Download - CONFERIN A NA IONAL DE INSTRUMENTA IE VIRTUAL … 2004/pdf/02-08 G Rata.pdf · industrial sunt redresoarele trifazate cu tiristoare, variatoarele de tensiune alternativ, punile trifazate

Transcript

CONFERIN�A NA�IONAL� DE INSTRUMENTA�IE VIRTUAL� – CNIV 2004 81

Instrument Virtual pentru Analiza unor Consumatori Deforman�i

Gabriela Ra��, Mihai Ra��, Dan L. Milici, Crengu�a E. Bobric

Abstract — În ultimii ani asist�m la o cre�tere considerabil� a num�rului consumatorilor deforman�i din re�eaua de for��. Prezen�a acestora duce la apari�ia unor efecte nedorite care se propag� în re�ea. Principalele surse de poluare armonic� din sectorul industrial sunt redresoarele trifazate cu tiristoare, variatoarele de tensiune alternativ�, pun�ile trifazate cu diode cu sarcin� capacitiv� etc. Lucrarea de fa�� prezint� un studiu a acestor consumatori pentru a vedea modul cum ace�tia perturb� re�eua de for��. Pentru eviden�ierea armonicilor generate de ace�ti consumatori se utilizeaz� un instrument virtual realizat în LabVIEW 7. Sunt ob�inute �i discutate câteva date experimentale. E�antionarea semnalelor deformate se realizeaz� cu un osciloscop digital (TDS 310, fabricat de firma Tektronix). Transferul datelor de la osciloscop la PC se realizeaz� cu ajutorul programului WaveStar atât în format text cât �i grafic, comunica�ia realizându-se fie serial prin intermediul unei interfe�e RS232, fie paralel. Datele în format text pot fi prelucrate �i salvate într-un fi�ier Excel. Acest fi�ier este importat apoi în LabVIEW 7 unde se realizeaz� analiza semnalelor.

Cuvinte cheie — achizi�ie, analiz� armonic�, instrument virtual, interfa��, invertor trifazat, THD, PWM

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

1 INTRODUCERE

������������ �������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������� ��������������������������� ����������� �������������������������������������������������������������������� ���������� ������� �� ������� �������� ����������������������������������� ����������������������������������� ������ � ������ !������ !����� "������#$�%&'(%$�� �$)*#� #&#(+%,-'� ./��� 0 ������������$#0 � &%(0 !�� ,!1-�� 0 #!1)(#0 #&'� -&1'()0 #&'1��!$$#&� ,(!"$#2�� �3�� ��� -�.#� � #�%&%#&#(+� 1�!��4,��������5��'#$#�%0 0 �1�(�$���-�#0 #&#(+������������������������������������������������������������������� �����������������������������������3�����������������������3���������������������������������� ����������������������������� ������������������������������������������������-������������� ��� ���������� �������� �������� �������� ������� ��� ������ ������ ����� ��� ������������ ��� ��������������������� ��������� ��� �����������6�������� ��������� ���������������������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ������������� #����������� ������������������� ��� ����������� ��� ��� �������� �������� 4'"1� 789����6������ ��� ������ '�:�����5�� '���������� ������� ��� ����������� ��� .�� ��� ����������� ��� �;������ �����������

< ��1���� ��3�� ��� ������ ����� �3�� ��� �������� ������� ���������3��� ��� ���� ������� ����� ������������ ����� ������� ��(1=7=����������������"������ ��� ������ ����� ����� ��������� ���� ��� $�6>-#< ������ ��� ����������� �������� ������������ .������ �������������������� ��� ��������� ��� ����������� ����� ������� �����0 ?@999�� ���� ������� ����� ��� ������� ��� ����������� �����������������������������A�����������#7�������������������!�������

2 CONVERTOARE STATICE 2.1 Variatoare de Tensiune Alternativ� (VTA)

>'!�B8C����������������������������������������������������3����������������������������������������������������� �������� ��������� �� ������ �������� �� ����������� �������������� ���������� ����������� �����!������ �������� ��� ������������������������������������������������������������������������������� ��� ����������� ��������� �������� ���������� ����������������� ����������� �������� �������� 41>�� D� 1������ >������������5�� ��������� ��������� ������� ��� �������� �������������� ��������������������������������������������������� 4���� �������5�� ��������� ���������� ��� ����������� ��������� ������������������������������� ���

'�������������������������B8C������������������������3��������>������������������������������6����������������������� ��3�� ��� �������� ��� ������� �3�� ��� ��� �������������������E�

)2sin()2[sin(21

[1 αβαβπ

⋅−⋅⋅−−⋅⋅= as UU ����

β ������������������������������������������������������������!������� �������� �� ���������� ��� 6������ ��������� ����� �������� �������� ����������������������������

)��������������� ������� ���E�

xxxx-xxxx/0x/$xx.00 © 200x IEEE

————————————————�• ����������� ������ ����� ���� ����� ����� ������������������ ��� !������"�

• ����������� ������ ����� ���� ����� ����� ����������������#��� !������"�

• $�%������������ ������ ����� ���� ����� ����� �������������!�� !������"�

• &����'"�������� ������ ����� ���� ����� ����� ��������������� ����� !������"�

��

)�

82 CONFERIN�A NA�IONAL� DE INSTRUMENTA�IE VIRTUAL� – CNIV 2004

1tan11 )sin()sin( ϕ

αβ

ϕαϕβ−−

⋅−=− e ���

����� α� ����������� �������� ��� �������� ��� ����� ���� ���� ϕ8������������;������������������������������������;������� �����������������������������

RL⋅= 1

1 arctanωϕ ���

!���������������������������)�����6���������������������������� �������� �������������������� �������������������3������������������)���E�

{ }NmmnBA

U nnsn ∈+⋅=+= |12;

2

22

���

����������

n

nn B

Aarctan=γ ���

�������� ��� !�� ��� ,�� ����� �������� �� ������� ��� �������������E�

)2

)2cos()2cos()1(2

)1(2sin)1(2cos(

2

mmm

mmmU

An

⋅⋅⋅−⋅⋅−

+⋅⋅+⋅−⋅+⋅⋅⋅=

βα

βαπ ��

))1(2

)1(2sin)1(2sin2

)2sin()2sin((

2

+⋅⋅+⋅−⋅+⋅−

⋅⋅⋅−⋅⋅⋅⋅=

mmm

mmmU

Bn

αβ

αβπ ���

� ��� ������ �3��� �������� ����� ���� ���������� β� ��������������π���������� �����4F5��4G5����������������� ������ �� ���������� �� ����������� �6��6��� ������ ����������������������������������������6�������������� ��E�

221

22 LnR

UI sn

n⋅⋅+

���

���� ������;��� ϕ�� ������� �������� ��� ������� ��� ���� ����������������E�

RLn

n⋅⋅

= 1arctanωϕ ���

������������������

��������������������������� ��������������������������

����� ��� ������ ����� ��� ����� �������� ����� ���6�������������� ��������� ��� �������� ���������� ��� �������������������� ��������� �6��6��� ���� �� ����� ���������� ����������������

�����

����������������

���������������������

���������

Fig. 1. Formele de und� ale tensiunii �i curentului la VTA pentru ϕ = 30°, α = 45°

Fig. 3. Formele de und� ale tensiunii �i curentului la VTA pentru ϕ = 30°, α = 90°

Fig. 2. Formele de und� ale tensiunii �i curentului la VTA pentru ϕ = 30°, α = 60°

Fig, 4. Formele de und� ale tensiunii �i curentului la VTA pentru ϕ = 60°, α = 90°

G. RA�� S.A.: INSTRUMENT VIRTUAL PENTRU ANALIZA UNOR CONSUMATORI DEFORMAN�I 83

������������8��=��7� ����������������������������� �������������������6��6��������� ���4���������������=5����������������� 6������ ��������� 4������� ��� ����� 85� ���� ����� >'!� ����������� ���������� ��� ����� �������� ��� �������� ��� ����� �������� ��� HI°�� F9°�� ���������� @9°�� ������;��� �������� ����������� ������������������79°����������������H����� ������������������� ������ ���� ������� ��� ������;� �������� ��� F9°� ��� ���������������������������� ������@9°��

