- PDF Stažení zdarma

Transkript

1 Václav Kùs Vliv polovodièových mìnièù na napájecí soustavu Vydáno s finanèní podporou Grantové agentury Èeské republiky, èíslo úkolu GAÈR 102/02/

2 Kniha se zabývá aktuální problematikou vlivu polovodièových zaøízení na napájecí sí v oblasti nízkofrekvenèního rušení Jsou zde uvedeny jak postupy pro exaktní výpoèty harmonických proudù, tak i zjednodušené návody na urèení harmonických proudù s pøesností, která je v praxi dostaèující Mnohé kapitoly jsou doplnìny ukázkami èasových prùbìhù proudù a výsledky jejich následné harmonické analýzy Je urèena pro všechny, kteøí se chtìjí dozvìdìt více o polovodièových mìnièích, a to nejen z jejich kladné stránky Projektanti a konstruktéøi najdou návod na výpoèty harmonických proudù, uživatelé mìnièù si mohou snadno zjistit jejich projevy v závodových sítích, možnosti jejich zjiš ování a soulad s normami Václav Kùs Vliv polovodièových mìnièù na napájecí soustavu Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky Za pùvodnost a jazykovou i vìcnou správnost díla zodpovídá autor Uvedené názvy výrobcù, výrobkù, metod a rùzných materiálù mohou být ochrannými známkami Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny Recenzoval Prof Ing František Vondrášek, CSc Všechna práva vyhrazena Doc ing Václav Kùs, CSc, Praha 2002 Nakladatelství BEN technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Kùs Václav: Vliv polovodièových mìnièù na napájecí soustavu BEN technická literatura, Praha vydání ISBN

3 Pøedmluva S pojmem kompatibilita se u širší veøejnosti obvykle spojuje možnost užití urèitého zaøízení v souèinnosti s jiným zaøízením Velmi èasto je to u výpoèetní techniky, u rùzných televizních systémù èi jiné audio video techniky Budeme-li hovoøit o elektromagnetické kompatibilitì, pak je to v širším kontextu opìt rušení televizí a podobných zaøízení V dnešní dobì, kdy jsou stále více nasazována polovodièová zaøízení, je však celkový instalovaný výkon takový, že rušení, jak se nìkdy nesprávnì zkrácenì elektromagnetické kompatibilitì øíká, se projevuje i ve frekvencích velmi nízkých, blízkých nìkolika málo násobkùm základní frekvence sítì Takovému rušení pak øíkáme nízkofrekvenèní rušení Literatura se nízkofrekvenèním rušením zabývá velmi dlouho U nás to byla napøíklad kniha Zpìtný vliv výkonových polovodièových mìnièù na napájecí sí [48], vydaná v roce 1979 Ve svìtì to jsou napøíklad knihy od Arrilagy [1], Pellyho [54] nebo ŽeŸelenka [78] Pouze negativními úèinky mìnièù se zabývají knihy od Klosse [29], [30] Od dob vydání tìchto knih však pokrok výkonové polovodièové elektroniky velmi pokroèil Namátkou jmenujme pulzní usmìròovaèe a zejména mìnièe kmitoètu s napì ovými støídaèi Pøestože se v literatuøe objevují dílèí èlánky, popisující jednotlivé mìnièe, neexistuje souhrnná publikace, která by se vlivy polovodièových mìnièù na sí zabývala Kniha Elektromagnetická kompatibilita [67] se zabývá zejména vysokofrekvenèním rušením Zùstává tedy nezpracována oblast vlivù mìnièù v nízkofrekvenèním pásmu

4 Pøedkládaná kniha si klade za cíl uvedenou mezeru zaplnit Snahou bylo napsat knihu takovým zpùsobem, aby v ní nalezli odpovìdi jak specialisté, odborníci, ale i technici, kteøí se chtìjí (nebo i musí) vlivy mìnièù na sí zabývat Proto je každá kapitola vìnována jinému druhu mìnièù, vèetnì tìch nejnovìjších V každé kapitole je obvykle proveden jak teoretický rozbor, tak jsou uvedeny výsledky simulací i praktických mìøení Pokud se daným mìnièem zabývají normy, je uveden i vztah k danému mìnièi Jak se mi podaøilo cíl splnit, ponechám laskavì na ètenáøi Rád bych též podìkoval kolektivu spolupracovníkù z Katedry výkonové elektroniky Západoèeské univerzity v Plzni za mnohé cenné rady a pøipomínky, které mi umožnily knihu dopsat Mùj dík patøí též Grantové agentuøe Èeské republiky, s jejichž finanèní podporou mohla tato kniha vyjít Autor

