

8 CHOPPERELE(V ARIATOARELE DE TENSIU:t-.'E CONTINUĂ-VTC) ..................................... 229

8.1 Generalităţi. Clasificare ......................................................................................................... 229 8.2 Choppere (VTC) pentru un cadran ......................................................................................... 231

8.2.1 Chopperul coboritor (serie) ............................................................................................ 231 8.2.1.1 Funcţionarea cu sarcină RL ..................................................................................... 233 8.2.1.2 Funcţionarea cu sarcină RLE ................................................................................... 237

8.2.2 Alte structuri de chopper coborâtor. ................................................................................ 241 8.2.2.1 Chopperul cu tiristor şi stingere comandată .............................................................. 241 8.2.2.2 Chopperul cu stingere pe catod ................................................................................ 247 8.2.2.3 Chopperul cu circuit oscilant de stingere .................................................................. 248

8.2.3 Chopperul ridicător (paralel) ........................................................................................... 251 8.2.3.1 Funcţionarea. ........................................................................................................... 251 8.2.3.2 Chopperul ridicător (paralel) cu tranzistor.. .............................................................. 252

8.2.4 Chopperul coboritor şi ridicător (serie-paralel) ............................................................... 260 8.2.5 Comanda chopperelor ..................................................................................................... 267

8.3 Choppere pentru două cadrane· ............................................................................................... 269 8.4 Choppere pentru patru cadrane .............................................................................................. 274

9 J:t'..'"VERTOARE CU COMUTA ŢIE COMANDATĂ .................................................................... 281

9.1 Clasificare ......................................................................................................................... , ... 281 9.2 Invertoare de tensiune cu tensiune dreptunghiulară la ieşire ................................................... 282

9. 2.1 Invertorul paralel ............................................................................................................ 283 ·• 9.2.1.1 Funcţionarea cu sarcină rezistivă ............................................................................. 283 9.2.1.2 Funcţionarea cu sarcină rezistiv-inductivă.. .............................................................. 287 9.2.1.3 Funcţionarea cu diodă de regim liber ....................................................................... 288

9. 2. 2 Invertorul monofazat în semipunte .................................................................................. 294 9.2.3 Invertorul în punte monofazată ....................................................................................... 299

9.2.3.1 Comanda simetrică cu undă plină ............................................................................ 300 9.2.3.2 Comanda asimetrică cu undă plină.. ......................................................................... 304 9.2.3.3 Invertoare monofaiate în punte cu tiristoare ............................................................. 309 A. Schema Bedford- Mc Murray ........................................................................................ 310 B. Schema Mc Murray ........................................................................................................ 311

9.2.4 Invertoare trifazate de tensiune ....................................................................................... 322 9.2.4.1 Comanda cu undă plină. Ecuaţiile de tensiune ale invertorului.

Reprezentarea în complex a funcţionării invertorului ............................................... 322 9.2.4.2 Comanda invertorului trifazat funcţionând cu sarcină echilibrată

după programul de 180° ........................................................................................ 327

IX

Cuprins

A. Sarcina echilibrată conectată în stea (fig. 9.29) ............................................................... 327 B. Sarcină echilibrată conectată în trilmghi .......................................................................... 331 C. FlUlcţionarea cu fir neutru şi sarcină dezechilibrată ............... , ......................................... 334 9.2.4.3 Invertoare trifazate cu tiristoare ............................................................................... 339 A. Invertoare de tensilme trifazate cu stingere independentă ................................................ 339 B. Invertoare de tensilme trifazate cu stingere autonomă ...................................................... 343

9.3 Invertoare de tensilme cu semnal sintetizat la ieşire ................................................................ 345 9.3.1 Baza matematica. ............................................................................................................ 345 9.3.2 Scheme monofazate de invertoare de tensilme cu semnal la ieşire sintetizat .................... 346

9.4 Invertoare de curent cu curent dreptunghiular la ieşire ........................................................... 349 9.4.1 Invertorul de curent monofazat Comanda cu Wldă plină ................................................. 349

9.4.1.1. FlUlcţionarea cu sarcină inductivă ............................................................................ 350 9.4.1.2 Flmcţionarea cu sarcină capacitivă ........................................................................... 351 9.4.1.3 Concluzii ................................................................................................................. 351

