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Requerimientos básicos de Control

(3.3) Y la resistencia equivalente en función de las reactancias de conmutación en el

3.2.3. Requerimientos básicos de Control

Los siguientes requerimientos son necesarios para lograr un esquema de control realizable l11:

• Prevenir grandes fluctuaciones en la corriente transportada debido a las variaciones de la tensión en el sistema AC.

• Mantener el voltaje continuo cerca del valor nominal. Esto minimiza la corriente continua y por lo tanto las pérdidas en la línea.

• Mantener los factores de potencia a ambos lados del enlace lo más altos posible. Se logra manteniendo los ángulos de control en valores muy pequeños.

• Prevenir las fallas de conmutación. Se logra manteniendo un mínimo ángulo de extinción en el inversor.

• Limitar el máximo de la corriente continua transmitida.

El rápido control de los convertidores para prevenir grandes fluctuaciones de

corriente directa I a es esencial para la apropiada operación de los sistemas. Sin este

principio de control los sistemas de transmisión en CC serian impracticables. Razones que exigen que se mantengan un alto factor de potencia:

a) Para mantener la potencia de los convertidores tan alto como sea posible en los valores de corriente y tensión nominal de transformadores y válvulas ( tiristores)

b) Para reducir el estrés de tensión sobre las válvulas (tiristores)

c) Para minimizar las perdidas en condiciones normales de corriente, de los equipos usados en el lado AC donde los convertidores están conectados

d) Para minimizar la caída de tensión en los terminales AC con el incremento de carga e) Para minimizar el costo de potencia reactiva suministrada a los convertidores

De las relaciones para el factor de potencia se tiene:

CostjJ-:::, Cosa+Cos(a+µ) (3_21)

2

CostjJ -;:::, Cosy

+

Cos(r

+

µ) (3_22)

2

Se concluye, que para mantener alto los factores de potencia los ángulos (a) del rectificador y el ángulo ( r) del inversor deben mantenerse lo más pequeño posible.

Sin embargo el rectificador, tiene un límite mínimo para a de aproximadamente 5º

para asegurar un voltaje adecuado a través de la válvula antes de que esta sea disparada. Por ejemplo, en el caso de los tiristores, el voltaje positivo que aparece en cada tiristor

antes de dispararlo es usado para cargar el circuito auxiliar que provee la energía para el pulso de disparo al tiristor. Por lo tanto, el disparo no puede ocurrir antes de a = 5°. Para

condiciones normales de funcionamiento, el rectificador opera normalmente con valores de a entre los rangos de a 15º a 20º, con el fin de dejar cierto margen para incrementar el

voltaje del rectificador y controlar los flujos de potencia.

En el caso del inversor, es necesario mantener un cierto valor mínimo en el ángulo de extinción para evitar las fallas de conmutación. Es importante asegurar que la conmutación sea completa, con el suficiente margen, que permita la recuperación de la capacidad de bloqueo antes que la tensión de conmutación se invierta entre ánodo y cátodo en

a =

180º o y = O . El ángulo de extinción y es igual a

p -

µ con el ángulo de

traslape µ dependiente del nivel de corriente Id y del voltaje de conmutación. Debido a la posibilidad del cambio en la magnitud de la corriente directa y amplitud de la tensión alterna aun después de iniciada la conmutación.

Suficiente margen de conmutación por encima del límite mínimo para y debe ser

mantenido. Valores típicos son: y= 15º para sistemas de 50 Hz y y= 18º para sistemas

de 60 Hz r11•

3.2.4.- Control básico

En condiciones normales, la estación rectificadora se encarga de controlar la corriente constante (CC), mientras que la estación inversora se encarga de controlar el voltaje manteniendo el ángulo de extinción constante (CEA); esto se utiliza por las siguientes razones:

1.- El aumento de la corriente y de la potencia en el enlace es alcanzado disminuyendo el ángulo de disparo en el rectificador, lo cual mejora el factor de potencia para grandes cargas y minimiza el consumo de potencia reactiva en el rectificador.

2.- El inversor puede operar a mínimo ángulo de extinción, minimizando de esta forma el consumo de potencia reactiva.

