Účinky měničů na elektrickou síť Výkonová elektronika - přednášky Projekt ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.
Definice pojmů podle normy ČSN IEC 1000-2-1 Elektromagnetická kompatibilita (EMC Electromagnetic compatibility) Schopnost zařízení nebo systému fungovat vyhovujícím způsobem ve svém elektromagnetickém prostředí bez vytváření nepřípustného elektromagnetického rušení pro cokoli v tomto prostředí Elektromagnetická interference (EMI-Electromagnetic interference) zhoršení provozu přístroje, zařízení nebo systému způsobené elektromagnetickým rušením Elektromagnetické rušení jakýkoli elektromagnetický jev, který může nežádoucím způsobem zasáhnout do výsledných parametrů (zhoršit činnost) přístroje, zařízení nebo systému, nepříznivě působit na živou nebo neživou hmotu. signál v silovém obvodu, přívodu, elektromagnetický šum, změna v přenosovém prostředí, elektrostatické ovlivňování, výboj, indukované proudy v zemních smyčkách výuky technických předmětů 2
Druhy elektromagnetického rušení nízkofrekvenční šíří se po drátě, nebo na krátkou vzdálenost polem vyšší harmonické od základní harmonické sítě, mimo a subharmonické, signalizace po síti (HDO), mg. pole transformátoru vysokofrekvenční šíří se polem na velkou vzdálenost, částečně i drátem vysílače v rádiovém pásmu, mobily, televize, přístroje se spínanými zdroji, přístroje a zařízení pro digitální přenos a zpracování dat, zdroje pro výbojky, komutátorové motory, zapalování spalovacích motorů,experimentální zařízení impulsní šíří se po drátě i polem na velkou vzdálenost blesk a elektrostatické výboje, vypínací procesy výuky technických předmětů 3
Optimální funkce zařízení v poli rušení výuky technických předmětů 4
EMC - Vysvětlení pojmů Odolnost (proti rušení) schopnost přístroje, zařízení nebo systému být v provozu bez zhoršení charakteristik za přítomnosti elektromagnetického rušení. Úroveň velikost veličiny vyhodnocené předepsaným způsobem. (Úroveň veličiny může být vyjádřena v logaritmických jednotkách, například v decibelech vůči vztažné hodnotě.) Úroveň rušení úroveň daného elektromagnetického rušení měřeného předepsaným způsobem. Úroveň vyzařování - úroveň elektromagnetického rušení vyzařovaného konkrétním přístrojem, zařízením nebo systémem, měřená určeným způsobem. výuky technických předmětů 5
EMC - Vysvětlení pojmů Mez vyzařování maximální dovolená úroveň vyzařování. Úroveň odolnosti maximální úroveň elektromagnetického rušení působícího na konkrétní přístroj, zařízení nebo systém, při kterém se nevyskytuje zhoršení provozu. Mez odolnosti nejnižší požadovaná úroveň odolnosti. Kompatibilní úroveň předepsaná úroveň rušení, při které by měla být přijatelně vysoká pravděpodobnost elektromagnetické kompatibility. výuky technických předmětů 6
Připojené měniče na síť vstupní strana střídavá usměrňovače, střídavé měniče Účinky měničů na elektrickou síť - zpětné průběh napájecího proudu odlišný od napájecího napětí vnitřní impedance sítě - přímé příklad - napájení usměrňovačů zařízení, které dodává proud do sítě měniče pro fotovoltaiku, kompenzátory, DC/AC převody u HVDC vedení výuky technických předmětů 7
vliv usměrňovačů na síť usměrňovače jsou součástí nepřímých měničů, spínaných zdrojů, původní napětí sítě je harmonické, odběr proudu neharmonický (viz kapitola o usměrňovačích, amplitudový zákon) fázový posun první harmonické, významný u řízených usměrňovačů. přítomnost vnitřní impedance sítě deformace napětí na připojených svorkách, ze sítě přitékají vyšší harmonické složky i na čistě lineární zátěž. vliv přímých střídavých měničů fázové regulátory, cyklokonvertory (viz kapitola o AC měničích) fázový regulátor všechny liché harmonické, velikost podle úhlu řízení cyklokonvertory navíc subharmonické složky výuky technických předmětů 8
