Raspunsuri Test 2 Cee [621012]

1. Sarcini neliniare. Exemple din aria de aplicabilitate a acționărilor electrice.
(2.5 pct)
2. Sarcini neliniare. Redresorul ideal. (2.5 pct)
3. Poluarea armonică. Definiție, cauze, efecte. (5 pct)
4. Metode de compensare a conținutului armonic (2.5 pct)
5. Filtre pasive. Definiție, avantaje, dezavantaje, schemă de principiu,
elemente de proiectare (5 pct)
6. Filtre active. Definiție, avantaje, dezavantaje, schemă de principiu,
elemente de proiectare. Metode de reglare. Exemple și particularit ăți (7.5 pct)
7. Filtre active. Reglarea în coordonate (a,b,c). Schemă de principiu, avantaje,
dezavantaje (5 pct)
8. Filtre active. Reglarea în coordonate (d,q). Schemă de principiu, avantaje,
dezavantaje (5 pct)
9. Filtre active. Filtrul pasiv pentru frecvența de comutație. Condensatorul și
bobina de filtrare (5 pct)
10. Filtre active. Tehnici de estimare a referinței (5 pct)

1. Sarcini neliniare. Exemple din aria de aplicabilitate a acționărilor electrice.
(2.5 pct)
•Receptoare de putere unitară mi că, de largă răspândire – aparate electrocasnice
moderne, utilitățile profesionale;
•Sarcini de putere unitară medie, cu răspândire frecventă – echipamentele pentru
comanda vitezei variabile la motoare, instalațiile de aer condiționat de putere
medie, ins talațiile de încălzire industriale;
•Sarcini de putere unitară mare, cu răspândire redusă – echipamentele industriale de
putere, tracțiunea electrică.

Sarcină neliniară – o acționare electrică

Datorită armonicii de curent h, apar tensiuni armonice:
– în punctul comun de conectare (PCC):

– în primarul transformatorului:

Tensiunea distorsionată se aplică celorlalți consumatori conectați la această rețea.
În situația în care sarcina este constituită dintr -un redresor și un condensator, ca la intrarea unei surse în
comutație (SMPS) tipice, curentul circulă numai când tensiunea de alimentare va depăși tensiunea de la
bornele condensatorului, de exemplu în apropierea punctului de maxim al curbei de tensiune, ceea ce se
observă pe caracteristica de sarcină.
În practică, caracteristica de sarcină (precum și forma curbei de curent) vor fi mult mai complexe decât
cele prezentate; pot fi asimetrii și histeresis, punctele de inflexiune și pantele se vor modifica odată cu
încărcarea. Pentru curbe simetrice – semiperioadele pozitivă și negativă având aceeași mărime și aceeași
formă – armonicile de rang par sunt nule.
Armonicile de rang par sunt acum relativ rare, ele apăreau în mod obișnuit când se utilizau vechile
redresoare.

În gene ral, convertoarele de putere sunt sarcini neliniare, care produc diferite perturbații în rețeaua
electrică de alimentare, cum ar fi:
•Fluctuații de tensiune,
•armonici de curent, definite prin rang, amplitudine și fază,
•deformări periodice și tranzitori i ale undei de tensiune a rețelei de alimentare,
•crestături de comutație, definite prin lărgime, profunzime și suprafață,
•oscilații repetitive de comutație, asociate crestăturilor de comutație, definite prin energie, amplitudine,
panta,
•supratensiuni ,
•componente interarmonice, provocate de convertizoarele de frecvență.

Circuit echivalent sarcina neliniara

2. Sarcini neliniare. Redresorul ideal. (2.5 pct)
•Receptoare de putere unitară mică, de largă răspândire – aparate electrocasnice
moderne, utilitățile profesionale;
•Sarcini de putere unitară medie, cu răspândire frecventă – echipamentele pentru
comanda vitezei variabile la motoare, instalațiile de aer condiționat de putere
medie, instalațiile de încălzire industriale;
•Sarcini de putere unitară mare, cu răspândire redusă – echipamentele industriale de
putere, tracțiunea electrică.