9.4.2 Invertorul de curent trifazat Comanda cu Wldă plină ...................................................... 352 9.4.2.1 Sarcina echilibrată conectată în stea ......................................................................... 353 9.4.2.2 Sarcina echilibrată conectată în triunghi ................................................................... 355 9.4.2.3 Concluzii ................................................................................................................. 357

9.4.3 Invertoare de curent trifazate cu tiristoare ....................................................................... 359 9.4.3.1 Invertoare de curent cu stingere independentă .......................................................... 359 9.4.3.2 Invertoare de curent cu stingere autonomă ............................................................... 360

9.5 Consideraţii asupra dispozitivelor semiconductoare ale invertorului, alimentării şi sarcinii lui ........................................•............................................................... 364

9.5.1 Dispozitivele semiconductoare ale invertorului ............................................................... 364 9.5.2 Alirnentarea şi reversibilitatea invertorului monofazat.. .................................................... 366

9.5.2.1 Alimentarea de la o baterie de acwnulatoare ............................................................ 367 9.5.2.2 Alimentarea de la lUl redresor conectat la reţeaua de curent alternativ ...................... 368

9.5.3 Sarcina invertorului ........................................................................................................ 370 J 9.6 Invertoare de tensilme comandate pe principiul modulării irnpulsurilor de comandă în durată

(MID, în limba franceză MLI, în limba engleză PWM) ......................................................... 371 9.6.1 Generalităţi ...................................................................................................................... 371 9.6.2 Invertorul monofazat în semiplmte comandat pe principiul modulaţiei sinusoidale ........... 372

9.6.2.1 Arrnonicile tensiunii de ieşire .................................................................................. 375 9.6.2.2 Alegerea frecvenţelor (fP şi fr) şi a parametrilor modulaţiei (m şir) ....................... 379

9.6.3 Invertorul în plmte monofazată, comandat pe principiul modulaţiei sinusoidale ............... 380 9.6.4 Invertorul trifazat în punte comandat Pe principiul modulaţiei sinusoidale ...... : ................ 384

9.7 Invertoare de curent comandate pe principiul modulaţiei irnpulsurilor de comandă în durată (MID,_MLI, PWM) ................................................................................................. 386

9.7.1 Invertorul trifazat de curent comandat pe principiul modulaţiei sinusoidale ..................... 386 9.8 Alte metode de modulare a irnpulsurilor de comandă în durată. .............................................. 390

9.8.1 Modulaţia calculată (nwnerică) ....................................................................................... 390 9.8.1.1 Comanda prin MID calculată la invertoarele de tensilme .......................................... 391 9.8.1.2 Comanda prin MID calculată la invertorul de curent trifazat .................................... 398

9.8.2 Modulaţia MID fazorială ................................................................................................ 401 9.8.2.1 Algoritmul de calcul specific zonelor de liniaritate ................................................... 402 9.8.2.2 Algoritmul de calcul specific zonelor de supramodulare .......................................... 407

9.9 Invertoare de tensilUle multinivel ........................................................................................... 411 9.9.1 Aspecte specifice întreruptoarelor de înaltă tensilme ....................................................... 411 9.9.2 lnvertorul trifazat de tensilUle cu plmct neutru flotant. ...................................................... 412

9.9.2.1 Definirea tensiunilor de pol în funcţie de variabilele de comandă ............................. 413 9.9.2.2 Modulaţia MID c1ipolară ............................................. "-.......................................... 414

9.9.3 Invertorul de tensilme multinivel cu celule de comutaţie imbricate ................................... 415

X

Cuprins

9.9.3.1 Stuctura de bază pentru două celule de comutaţie ..................................................... 415 9.9.3.2 Generalizare pentru n celule de comutaţie ................................................................ 416 9.9.3.3 Strategia de comandă. .............................................................................................. 417 9.9.3.4 lnvertorul în trei nivele ............................................................................................ 418 r

9.10 Invertoare cu circuit rezonanL .............................................................................................. 420

