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Autor: Pablo_Ledesma
Tema 2: Control de Tensión
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Reactancia controlada mediante tiristores

El elemento central del sistema descrito de compensación estática, es la bobina regulable, con sus semiconductores y su correspondiente sistema de control. La figura 4 muestra el circuito eléctrico y el ciclo de conducción de una bobina controlada mediante dos tiristores. Cada tiristor comienza a conducir cuando se encuentra polarizado en secuencia directa, y además recibe la orden de disparo a través de la puerta correspondiente. El disparo es ordenado por el sistema de control en el instante determinado por el ángulo de disparo $ \alpha$, que se mide a partir del paso por cero de la tensión en el tiristor. El ángulo $ \sigma$ durante el cual un tiristor conduce se llama ángulo de conducción.

 

Figura 4: Reactancia controlada mediante tiristores.
\begin{figure}\centering \scalebox{1.0}{% \input{svc_thyristor.pstex_t}}\end{figure}

Como indica la figura, un ángulo de disparo $ \alpha=90^o$ corresponde a un ángulo de conducción $ \sigma=180^o$ en cada tiristor, y por tanto la bobina conduce a lo largo de todo el ciclo. Este modo de funcionamiento equivale a tener la bobina permanentemente conectada.

Si aumenta el ángulo de disparo $ \alpha$, disminuye el ángulo de conducción $ \sigma$. La figura 4 muestra los ciclos de conducción para los ángulos de disparo $ \alpha=100^o$ y $ \alpha=140^o$. Conforme aumenta $ \alpha$, la corriente por la bobina es menor. Además la corriente se distorsiona y se aleja de la forma sinusoidal.

Aplicando el análisis de Fourier, es posible calcular el valor de la componente fundamental de 50 Hz de la corriente, en función del ángulo de disparo. Este análisis da como resultado la siguiente relación entre la susceptancia de la bobina controlada y el ángulo de disparo:

 

$\displaystyle B(\alpha) = \frac{I_1}{U} = \frac{2(\pi - \alpha) + \operatorname{sen}2 \alpha}{\pi X_L}$ (1)

 

 

donde $ I_1$ y $ U$ son los valores eficaces de corriente y tensión, y $ X_L$ la reactancia de la bobina a la frecuencia fundamental. Aplicando la ecuación 1 podemos modificar la susceptancia de la bobina a voluntad, a través del ángulo de disparo $ \alpha$.

El sistema de control ejecuta la característica tensión-corriente deseada, representada por el tramo con ligera pendiente positiva en las figuras 2 y 3, a través de la elección del ángulo de disparo. Durante el funcionamiento del compensador, el sistema de control mide la tensión, y aplica en función de la misma el ángulo de disparo correspondiente. El método para diseñar el sistema de control puede ser el siguiente:

  1. Se elige un punto de la característica tensión-corriente deseada, al que llamaremos $ [U_x,I_x]$.
  2. Se obtiene el valor de la susceptancia correspondiente $ B_x=I_x/U_x$.
  3. A través de la ecuación 1 se obtiene el ángulo de disparo $ \alpha_x$ deseado.
  4. El proceso se repite en otros puntos, para construir la característica $ \alpha$-U deseada.

Conforme aumenta el ángulo de disparo la corriente se vuelve menos sinusoidal, es decir, aumenta su contenido en armónicos. Si el disparo de los tiristores es simétrico, únicamente se crean armónicos de orden impar. Para reducir el contenido en armónicos se usan diversas configuraciones. Por ejemplo, si las tres fases del compensador estático se conectan en triángulo, los armónicos triples (3, 9...) circulan por dentro del triángulo y no se transmiten a la red. Usando un trasformador con tres devanados, con el secundario conectado en triángulo y el terciario en estrella, es posible generar entre ambos un desfase de $ 30^o$ que permite eliminar los armónicos de orden 5 y 7. De esta forma, los primeros armónicos inyectados son los de orden 11 y 13.

 

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Pablo Ledesma 2012-01-01
OCW-UC3M, by the Contributing Authors. Esta obra se publica bajo una licencia Creative Commons License
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