5 Obsah 1 Úvod 11 2 Definice a prùbìhy neharmonických velièin Harmonická analýza Základní vlastnosti Fourierovy øady Komplexní tvar Fourierovy øady, Fourierova transformace Volba kmitoètu vzorkování Harmonické ve výkonové elektronice a v elektrických pohonech Charakteristické a necharakteristické harmonické, meziharmonické Výkony v obvodech s neharmonickými prùbìhy napìtí a proudu Pomìrné hodnoty a celkoví èinitelé zkreslení 26 3 Harmonické proudy usmìròovaèù Harmonické proudy usmìròovaèe pøi zjednodušených podmínkách èinnosti Idealizované podmínky èinnosti, amplitudový zákon Vliv úhlu komutace na harmonické proudy Harmonické proudy usmìròovaèe pøi uvažování reálných parametrù Výpoèet proudu procházejícího tyristorem Zvlnìní ve stejnosmìrném obvodu Vliv úhlu komutace Vliv úhlu øízení Výsledky numerické analýzy Ukázka namìøených prùbìhù z praxe Harmonické proudy pøi pøerušovaných proudech motoru Harmonické proudy usmìròovaèù pøi nesymetrických podmínkách èinnosti Harmonické proudy usmìròovaèù a normy 48 4 Harmonické proudy pøímých mìnièù kmitoètu Harmonické a meziharmonické vstupního proudu mìnièe Amplitudy harmonických a meziharmonických pøímých mìnièù kmitoètu 52 7

6 8 4 3 Harmonické pøímých mìnièù kmitoètu a normy 53 5 Harmonické proudy mìnièù napìtí Jednofázové mìnièe napìtí Tøífázové mìnièe napìtí Harmonické mìnièù napìtí a normy 58 6 Harmonické proudy podsynchronní polovodièové kaskády Problematika transformace harmonických proudù pøes stejnosmìrný meziobvod Harmonické proudy podsynchronní polovodièové kaskády Harmonické podsynchronní polovodièové kaskády a normy 62 7 Harmonické proudy nepøímých mìnièù kmitoètu s proudovým støídaèem Charakteristické harmonické proudy mìnièù s proudovým støídaèem Meziharmonické proudy mìnièù s proudovým støídaèem Harmonické mìnièù s proudovým støídaèem a normy 65 8 Harmonické proudy nepøímých mìnièù kmitoètu s napì ovým støídaèem Harmonické proudy mìnièe kmitoètu s napì ovým støídaèem pøi zjednodušených podmínkách èinnosti Harmonická analýza proudu jednofázového mùstku Harmonická analýza proudu tøífázového mùstku Zobecnìný amplitudový zákon Zpøesnìný popis prùbìhu proudu odebíraného mìnièem Mìniè kmitoètu s napì ovým støídaèem pøi uvažování reálných parametrù Základní model obvodu Indukènost v obvodu na stranì usmìròovaèe, jednofázové spojení Tøífázový mùstek, indukènost na stranì usmìròovaèe Støídaè, pøipojený ke stejnosmìrnému obvodu Shrnutí poznatkù k prùbìhu proudu, odebíraného mìnièem ze sítì 86

7 8 3 Vliv vlastností komponent mìnièe na harmonické proudy a energetické ukazatele Simulaèní model mìnièe Prvky použité v modelu mìnièe Vliv kondenzátoru ve stejnosmìrném obvodu Vliv napájecí soustavy na harmonické proudy mìnièe kmitoètu Vliv indukènosti ve stejnosmìrném meziobvodu mìnièe Vliv indukènosti na vstupní stranì mìnièe Mìøení harmonických proudù, výkonù a úèiníku mìnièe Mìøení v laboratorních podmínkách Mìøení v prùmyslových závodech Harmonické proudy mìnièù pøi nesymetrických podmínkách èinnosti Harmonické proudy impulzních napájecích zdrojù Základní blokové schéma sí ového zdroje Základní konfigurace výkonových obvodù impulzních zdrojù Moderní øešení spínacích zdrojù Harmonické proudy mìnièù kmitoètu s napì ovým støídaèem a normy Harmonické proudy pulzních usmìròovaèù Základní vlastnosti pulzních usmìròovaèù Napì ové pulzní usmìròovaèe Proudové pulzní usmìròovaèe Výpoèty harmonických proudu pulzních usmìròovaèù Mìøení pulzního usmìròovaèe napì ového typu Pulzní usmìròovaèe a normy Souèasná práce více mìnièù Souèasná práce dvou mìnièù Eliminace proudù 5 a 7 harmonické Rozdílný úhel øízení dvou mìnièù Souèasná práce vìtšího poètu mìnièù Statistické vyhodnocení Souèasná práce mìnièù kmitoètu Soubory souèasnì pracujících mìnièù a normy Mìøení energetických parametrù mìnièù Zpùsoby mìøení a vyhodnocení harmonických 132 9

8 11 2 Norma ÈSN EN Pøedmìt a rozsah použití normy Charakteristiky mìøeného signálu Všeobecné požadavky na pøístrojovou techniku Požadavky na pøístrojovou techniku pracující v èasové oblasti Èasové intervaly mìøení Antialiasing filtr Vliv koneèné doby pozorování signálu na jeho spektrum Porovnání vlastností nejvíce používaných okének Porovnání oken Doporuèené využití oken Zpracování výsledkù mìøení Použití statistiky Èasové závislosti namìøených velièin Frekvenèní závislosti namìøených velièin Znázoròované parametry Ukázky mìøených velièin Normy a EMC v nízkofrekvenèním rušení Základní zákony a naøízení o EMC Popisy nejdùležitìjších norem nízkofrekvenèního rušení ÈSN IEC ÈSN EN ÈSN EN ÈSN EN IEC ÈSN EN x Normy pro vysokofrekvenèní rušení Vyhledávání platných norem Literatura Použité znaèky 172 Knihy nakladatelství BEN technická literatura