Inflenta consumatorilor neliniari asupra celor linari

Inflenta consumatorilor neliniari asupra celor linariCalitatea energiei electrice

5/5/2015Universitatea Politehnica Bucuresti. Facultatea de Inginerie ElectricaHaralambie Alexandru,Anghel Alexandru,Ghivu BogdanGrupa 143SE

Introducere:Consumator neliniar= echipanent prin care curentul nu variaza proportional cu tensiunea. (ex:dioda si in general elementele semiconductoare)Utilizarea pe scar larg a receptoarelor cu caracteristici neliniare determincirculaia unor cureni armonici inteni n reeaua electric, cu efecte perturbatoare asuprainstalaiilor electrice. Deformarea curbelor de tensiune i curent va caracteriza ntregulsistem.Clasificare:

Receptoare de putere unitar mic, de larg rspndire aparate electrocasnicemoderne, utilitile profesionale;

Sarcini de putere unitar medie, cu rspndire frecvent echipaemntele pentrucomanda vitezei variabile la motoare, instalaiile de aer condiionat de putere medie,instalaiile de nclzire industriale ;

Sarcini de putere unitar mare, cu rspndire redus - echipamentele industrialede putere.

Sursa:[ http://retele.elth.ucv.ro/Rusinaru%20Denisa/mce2009_site/mce%20curs%205.pdf]In cazul de fata voi studia influent ape care o are un redresor trifazat necomandat,ce alimenteaza pe rand o un cons. R si unul RL, aspupra unor consumaotri liniari cum ar fi R,RC,RL:CAZUL 1: Redresorul necomandat alimenteaza un cosumator rezistiv si cosnumatorul linar este tot de tip rezistv:Schema:

Tensiunea de limentare:

Curentul care trece prin consumatorul neliniar:

OBS:Dupa cum se poate observa,curentul nu mai variaza sinusoidal lucru care determina aparitia armonicilor in sistem:

OBS: Deoarece este vorba de o pute redresoare trifazata necomandata cu 6 pulsuri armonica de ordin 3 lipseste, sunt vizilile armonicile de rang 5, 7, 11, 13.Doar 5 si 7 au valori de luat in calcul. Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzator:ArmonicaamplitudineaImax [A]

Fundamentala5057.5

52507.82

73503.18

Calculul factorului total de distorsiune(Total Harmonic Distortion):

Se va studia curentul de pe consumatorul liniar:

OBS: Curentul nu variaza sinusoidal ci cum se poate vedea mai sus. Prin urmare prezenta consumatorului neliniar determina aparitia de armonici si pe consumatorul liniar dar cu valori de varf mai mici(cum se poate observa mai jos)

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzator:ArmonicaAmplitudineaImax[A]

Fundamentala5032.2

52503.8

73501.8

OBS: Distributia totala a armonicilor este mai mica in cazul consumatorului neliniar.

Alte observatii:Consumul de putere activa si reactiva comparatie:Cons.neliniar:

Cons.liniar:

OBS: Consumul de putere reactiva pe consumatorul rezistiv este 0.

CAZUL 2: Redresorul necomandat alimenteaza un cosumator rezistiv si cosnumatorul linar este de tip rezistv-capacitiv:

Schema:

Curentul care trece prin consumatorul neliniar:

Analiza FFT pentru curentul prin consumatorul neliniar:

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzator:ArmonicaAmplitudineImax[A]

Fundamental5059.024

52507.244

73503

95501.13

116500.71

OBS: In acest caz se observa ca armonicile de ordin 9 si 11 au valori ale curentului de varf considerabile.

Curentul prin consumatorul liniar:

Analiza FFT pentru curentii ce strabat consumatorul liniar:

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzator:ArmonicaAmplitudine [Hz]Imax[A]

Fundamental25024.28

53504.6

74502.46

95501.3

116501.15

OBS: Fata de cazul anterior valoearea THD este considerabil mai mare ceea ce inseamna ca asupra consumatorilor capacitivi armonicile generate de redresor se manifesta mai intens.Alte observatii:Consumul de putere activa si reactiva pentru consumatorul neliniar:OBS:In cazul cosumatorului liniar,fiind vorba de sarcina capacitiva, este injectata in retea putere reactiva:

CAZUL 3: Redresorul necomandat alimenteaza un cosumator rezistiv si cosnumatorul linar este de tip rezistv-inductiv:

Schema:

Curentul pentru sarcina neliniara:

Analiza FFT pentru curentul ce travereaza sarcina neliniara:

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzator:ArmonicaAmplitudinea [Hz]Imax[A]

Fundamentala5053.95

52507.9

73502.8

94501

115500.42

OBS:Valoarea THD a crescut fata de cazurile precedente

Curentul prin sarcina liniara:

Analiza FFT a curentului prin sarcina liniara:

OBS: Graficul analizei FFT arata doar armonica fundamentala a curentului ceea ce inseamna ca acest tip de consumator liniar reduce numarul de armonici.