Caracteristici redresor ideal :
•nu prezintă pierderi și comută instantaneu ;
•curentul la ieșirea redresorului este continuu, determinînd un curent a bsorbit de
formă dreptunghiulară.
Curentul absorbit prezintă doar armonici de rang 5, 7, 11, 13…, cu valoarea
efectivă :

Rezultă:
•factorul de distorsiune de curent = 30%
•factorul de distorsiune de tensiune = 0% (alimentare de la o sursă de putere
considerată infinită).
Defazajul armonicii de rang k față de trecerea prin 0 a tensiunii :

Cunoașterea amplitudinii și defazajelor armonicilor determinate de redresoarele
unui consumator perturbator prezintă un interes practic deosebit având în v edere că
adunarea curenților deformați, la barele de alimentare a consumatorului, se face
fazorial și se poate obține o reducere importantă a factorului total de distorsiune a
curentului, în cazul unei utilizări raționale a redresoarelor.
Teoretic, pentru redresorul ideal, nivelul armonicilor caracteristice rezultă conform
ecuației precedente. În realitate apar și armonici necaracteristice determinate de
imprecizii în comanda semiconductoarelor, caracteristici diferite ale acestora,
parametri diferiți ai f azelor circuitului de alimentare etc.
În cazurile practice, nivelul armonicilor determinate de funcționarea redresoarelor
poate fi determinat:

3. Poluarea armonică. Definiție, cauze, efecte. (5 pct)
•Poluarea armonică se datorează:
-prezenței consumatorilor neliniari
-rezonanțelor în sistem

Cauze:
-sarcini monofazate, de exemplu:
• surse de putere în comutație (SMPS);
• balasturi electronice pentru lămpile fluorescente;
• unități mici de alimentare neîntreruptibilă (UPS).
-sarcini trifazate, de exemplu:
• acționări cu viteză variabilă;
• unități mari UPS.

Efecte:
▪ Un prim efect negativ al armonicilor de tensiune este creșterea valorii efective și
de vârf a tensiunii. Aceasta poate determina:
– creșterea pierderilor în fie r și cupru;
– solicitări termice sporite;
– declanșări ale protecțiilor termice;
– arderea sigurantelor fuzibile;
– îmbătrânirea accelerată a izolației;

▪ Probleme de sincronizare pentru echipamentele care folosesc tensiunea rețelei ca
referință;
❑apariția rezonanței pe frecvențele armonicelor superioare, care poate produce
curenți și tensiuni peste limitele admise;
❑suprasolicitarea și posibile defecțiuni pe bateriile de condensatoare;
❑străpungerea izolațiilor cablurilor la apariția supratensiuni lor;
❑influența asupra exactității și veridicității indicațiilor aparatelor de măsură;
❑pierderi mărite și încălzirea cablurilor, transformatoarelor și mașinilor rotative;
❑oscilații mecanice ale mașinilor sincrone și asincrone;
❑fenomenul de interfere nță cu sistemele cu microprocesor și de protecție cu relee;
cu semnalele de telecomunicații; cu dispozitivele cu comandă prin tiristoare, etc;

-creșterea curentului de nul în cazul consumatorilor monofazați ce generează armonica 3.
-rezonanța armonică par alel conduce la supratensiuni.
Armonică (de tensiune/de curent) = tensiune/curent sinusoidal cu frecvența egală cu un multiplu întreg
al frecvenței fundamentale a tensiunii de alimentare. Într -un sistem de 50Hz pot să apară armonici de
ordinul (rangul) 2 ( 100 Hz), 3 (150 Hz), 4 (200 Hz), etc. În mod normal, într -un sistem trifazat apar doar
armonici de rang impar (3, 5, 7, 9). Apariția unor armonici de rang implică existența unor convertoare cu
deficiențe conectate în sistem.
Deformarea unei curbei depinde de următorii factori:
• natura armonicilor, făcându -se referire la gradul de paritate sau imparitate al acestora. În funcție de
ordinul (rangul) lor, armonicile se mai pot împărți în armonici superioare (rangul este un număr întreg) și
subarmonici (rangul lor este un număr subunitar).
• amplitudinea armonicilor (se definește ca amplitudinea oricărei sinusoide). Se exprimă fie în procente
din fundamentală, fie în unități absolute sau relative.
• valoarea defazajelor dintre armonici dife rite (poziția relativă a armonicilor).