Zařízení pro redukci vlivu měničů na síť pasivní / aktivní filtry na vstupu (především pro vysoké frekvence) kompenzace jalové složky první harmonické klasické kompenzátory (rotační synchronní stroj), kompenzátory s kondenzátorem redukce vyšších harmonických způsobených měniči aktivní filtry, sací filtry dolní propusti Řízené měniče určené pro řízení EMC (aktivní) měniče pro skokovou kompenzaci účiníku měniče pro plynulou kompenzaci účiníku aktivní filtry s třífázovým H mostem výuky technických předmětů 9
Kompenzace účiníku Elektromagnetická kompatibilita pro jedno nebo více zařízení (individuální nebo skupinová kompenzace) rotační (synchronní stroj) nebo statická kompenzace Statická kompenzace klasická (paralelní kompenzace, připojení samostatných kondenzátorů) hrazená kompenzace připojení ochranných tlumivek, které omezují proudy vyšších harmonických přicházejících ze sítě výuky technických předmětů 10
Hrazená kompenzace Elektromagnetická kompatibilita pro statické kompenzátory, zvýšení impedance pro vyšší kmitočty omezení proudu vyšších harmonických, které přicházejí ze sítě a zatěžují kompenzační kondenzátory zatěžuje méně zdroje HDO Parametry hrazené kompenzace od kompenzačního dvojpólu se na jmenovité frekvenci sítě f n očekává kompenzační výkon Q C = U n 2 /X C, tedy X C = U n 2 /Q C (nehrazená) rezonanční frekvence f r musí být pod nejnižší významnou vyšší harmonickou sítě (např 250 Hz) - (f r = 1/(2π LC) definuje se činitel zatlumení p = 1/n r 2 pro n r = f r f n reaktance kompenzačního článku: X LC = 1 p X C požadované napětí kondenzátoru (vliv rezonance): U C = U n 1 p výsledná reaktance kondenzátoru: X CC = U C 2 /Q C výuky technických předmětů 11
Řízená plynulá kompenzace pomocí fázového regulátoru fázový regulátor zatížený induktorem umožňuje plynulou změnu fáze proudu spojení s kompenzačním kondenzátorem. výuky technických předmětů 12
Řízená plynulá kompenzace pomocí fázového regulátoru obvodové schéma, časové průběhy výuky technických předmětů 13
Sací filtry Elektromagnetická kompatibilita vícenásobný sériový LCR obvod, běžně naladěný na 5 a 7 harmonickou (250 a 350 Hz) a vyšší. na těchto frekvencích mají malou impedanci. Odebírají ze sítě harmonické způsobené usměrňovači Součást kompenzačních stanic výuky technických předmětů 14
Aktivní filtry odčerpávají proudy tak, aby se zátěž jevila jako lineární: R K i ur = u ur různé metody řízení, nákladné, universální, menší odběry, i uc = i ul i ur i vc = i vl i vr i wc = i wl i wr zapojení aktivního filtru: výuky technických předmětů 15
Rušení měničů na vysokých frekvencích Frekvenční pásmo nad 10 khz vznik: vf. složky proudů v měniči (strmé hrany obdélníkového průběhu) sekundární jevy strmé hrany působí zákmity na parazitních LC obvodech Nelinearita (magnetické materiály, polovodičové prvky) řešení odrušovací vf. filtry LC dolní propust nejméně 2 řádu, vhodná velikost kondenzátorů a induktorů výuky technických předmětů 16
Literatura Kůs, V.: Vliv polovodičových měničů na napájecí soustavu. BEN 2002, ISBN 80-7300-062-8 výuky technických předmětů 17
výuky technických předmětů Děkuji za pozornost Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/28.0050 výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.