Alte observatii:Consumul de putere active si reactiva pentru consumatorul neliniar

Consumul de putere active si reactiva pt consumatorul liniar

OBS: In acest caz consumatorul liniar consuma putere reactiva. Dupa cum se observa din grafic consumul de putere reactiva este mai mare decat cel de putere activa.

CAZUL 4: Redresorul necomandat alimenteaza un cosumator rezistiv-inductiv si cosnumatorul linar este de tip rezistv-inductivSchema:

Curentul care parcurge cosumatorul neliniar:

Anaiza FFT pt. cons neliniar:

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzator:ArmonicaAmplitudine[Hz]Imax[A]

Fundamentala5051.38

52506.82

73503

94500.914

115500.3

OBS: In acest caz s-a inregistrat o scadere a THD pentru consumatorul neliniar ce alimenteaza o sarcina RL.

Curentul pentru consumatorul liniar:

Analiza FFT pt curentul ce parcurge cons. Liniar:OBS: Ca si in cazul 3 in care cosnumatorul liniar este constituit dintr-un circuit RL graficul arata doar armonica fundamentala. Deci cum am spus si mai sus consumatorul RL reduce nr. de armoniciAlte observatii:Consumul de putere active si reactiva pt sarcina neliniara:P si q pentru sarcina liniara:

CAZUL 4: Redresorul necomandat alimenteaza un cosumator rezistiv-inductiv si cosnumatorul linar este de tip rezistv-capacitiv:Schema:

Curentul ce trece prin consumatorul neliniar:

Analiza FFT a curentului din cons. Neliniar

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzatorArmonicaAmplitudine[Hz]Imax[A]

Fundamentala5053.55

52506.42

73502.98

94500.48

115501

Curentul de pe consumatorul liniar:

Analiza FFT a curentului de pe consumatorul RC:OBS: deoarece consumatorul linar este RC armonicile de frecventa ridicata au crescut dupa cum urmeaza in fabelul urmator:ArmonicaAmplitudinea[Hz]Imax[A]

Fundamentala5023.7

52504.13

73502.35

94500.13

115501.12

OBS: Am obtinut valori similare cu cele din cazul2 ale THD. Repartitia armonicilor este la fel.

Alte observati:Consumul de putere activa si reactiva inregistrat de cons. Neliniar:

Consumul de putere activa si reactiva in cazul cons liniar:

OBS: consumator RC injecteaza putere reactiva in retea.

CAZUL 6: Redresorul necomandat alimenteaza un cosumator rezistiv-inductiv si cosnumatorul linar este de tip rezistv:Schema:

Curentul pentru sarcina nealiniara:Analiza FFT:

ArmonicaAmplitudinea{Hz]Imaz[A]

Fundamentala50 53

52506.99

73503.33

9450 0.51

115500.79

Curentul pentru consumatorul liniar:

Analiza FFT corespunzatoare consumatorului liniar:

Tabelul de mai jos contine armonicile importante si vaoarea de varf a curentului corespunzatorArmonicaAmplitudinea[Hz]Imax[A]

Fundamentala5023.67

52503.46

73501.88

94500.1

115500.5

OBS: Aceasta valoare a THD este cu mult mai mare decat cea obtinuta in cazul1 in care consumatorul neliniar era tot rezistiv.Alte observatii:Puterea activa si reactiva de la cons. Neliniar:

P si Q pe cons Liniar:

OBS: consumul de putere treactriva este 0.

CONCLUZII:In concluzie consumatorii neliniari (punte redresoare trifazata in cazul meu) influenteaza in mod negativ consumatorii liniari prin generarea de armonici care au urmatoarele dezavantaje:

- conduc la ncrcarea suplimentar nedorit a generatoarelor, cablurilor i transformatoarelor, dei nu particip la producerea i transferul de energie electric util -determin pierderi suplimentare deoarece cderea de tensiune este proporional cu curentul electric, produsul lor este real i diferit de zero.

Solutii pentru indepartarea armonicilor:- Circuit de filtrare dedicat pentru fiecare frecven: O anumit inductivitate L i o anumit capacitate C determin, ntr-un circuit, pentru o anumit frecven, o aa numit frecven de rezonan f0

- Compensarea puterii reactive:Instalaiile actuale de compensare a puterii reactive sunt afectate de prezena armonicilor (asa cum s-a aratat in cazul consumatorilor RC)cele mai multe dintre normele societilor de electricitate recomand i unele chiar prescriu ca instalaiile actuale de compensare a puterii reactive s fie completate cu o bobin. Acest lucrunseamn c aceste condensatoare trebuie conectate cu o bobin n serie, astfel nct circuitul s se comportepentru armonicile superioare ca un element inductiv, iar pentru frecvena fundamental s rmn ca element capacitiv. Acest lucru a fost demonstrat in cazurile in care consumatorul neliniar ara un curcuit RL cand armonicile de frecvente mari erau amortizate si doar fundamentala era vizibila.