C L ~ 5. ZDROJE A ŠÍŘENÍ HARMONICKÝCH. 5.1 Vznik neharmonického napětí. Vznik harmonického signálu Oscilátor příklad jednoduchého LC obvodu:

Transkript

1 5. ZDROJE A ŠÍŘENÍ HARMONICKÝCH 5.1 Vznik neharmonického napětí Vznik harmonického signálu Oscilátor příklad jednoduchého LC obvodu: C L ~ Přístrojová technika: generátory Příčiny neharmonického napětí v napájecí síti Předpoklad: spotřebiče jsou lineární Neharmonické napětí je způsobeno: konstrukcí generátorů konstrukcí transformátorů Elektrické vedení: považujeme za lineární Synchronní generátory: magnetická indukce ve vzduchové mezeře nemá harmonický průběh indukované napětí v kotvě (statoru) stroje není harmonické možnosti pro vylepšení: vhodným tvarem pólového nástavce pólu na rotoru (u strojů s vyniklými póly) rozložením drážek po obvodu rotoru (u strojů s hladkým rotorem) zvětšením počtu drážek na pól a fázi u vinutí kotvy (statoru) (u obou typů synchronních strojů)

2 stroj s hladkým rotorem stroj s vyniklými póly Transformátory: magnetický obvod nelineární magnetizační charakteristika neharmonický magnetizační proud (~ proud naprázdno) zkreslení sekundárního proudu a napětí trojfázové transformátory: Jádrový transformátor je magneticky nesymetrický: délky magnetických obvodů fází nejsou stejné odlišné magnetické odpory Důsledek: vznik harmonické 3. řádu a jejích násobků

3 Nesymetrickou soustavu lze nahradit součtem symetrické sousledné soustavy, symetrické zpětné soustavy a nulové soustavy. Nulovou soustavu právě tvoří harmonické 3. řádu a jejích násobků. Zapojení Yy bez vyvedeného uzlu: důsledkem tohoto zapojení jsou neharmonická fázová sekundární napětí (3. harm + liché násobky, sdružená napětí je nemají, protože sdružené hodnoty jsou dány vektorovým rozdílem fázových hodnot, proudy je nemají) Zapojení Yy s vyvedeným uzlem: neharmonické sekundární proudy ve fázích (3. harm + liché násobky) zvýšené zatížení nulového vodiče Možnost pro odstranění 3. harm a lichých násobků: Zapojení Dy: 3. harm + liché násobky se uzavírají primárním vinutím fázová napětí a sdružené proudy je nemají I s 1 P S I f1 L1 L1 I f 13 U f1 U 13 I s 2 U 31 I f 31 U 12 I f 11 I f 32 I f 33 U 12 N L2 L3 I s 3 U 23 I f 12 I f3 U f3 U f2 I f2 L2 U 32 L3 Zapojení Yd: 3. harm + liché násobky se uzavírají sekundárním vinutím fázová napětí a sdružené proudy je nemají 5.2. Zátěže jako zdroje harmonických proudů Průmyslové zátěže polovodičové měniče (regulované pohony, statické UPS, trakční měnírny )

4 elektrické obloukové pece indukční pece osvětlení (zářivky, výbojky, kompaktní) svařovací stroje spouštění motorů s elektronickými startéry Domácí zátěže TV přijímače a další spotřební elektronika počítače, tiskárny, kopírky zářivky, stmívače, kompaktní osvětlení mikrovlnné trouby. Polovodičové měniče nízké výkony: výpočetní technika, elektronika u 100% i 80% 60% THD i =85% t 40% 20% 0% Příklad zapojení zdroje pro PC

5 vysoké výkony: regulované pohony u 100% i 80% 60% 40% THD i =33% 20% 0% Příklad zapojení regulovaného pohonu s měničem kmitočtu Elektrické obloukové pece Zářivky

6 Kompaktní zářivky u, i U I t o Elektronický předřadník zářivky má vlastnosti: zářivka startuje okamžitě - bez blikání vysoká frekvence buzení snižuje namáhání očí prodlužuje životnost zářivky vyšší energetická účinnost vysoce zkreslený odebíraný proud Příklad zapojení

7 5.3. Šíření harmonických v síti: základní body Modely pro výpočty: nelineární zátěže: generátory harmonických proudů generátory, transformátory, vedení: modely v literatuře ostatní zátěže (např. motory, kompenzační kondenzátory): dtto v případě symetrie v síti: řešení jednofázové Stanovení frekvenční charakteristiky v bodě PCC (=společném napájecím bodě) Jednoduchý příklad konfigurace sítě Z S ~ Z T Z L PCC I h lineární zátěže komp. kondenzátory generátor harmonických Jednofázový model sítě (bezeztrátový) L T L L PCC U h L S C Zátěž I h L L S T L L L f r 1 2 L C jestliže : f r f h U h R I h Frekvenční charakteristika

8 Z ~R f 1 f r f U R P 2 f r f 1 S SC Q P = výkon zátěže (zátěží) SSC = zkratový výkon sítě na straně nn (v bodě PCC) Q = výkon kompenzačního kondenzátoru S SC U X 2 nn nn Xnn = (XS + XT ) (1/K) 2 + XL K je převod transformátoru