4. Metode de compensare a conținutului armonic (2.5 pct)
Rezonanța armonică paralel
În instalațiile industriale se folosesc echipamente de compensare a puterii reactive
(baterii de condensatoare):
❑se reduce valoarea curentului absorbit pentru o putere activă dată (deci se reduc
pierderile);
❑se reduc variațiile tensiunii de alimentare;

Rezonanța armonică paralel conduce la supratensiuni!
Soluția este adăugarea unor bobine în serie cu condensatoar ele:
– la frecvența fundamentală ansamblul condensator + bobină de amortizare se
comportă capacitiv (deci se păstrează funcția de compensare a echipamentului);
– la frecvențele armonice ansamblul se comportă inductiv, ceea ce exclude
posibilitatea de apa riție a fenomenului de rezonanță cu inductivitatea de scăpări a
transformatorului;
Aceste echipamente de compensare a energiei reactive se numesc “compensatoare
cu amortizare” (Detuned Compensators).
Similar se procedeaza si pentru armonica serie.
Creștere a curentului de nul în cazul consumatorilor monofazați ce generează
armonica 3 .

Dacă frecvența de rezonanță este situată în apropierea uneia dintre armonicile importante de
curent, distorsiunea de tensiune poate fi însemnată. Fenomenul poartă numele de rez onanță
armonică.
Ordinul armonicii unde există riscului de intrare în rezonanță se calculează:

unde:
nT = rangul armonicii la care poate apare rezonanța;
SSC TR = puterea de scurtcircuit a transformatorului;
QC = puterea reactivă a bateriei de condensatoare.

5. Filtre pasive. Definiție, avantaje, dezavantaje, schemă de principiu,
elemente de proiectare (5 pct)
Filtrele pasive sunt construite din elemente de circuit cum ar fi rezistoare, bobine și
condensatoare și sunt folosite pentru a realiza o cale de impedanță redusă pentru
curenții armonici astfel ca ei să circule în filtre și nu în sistemul de alimentare .

Avantaje:
-simplitate
-cost redus
Dezavantaje:
– curentul absorbit de filtru nu este controlabil
– filtrul generează puter e reactivă
– o singură armonică compensate

Schema de principiu

6. Filtre active. Definiție, avantaje, dezavantaje, schemă de principiu,
elemente de proiectare. Metode de reglare. Exemple și particularități (7.5 pct)
Un filtru activ paralel este un invertor PWM plasat în paralel cu sarcina (sursa de
armonici) pentru a injecta în sistem armonici de același tip și amplitudine cu cele
produse de sarcină.
Comanda lui este implementată cu ajutorul detecției și extracției armonicilor de
curent din cur entul absorbit de sarcina nelineară din rețea.

Schema de principiu

Avantaje
▪reduc factorul de distorsiune de curent TDHI în raport de circa 10:1
▪crește factorul de putere
▪nu sunt afectate de variația frecvenței − de exemplu la funcționarea pe o sursă de
rezervă
▪nu prezintă riscul rezonanțelor cu o armonică oarecare
▪nu pot fi supraîncărcate

▪sunt foarte flexibile
▪dacă este necesar, pot fi programate să răspundă la o armonică specifică.

Metode de reglare
 Reglare în coord onate (a,b,c)
 Reglare în coordinate (d,q)

 Reglare după curenți
 Reglare după puteri – metoda p -q
 regulatoare predictive
 regulatoare cu histerezis
 regulatoare PI
 regulatoare P -SSI
7. Filtre active. Reglarea în coordonate (a,b,c). Schemă de principiu, avantaje,
dezavantaje (5 pct)

Avantaje
▪reduc factorul de distorsiune de curent TDHI în raport de circa 10:1
▪crește factorul de putere
▪nu sunt afectate de variația frecvenței − de exemplu la funcționarea pe o sursă de
rezervă
▪nu prezintă riscul rezonanțelor cu o armonică oarecare
▪nu pot fi supraîncărcate
▪sunt foarte flexibile
▪dacă este necesar, pot fi programate să răspundă la o armonică specifică.

8. Filtre active. Reglarea în coordonate (d,q). Schemă de principiu, avantaje,
dezavantaje (5 pct)

Avantaje
▪reduc factorul de distorsiune de curent TDHI în raport de circa 10:1
▪crește factorul de putere
▪nu sunt afectate de variația frecvenței − de exemplu la funcționarea pe o sursă de
rezervă

▪nu prezintă riscul rezonanțelor cu o armonică oarecare
▪nu pot fi supraîncărcate
▪sunt foarte flexibile
▪dacă este necesar, pot fi programate să răspundă la o armonică specifică.