3.- La corriente durante fallas en la línea DC son automáticamente limitadas con la estación rectificadora por medio del controlador de corriente.

Mientras existe una necesidad de mantener un mínimo ángulo de extinción en el inversor para evitar fallas de conmutación, es económico operar el inversor en un ángulo de extinción constante, el cual se encuentra levemente por encima del mínimo absoluto requerido de modo que no se produzcan fallas de conmutación. Esto resulta en reducir los costos de la estación inversora, reducir las pérdidas en la estación y disminuir el consumo de potencia reactiva 111•

3.2.5.- Control de corriente en el inversor

básicos descritos anteriormente, las responsabilidades de la regulación de voltaje y de la regulación de corriente son asignadas a distintas estaciones. Bajo condiciones de operación nonnal, al rectificador le corresponde la tarea de controlar la corriente (CC), y al inversor la tarea de mantener el ángulo de extinción en un valor constante (CEA), valor que va a depender del consumo de potencia reactiva y de la posibilidad que se produzcan fallas de conmutación en la estación inversora. Al existir una disminución del voltaje AC en el rectificador, va a ser necesario cambiar el modo de control en el inversor a control de corriente, con el fin de evitar que el enlace sufra inestabilidades cuando el controlador del

rectificador llega a su límite ( amín ) y no pueda seguir controlando corriente. Esto implica

que también se debe proveer un controlador de corriente en el inversor en adición al controlador CEA. Para evitar el traslape de los dos controladores de corriente, la corriente de referencia en el inversor menor que el valor de corriente de referencia del rectificador por un valor llamado corriente de margen. Este valor es típicamente alrededor de un 10% de la corriente de referencia del rectificador 111•

3.2.6- Características Ideal

La filosofía de control básico se explica mejor utilizando las curvas voltaje - corriente, mostradas en la figura 3.5.

Bajo operación normal, el rectificador mantiene la corriente constante (CC) y el inversor opera a ángulo de extinción constante (CEA), manteniendo adecuado margen de conmutación.

La característica V-1 del rectificador y del inversor son medidas en los terminales del rectificador, es decir, que la característica del inversor incluye la caída de tensión a través de la línea. H. A

/E(Punto de operación)

r----___¡.::.��-D

Inversor (CEA)

... ::---Rectificador (CC)

B Id

Fig.3.5 Característica ideal V-1 en estado estacionario

Con el rectificador manteniendo la corriente constante, su característica V-1 es como se muestra en la figura 3.5, una línea vertical AB 121•

(3.23)

Con la expresión indicada, es obtenida la característica V-1 del inversor, con el

ángulo y mantenido en un valor fijo. Si la resistencia de conmutación Re; es ligeramente·

mayor que la resistencia de la línea RL, la característica del inversor presentara pendiente

negativa como se indica por la línea CD.

Como la condición de operación debe satisfacer las características del rectificador

y del inversor, el punto de operación es definido por la intersección de ambas

características que corresponde al punto E de la figura 3.5.

La característica del rectificador puede desplazar en forma horizontal ajustando el comando de corriente. Si la corriente medida es menor que la del comando, el regulador disminuye el ángulo a 121.

La característica del inversor puede incrementarse o disminuirse por medio del cambio del tap del transformador donde el convertidor está conectado. Cuando el tap es

cambiado, el regulador (CEA) rápidamente restablece el valor de

r

deseado. Como

resultado, la corriente directa cambia, la cual es rápidamente restablecida por el regulador de corriente del rectificador (fig. 3.6).

El tap del transformador del rectificador también será cambiado para colocar el

ángulo a en el rango deseado es decir entre 1 Oº y 20

°

de manera de asegurar alto factor

de potencia y adecuado tope máximo para el control.

Sistema trifásico

(AC) Rectificador

PI

Fig.3.6 Regulador de corriente del Rectificador

t+

ld,ref

La operación del inversor a ángulo y constante es controlada, tomando en

ángulo y se realiza de manera que el ángulo sea mayor al ángulo de recuperación de los tiristores como muestra en la figura 3_7r21

Id

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