9.10.1 lnvertoare cu circuit rezonant serie···········"-·································································· 420 9.10.2 lnvertoare cu circuit rezonant paralel .......... :::-:-: ............................................................. 425 9.10.3 Comparaţie între invertorul cu circuit rezonant serie şi cel cu circuit rezonant paralel.. .. 429

9.11 Convertoare de frecvenţă indirecte ....................................................................................... 429 9 .11.1 Convertoare de frecvenţă cu comutaţie comandată ........................................................ 430 9.11.2 Convertoare de frecvenţă cu sarcină cu circuit rezonant ................................................ 430

10 CONVERTOARE NEPOLUM'TE ŞI Fll ... TRE ACTIVE ........................................................... 433

10.1 Convertoarele cu absorbţie sinusoidală de curenL ................................................................. 435 10.1.1 Preregulatoare pentru corecţia factorului de putere (P.f.C.) ........................................... 435 10.1.2 Redresorul cu modulaţie a impulsurilor în durată (MLI) ................................................ 439

10.1.2.1 Redresorul monofazat cu M.L.I. ............................................................................ 439 10.1.2.2 Redresorul trifazat cu M.L.I. ................................................................................. 440

10.2 Filtrajul activ ....................................................................................................................... 441 10.2.1 Principiul f!.ltrajului activ .............................................................................................. 442 10.2.2 Configuraţia lmui f!.ltru activ ............................................................... , ......................... 443 1 0.2.3 Comanda f!ltrelor active trifazate .................................................................................. 444

10.2.3.1 Comanda utilizând conceptul de putere instantanee ................................................ 444 10.2.3.2 Comanda prin extragerea componentelor poluante din curenţii de sarcină .............. 447

10.2.4 Comanda ft.ltrelor active monofazate ............................................................................. 450 10.2.5 Dimensionarea elementelor din circuitul de forţă .......................................................... 450

10.2.5.1 Noţilmea de funcţie de conversie ............................................................... : ........... 450 10.2.5.2 Sistemul de mărimi riportate ................................................................................. 453 10.2.5.3 Exemplu ................................................................................................................ 454 10.2.5.4 Dimensionarea f!ltrelor de intrare ale f!ltrelor active .............................................. 457

10.2.6 Filtrajul activ serie ........................................................................................................ 460 10.2.6.1 Filtrul activ serie comandat în tensilme .................................................................. 461 10.2.6.2 Filtrul activ serie comandat în curent ..................................................................... 461

Il PROTECŢIA CONVERTOARELOR STATICE DE PUTERE ................................................... 462

11.1 Principii de bază utilizate. Elaborarea schemei de protecţie .................................................. 462 11.·2 Protecţia în curent ............................... , ............................. , .................................................. 463 11.3 Protecţia în tensilme ............................................................................................................. 4 71

11.3.1 Sursele de supratensilme ............................................................................................... 471 11.3.1.1 Supratensiunile repetitive ....................................................................................... 472 11.3 .1.2 Şupratensiunile aleatoare ....................................................................................... 4 7 4

11.3.2 Posibilităţile de protecţie la supratensiuni ...................................................................... 474 11.3.3 Protecţia la supratensiuni a redresoarelor ...................................................................... 476

11.4 Concluzii ............................................................................................................................. 480

12 DISPOZITIVELE FACTS IN REŢELELE ELECTRICE DE TRANSPORT ............................... 481

12.1 Condiţiile care au dus la apariţia şi dezvoltarea dispozitivelor FACTS .................................. 481 12.2 Obiectivele FACTS ............................................................................................................. 482 12.3 Flmcţionarea dispozitivelor F ACTS ..................................................................................... 482 12.4 Diferite tipuri de FACTS ..................................................................................................... 484

12.4.1 TCSC- Thyristor Controlled Series Capacitor .............................................................. 484 12.4.2 TCSCR- Thyristor Controlled Series Capacitor & Reactor: .......................................... 485

XI

Cuprins

12.4.3 SVC- Static Var Compensator······.·············································································· 485 12.4.4 ASVC- Advanced Static Var Compensator ................................................................. 486 12.4.5 UPFC- Unified Power Flow Controller ....................................................................... 487

12.5 Posibilităţile de acţhme ale unui sistem UPFC ...................................................................... 488

BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................................. 493

XII