Como reduzir a tensão não senoidal

Vários consumidores de eletricidade têm uma dependência não linear do consumo de corrente da tensão aplicada, pelo que consomem uma corrente não senoidal da rede... Essa corrente que flui do sistema através dos elementos da rede causa uma não -queda de tensão senoidal neles, que "sobrepõe" a tensão aplicada e distorce. A distorção de tensão senoidal ocorre em todos os nós, desde a fonte de alimentação até o receptor elétrico não linear.

As fontes de distorção harmônica são:

• fornos de arco para produção de aço,

• conversores de válvulas,

• transformadores com características volt-ampère não lineares,

• conversores de frequência,

• fornos de indução,

• máquinas elétricas rotativas,

• alimentado por conversores de válvula,

• receptores de televisão,

• lâmpadas fluorescentes,

• lâmpadas de mercúrio.

Os últimos três grupos são caracterizados por um baixo nível de distorção harmônica de receptores individuais, mas um grande número deles determina um nível significativo de harmônicos mesmo em redes de alta tensão.

Veja também: Fontes de harmônicos em redes elétricas e Razões para o aparecimento de harmônicos mais altos em sistemas de energia modernos

As formas de reduzir a tensão não senoidal podem ser divididas em três grupos:

a) soluções em cadeia: distribuição de cargas não lineares em um sistema de barramento separado, distribuição de cargas em diferentes unidades do SES com a conexão de motores elétricos em paralelo com eles, agrupamento de conversores de acordo com o esquema de multiplicação de fases, conexão do carregar para um sistema de maior potência,

b) uso de dispositivos de filtragem, inclusão em paralelo da carga de filtros de ressonância de banda estreita, inclusão de dispositivos de compensação de filtro (FCD);

c) utilização de equipamentos especiais caracterizados por um nível reduzido de geração de harmônicos superiores, utilização de transformadores "insaturados", utilização de conversores multifásicos com características energéticas melhoradas.

Desenvolvimento base elementar da eletrônica de potência e novos métodos de modulação de alta frequência levaram à criação na década de 1970 de uma nova classe de dispositivos, melhorar a qualidade da eletricidade – filtros ativos (AF)... Imediatamente surgiu a classificação dos filtros ativos em série e paralelo, bem como fontes de corrente e tensão, o que levou a quatro circuitos principais.

Cada uma das quatro estruturas (Fig. 1. 6) determina o circuito do filtro na frequência de operação: as chaves no conversor e o tipo das próprias chaves (interruptor de duas vias ou unidirecional). Como dispositivo de armazenamento de energia em um conversor que serve como fonte de corrente (Fig. 1.a, d), é usado indutância, e no conversor, que serve como fonte de tensão (Fig. 1.b, c), a capacitância é usada.

Figura 1.Os principais tipos de filtros ativos: a — fonte de corrente paralela; b — fonte de tensão paralela; c — fonte de tensão em série; d — fonte de corrente em série

Sabe-se que a resistência do filtro Z na frequência w é igual a

Quando ХL = ХC ou wL = (1 / wC) na frequência w, ressonância de tensão, o que significa que a resistência do filtro para a componente harmônica e de tensão com frequência w é igual a zero, neste caso, as componentes harmônicas com frequência w serão absorvidas pelo filtro e não penetrarão na rede. O princípio de projetar filtros ressonantes é baseado nesse fenômeno.

Em redes com cargas não lineares, via de regra, surgem harmônicos da série canônica, cujo número de ordem é ν 3, 5, 7,. … ..

Figura 2. Circuito equivalente de um filtro de ressonância de potência

Levando em consideração que XLν = ХL, ХCv = (XC / ν), onde XL e Xc são as resistências do reator e do banco de capacitores na frequência fundamental, obtemos:

Um filtro que, além de filtrar harmônicos, irá gerar potência reativa, e compensa a perda de energia e tensão da rede, é chamado de filtro de compensação (PKU).

Se um dispositivo, além de filtrar harmônicos mais altos, executa as funções de balanceamento de tensão, esse dispositivo é chamado de balanceamento de filtro (FSU)... Estruturalmente, os FSUs são um filtro assimétrico conectado à tensão de linha da rede. A escolha da tensão de linha à qual os circuitos do filtro FSU são conectados, bem como as relações de potência dos capacitores incluídos nas fases do filtro, são determinadas pelas condições de balanceamento de tensão.

Segue-se do exposto que dispositivos como PKU e FSU atuam simultaneamente em vários indicadores de qualidade de energia (não senoidal, assimetria, desvio de tensão). Esses dispositivos para melhorar a qualidade da energia elétrica são chamados de dispositivos de otimização multifuncional (MOU).

A conveniência no desenvolvimento de tais dispositivos surgiu devido ao fato de que cargas repentinamente variáveis ​​\u200b\u200bdo tipo fornos de aço a arco causar distorção de tensão simultânea para uma série de indicadores. O uso do MOU oferece uma oportunidade para resolver de forma abrangente o problema de garantir a qualidade da eletricidade, ou seja, simultaneamente para vários indicadores.

A categoria de tais dispositivos inclui fontes de energia reativa estática (IRM) de alta velocidade.

De acordo com o princípio de regulação da potência reativa, o IRM pode ser dividido em dois grupos: fontes de potência reativa estática de alta velocidade de compensação direta, fontes de potência reativa estática de alta velocidade de compensação indireta... As estruturas do IRM são mostradas na Figura 3 , a, b, respectivamente. Esses dispositivos, que possuem alta velocidade de resposta, podem reduzir as flutuações de tensão. O ajuste gradual e a presença de filtros fornecem balanceamento e redução de níveis de harmônicos mais altos.

Na fig. 3, é apresentado um circuito de compensação direta onde a fonte de potência reativa “controlada” é comutada por meio de tiristores Banco capacitor. A bateria possui várias seções e permite variar discretamente a potência reativa gerada. Na fig. 3b, a potência IRM é variada ajustando o reator. Com este método de controle, o reator consome o excesso de potência reativa gerada pelos filtros.Portanto, o método é chamado de compensação indireta.

Figura 3. Diagramas de blocos de um IRM multifuncional com compensação direta (a) e indireta (b)

A compensação indireta tem duas desvantagens principais: absorver o excesso de potência causa perdas adicionais e alterar a potência do reator usando o ângulo de controle da válvula leva à geração adicional de harmônicos mais altos.