2.2 INVERTOARE CU MODULAREA IMPULSURILOR IN DURATA (PWM) %��������������� ������������������������������������� ��������� � ���������� ���������� ��� �� ������ ����� ��������������� ��������� ��� �� ����� ��������� 4.< 0 5� 4��� � ��� ����� �������� ��� ������� ���������� ��� ������ �����6���� ������������ ������ ��������� ��� ������ ��� ������������5�� �������������� ��������� ��� ����������� ����� �����������������������������6 �����������������������������6��������������������6������������������������������������������������ (���������� ��� �� ���� ���6���� ����� ��� ���������������������� ��� ����������� ����� ���� ��� ����� ��� ��������� �� ��������� �� ���� ��������� ��� ����� �� ��� ������������ .���� ����� ��� ��� ������� ��� ���� ���� ���� ����������������� ���������� ��� ������� ��� ������ �������� ��������� �� ��� ����������� ��� �������� ������ ���� ��������������������������� ��� �������� ����� ��� ����������������������������B=C��$��������������� ����������B7C�������������� ��������������������� ����� ������ ��� ������ � ����� �������������� ����������������������������������� ��������������������)��������������������� ������������������������������������������ �����6 ���� ���������������������������������������������� ��������������������)���1���������.< 0 �����������������������������������E�- indicele de modula�ie (sau modulare), notat m �i definit de:

r

p

f

fm = ;

- coeficientul de reglaj în tensiune (sau gradul de modulare),

notat r �i definit de p

r

UU

r = .

0 ���� ����������E� �����������3���� �∈�&� ������������3���� �∈�(��3�������� ������������������������������������������������ �������� '� J� 8K���� �� ������� ��� �������� ����������������3��� ��� ������� ���� � �� 0 ���� ��� ��������� �� ������� �3��� ��� ����������� � ��� J� �������� ��� � ������ �� �������6�����.������ ����� ������ �� ���� �� ∈� 49�8C� ��� ������� � � ≥� F����������� ���������� ��� ������� ����� �������� ��� ��������������������������� �����;�J�;���������;�J�8�=�7�L �������� ������������������������� ���������������������E�

rjrn fkffkjmf ⋅±=⋅±= )( �� ��

!������������� ������������������������ ������������� ��������� �;� ����� ������� >������� ������� ���� ���� � � ����� �������������������� ��������������������������������� !������������� ���������� ����� �������������������������������� ����������������� �����������������

����������� ��� ������� ���������� ������� ���������� ������3��� ������ �� ��������� �� ��������� ������� ���� ��� �������������������� ��������� �3��� ����� ���� ���������� ��� �����������������"��6������������������� �������������������������������������������������������������������������BHC��� �

������������������

���

��������� �

Fig. 5. Montaj cu invertor PWM

�(�

�(�

Fig.6. Curentul �i tensiunea la ie�irea din invertor pentru diferite frecven�e fp

84 CONFERIN�A NA�IONAL� DE INSTRUMENTA�IE VIRTUAL� – CNIV 2004

� .������ �� ����� ��� ����� �� ������� ��� ��� ����������������������������.< 0 ������������������� ��� ��������������������������������������� ����� �������������������������� �����������3��������������4���J�I9�A�5����������3������������4���J�7�:A�����������F�:A�5��������������������� ������ �� ��������� �� ���� ����� $��M� 1���� ��� ���� ������������� ����� ����������� ������� ���� ���� ���6������������� ��� ��� ����� ��� �� ������������ ��� �������������� ������� 4-+,' ���5� � ���� ��� �������� ������� ������� �� �������������������������������0 ���;���������������������������� I�� ��� ������� F� ��� 6� ��� ��������� ������� ��� ����� ��������������� 4������� ��� ����� 85� ��� ���������� 4������� ��������=5����������������������������������� ����������������� ���� ��������� ��� ��� �������� �������� '"1� 789�� ����������������� �� ���� ����� ��� ��������� ��������E� ������������4������������ �����0 ?=9995��������������4#75�

2.3 REDRESOARE TRIFAZATE ���� ���� ���3����� ���� ��� ������� ������� ��� ������� ������������������������������������F����������#��������������������������� ��3����� ������� ���� �������� ������ ������� ��� ����� ��� ����������������� ������� �� ������ ��� ����� ��� ������� �� ������ ��������� �����6����� !������ ��������� ����� ����������� �������� �� ���������1������������������� �������������������������6������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������6���6�������� ������������� ����� ��� ����� ����������� ���� ��� ��� �������� ����������� ���� ����������� ��� ��� ������ ��� ��������� ������������������ ����� ����������� ��� ������� ���� ��������������� ���������������BIC�������������������

����

��������� ��� �� ��� ��� ����� �������� ����� ��� ���������� ������������ ���� ������������� ������ ��� ������� ��� ������ ��������� �����I9�A������������� ���3��������� �����������������������������������I9�A���%���������������� ��������BFC������ ������������������������ �� �������������������%������������������������������������������� ����������������� ����������� ��E�

1±⋅= pcn (11)

����������� ������������������������������������������������������� ���������� ���� �� ����� �������� ��� �������� ����������������������� ������������� �������������������������������������������� ��������� �������������=��H��I��G��N��89��88������.������ ��� �������� ��� F� ��������� ��� �� ��� ����� ����������������������� ��� ����� I�� G�� 88�� 87L � "��� ������ ���������������������������������������� �������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������G��������������������;���������������������������������������������N����������������������������������������������������6��6������������������������������������������������������

3 INSTRUMENT VIRTUAL PENTRU MASURAREA ARMONICILOR INTRODUSE IN RETEA DE CONVERTOARELE STATICE

$�6>-#< � ����� ����� ������� �������� ���6�;�� ������������� �������� ���������� ��� ������ ����� ��� ������ ��� ������������������������������

.����������� ������� ��������� ���� ��������� ��������������������6�;����������������������� �������������������������� ���� �������� ������������� ������4�������������������5��

.����������� �����;� ��� ����� ����������� ��� ������������6����������������������������� �������������������������� ��� ��������� ������ ��� ������� ��� ����������� ���������������������������������������������������

!��������6�;������������������������������������������������������ ������������������������������������������������������ �������������������� ������������������������������� ����

$�6>-#< � G� #������� BGC� ����������� ����� ��� �������� ��� ������� ������ ��� ��� ��������� ��� �������������������3��������������������������������������������������������� �����������������������

!�� ���� ��������� � ������ ��� ��� ���������� ������������������������������ �����������������'����1�����4��������������� ��� ��� ���� ��� ������ ���� ������� ��� ��� ������������������������������������������5�������������������'������ ������������ ���������������������� �����������������

Fig. 7. Montaj cu redresor trifazat

Fig. 8. Curentului absorbit de redresorul trifazat în punte

G. RA�� S.A.: INSTRUMENT VIRTUAL PENTRU ANALIZA UNOR CONSUMATORI DEFORMAN�I 85

����� ������������� ��� ����� >- ���� #������E� ������� �3������6�������������������>-��������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������� ����>- ���������������

� ���� ��������������������������������������������������� � ��� ��������� ������������� ��� �������� >-� #������������ � 3��� ���������� ���� ��� ����� ������ �� ���� ������������� �����������������������������������������

������������������

�5���������������������

65�Fig. 9 Panoul frontal al instrumentului virtual

��� �������� �������� �� � ��������� ��� ����������� ������� �����������������������$�6>-#< �G�#��������������������������������� �������� ���� ����������� �������� ���������������������� ��� ���� ��������� ��� �;������ ��������������������'"1�789��!���������� ���������������� �������������������� ������������������������������6 �������

.���� ������������ ����������� < ��1���� ������� ����� ���������������������������������������������������

-���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������@���������������������������������������"����������������������������������������������������������������������������

.�������� ���� ���� ��������� ��� ������ ������� ��3�� ������������������3��������������������������"�������������� ������� ������������� �������������� ��� �������� ����� ��������������4'A"O5��

!������������� ���������� ����� ����� ��� �������� ������������������ ���� �������������� ��� ����� ��� ���� ��� ��������� �� ������� 4����� ��� �������� ������� ������ ������������������������������ ���������������5��

��� ������� @��� ��� ��� ������ ������� ��� ������ �������������������� ��� ��������� .< 0 �� ���� ��� ������� @�6� ����������������� ��� �������� ����� ��� >'!� ��� �������� ��� ������;������������F9°������������������������������� ������@9°��

"�������� 6��� �� �������� ������ � ����� ����������� ����������89��

86 CONFERIN�A NA�IONAL� DE INSTRUMENTA�IE VIRTUAL� – CNIV 2004

.���������J�7�:A��������J�I9�A�������������������� ���� �����E�� �J���K���J�F9��"��������������������� ��������� ������������� �������� ��������������������� �±�=��� �±�H����;����������� ���7�:A��4�������� ��� �����F9��F=��FH��IN��IF5�� ������������� ����������� �� ������� ������ ���9�7�4��������

��� ����������������89=H5���������� ��� ������������� �������4�������885���������� ������������������������������������������������;�����3����������������=9�O�������������������4�������@��5������������������� ������������������������������������������� ����

�������������������

����������������

Fig. 10 Diagrama bloc a instrumentului virtual

�����������������

Fig. 11 Armonici de curent PWM

�����������������

Fig. 12 Armonici de curent la redresor

G. RA�� S.A.: INSTRUMENT VIRTUAL PENTRU ANALIZA UNOR CONSUMATORI DEFORMAN�I 87

��� ������� 8=� ��� ��� ��������� ������� ��� ����� ���������������� ��� ������� ����� � ��� P(11)Q� ���������� ������������������������������������������4���������������5��������� ����� I�G�88�87� ����� !������� ��� ���������� ������ �������������9�9=I����������������������I������ ���������������������=7O�������������������� ��� ����� ���������� ������ ��� ������ ����������� ������������ ����������� ��� 6����� ��� ��� �������� ������ ���������;���������������������������������;������������������������������ ������� 4���������� ��� �������� ����������������5� ��3�� ���� ���������� ��� ������� �3�� ��� ���������������������������������������������������������� ��������������������������1����������������������������7����������� ����� ��� ���������� =8� O� ���� �������������� ���������������������������������������������8G�O����������������� ��� �������� ��� ����� ��� ��� HI°�� ���� ��� ��� ������ �������� ������@9°����������������3������I=�O����������F=�O�������������������

��������������

��

Fig. 13. Curent VTA pentru ϕ= 30°, α=90°

�������������

���

Fig. 14. Tensiune VTA pentru ϕ= 30°, α=90°

� $�� �������� ������ ��� �������� ��� ����� ��� ����������������� ��3����� ������� �3����������������� ����� ����� ������������� ���������� ��� ������;� ������� ������� ��� ����������1���� �������� ��� ��� ������ ��� �������� ��� ����� ��� ��� @9°��������������������������7�������������������������������

I=�O�(figura 13) ���������F=�O������������������4�������8H5�����������������;����79°����������������������������������������������������� �������������������;����F9°�������������������� 7� ��� ������ ��� 7N� O� 4������� 8I5� ��������� IN� O� �����������������4�������@�65��!������� ����������� ��������������������6����������������������������������������������7��

����������������

Fig. 15. Curent VTA pentru ϕ= 60°, α=90°

4 CONCLUZII: !��������������������������������������������������� ����

�������� ��� ����� �� �� ����������� ��� �������� ������� ���������� ��� ���������� ������� �� ����� ������� �� ����������� ������������� !����;��� ��;�� ��� ������� ����������������������������������������������������������������� ������ ��� ������ ���� ������� ������ ��������� ��� ��������������������������������������������������������������������� �������� 6 ������� "������ 6 ������ ������������� ����;��������������������������������������������

0 ���������������������������������������������������������������������������������������

BIBLIOGRAFIE B8C�����+�����0 ���!�6���������P.�6��������������� ��������� ��� ����������������Q�� ,���������� #�������'��������=998��B=C�,�*��,����P./��������������������������Q��.��� ���� A�����#����/����������&�/�R����M�9GF7=��8@NF�B7C�1���"������!�������������������������������������������BHC� &��� 0 ����� '�0 ��� )��������� < �.��� (6����� ./�������������E� ����������!����������������"�������R���< ���M�S�1����&�/�2�:��8@N@�BIC� 0 �.��� "���������� -��� +������ P��������� �������Q��#�������+���!�������-�����8@@F�BFC�, ����&�>���,���6����#���, ��������"����������0 ���(�������� �������� ���� ���������� ��� �� ������ ���� �������#�������'��������,����������8@NI�BGC� 1���� '��� P%� ���� ������ ��� ��� ��� ��� ��� �� ����������������Q��0 �����������!���������������7K=997��