9. Filtre active. Filtrul pasiv pentru frecvența de comutație. Condensato rul și
bobina de filtrare (5 pct)
Filtru pasiv pt frecv de comutatie
Obiectivul acestui filtru pasiv este înlăturarea armonicilor de curent cu frecvența de
comutație, și multipli ai acesteia, produse de filtrul activ.
Amplasarea filtrului pasiv ca în figu ra de mai sus prezintă pericolul rezonanței cu
inductanța rețelei LS și/sau cu alte inductanțe aflate în PCC.
Amortizarea activă a fenomenului de rezonanță este posibilă, dar nu este eficientă
din punct de vedere al costurilor suplimentare impuse

Pentru evitarea rezonanței, inductanța de ieșire a filtrului LF se împarte în două
inductanțe LF1 și LF2 , de regulă inegale (LF1 mai mică decât LF2 ). Denumirea
consacrată pentru această amplasare este “filtru LCL”:

Inductanța LF1 este mult mai mare dec ât inductanța rețelei LS , deci frecvența de
rezonanță este cunoscută și are o valoare mult redusă față de cazul precedent.
Această valoare intră în banda de frecvență a regulatorului filtrului activ, deci
amortizarea activă este posibilă.

Condensatorul s i bobina de filtrare
Condensatorul de filtrare:
Procedura de dimensionare se bazează pe bilanțul puterilor.
Ipoteze:
➢ Puterea activă disipată în convertizor este neglijabilă;
➢ Energia este stocată preponderent în condensator (nu în inductanță);
➢ Tensiunea continuă este constantă (există bucla de reglare specială);
➢ Componenta curentului prin condensator cu frecvența de comutație 10kHz este
neglijabilă în raport cu componenta de 50Hz;
➢ Se compensează numai armonicile de curent, nu și puterea re activă;

Se obține:

În cazul în care se dorește compensarea puterii reactive, valoarea necesară a
capacității de filtrare este mult mai mare la același procent de ondulație.

Inductanța de ieșire a filtrului
Procedura de dimensionare se bazează pe următ oarele criterii:
➢ Se determina o limită inferioară LF(min) astfel încât să se limiteze ondulația
curentului datorată frecvenței de comutație (ex.: 5…15% din curentul injectat).
➢ Se stabilește o limită superioară a inductanței LF(max) astfel încât vit eza
maximă de variație a curentului generat de filtru diF /dt (max) să fie mai mare
decât viteza maximă de variație a curentului consumatorului diL /dt (max) ; numai
așa este posibilă o compensare adecvată a armonicilor.

10. Filtre active. Tehnici de estimare a referinței (5 pct)

Tehnici de estimare a semnalului de referință
➢ Metode analogice (de “sintetizare”)
Se folosesc filtre analogice trece sus (FTS) sau trece jos (FTJ)
– FTS selectează armonicile conținute în semnalul măsurat, deci ieșirea fi ltrului
constituie referința dorită. Această tehnică de filtrare este sensibilă la zgomot,
deoarece FTS lasă să treacă și zgomotul de frecvențe înalte.
– FTJ selectează componenta fundamentală, care apoi se scade din semnalul total
pentru a obține referinț a dorită. Deși indirectă, această metodă este preferabilă,
deoarece la ieșirea FTJ semnalul este “curățat” de zgomotul de frecvențe înalte.
Erorile de amplitudine și fază pe care le introduce filtrul analogic sunt
considerabile!
➢ Metode numerice (de calc ul)

Metode numerice de estimare a semnalului de referință
➢ Metode în domeniul timp;
– Se calculează componenta fundamentală, aceasta se scade apoi din tot semnalul
obtinandu -se astfel curentul armonic total. Se urmareste deci anularea întregului
spectru de armonici!
– Avantaj: viteză bună de răspuns, de ordinul de mărime al perioadei de comutație
(uzual 50…100ms). La conectarea filtrului, compensarea armonicilor începe chiar
de la prima perioadă a tensiunii de alimentare!
➢ Metode în domeniul frecvență;
– Se bazează pe calculul on -line al transformatei Fourier. Se determină
amplitudinea și faza fiecărei armonice până la un numit nivel impus (armonica 25
sau chiar pâna la armonica 50). Se exclude componenta fundamentală, iar restul de
semnal est e aplicat ca referință filtrului activ.
– Avantaj: se poate alege porțiunea de spectru care se compensează (putem exclude
armonicile de rezonanță ale sistemului);
– Dezavantaj: decalajul de 2…2,5 perioade între conectarea filtrului activ și
începerea c ompensării, datorat timpului de calcul al transformatei Fourier.