Гармонійні спотворення - студопедія

В даний час велика частина побутової техніки є для електромережі нелінійним навантаженням.
Телевізори, комп'ютери, монітори, муз. центри, адаптери, зарядні пристрої, енергозберігаючі лампочки і ряд інших видів обладнань мають випрямляч або імпульсний блок живлення, що спотворює форму струму.
В результаті, додатково до основної частоті 50 гц, в мережі з'являються вищі кратні гармоніки - 100 гц, 150 гц, 200 гц, 250 гц і.т.д.
Вищі гармоніки струму на активному навантаженні виділяють активну потужність, але енергетично не пов'язані з джерелом (генератором) і є втратами для енергосистеми. Потужність вищих гармонік, як і реактивна, буде розсіюватися на активному опорі проводів, кабелів, трансформаторів і ліній електропередач у вигляді тепла і інших негативних явищ в силових установках мережі (паразитний резонанс, вихрові струми і.т.д.).
Коефіцієнт потужності для нелінійних навантажень визначиться з коефіцієнта гармонік співвідношенням:

DPF (Distortion Power Factor) - це той же PF. але тільки для гармонійних спотворень, без урахування зсуву фаз.
THD (Total Harmonic Distortion) - коефіцієнт гармонік, рівний відношенню суми квадратів струму або напруги вищих гармонік до квадрату струму (напруги) основної гармоніки.

У цьому випадку коефіцієнт потужності можна виразити, як відношення діючого значення струму основної гармоніки до діючого значення струму в навантаженні.

Багато побутові споживачі забезпечені сімісторний регулятором потужності, який не тільки вносить гармонійні спотворення струму, але і зрушує фазу основної гармоніки струму, що призводить до додаткових (фазовим) втрат. Тобто, в таких випадках, коефіцієнт потужності визначиться не тільки коефіцієнтом спотворень, але і зрушенням фази основної гармоніки.

Тут cos # 966; 1 - косинус кута зсуву фази струму основної (першої) гармоніки щодо напруги мережі.

Сучасні пилососи та пральні машини з сімісторний регуляторами обертів вносять весь комплекс спотворень струму через наявність електродвигуна, як реактивної складової в навантаженні.
Тоді кут зсуву фаз для основної гармоніки в розрахунках збільшиться з урахуванням загального зсуву струму індуктивностями обмоток двигуна.

Більш істотні гармонійні спотворення в електромережі виникають при використанні потужних зварювальних перетворювачів - інверторів, які можуть спотворювати не тільки форму струму, але і напруги в мережі. А це внесе додаткові втрати потужності для всіх інших споживачів цієї мережі.

У загальному випадку для будь-яких навантажень, незалежно від ступеня спотворень і кута зсуву фаз, коефіцієнт потужності PF можна визначити, як співвідношення P / S. обчисливши активну P і повну S потужності інтеграцією струму і напруги в часі, яке здатні зробити сучасні цифрові вимірювальні прилади на основі мікроконтролерів.

Споживана (активна) потужність P - це середнє значення потужності в навантаженні за період, тобто середньоарифметичне усіх миттєвих значень UI.
Повна потужність - це твір середньоквадратичних значень напруги мережі і струму навантаження.
Тоді коефіцієнт потужності обчислюється таким чином:

З метою компенсації гармонійних спотворень, в електричні споживачі, що містять нелінійні елементи в силових ланцюгах, встановлюють спеціальні Коректори Коефіцієнту Потужності (ККП) - Power Factor Correction (PFC), які можуть бути як пасивними (фільтри L або LC), так і активними.
Активні PFC - це перетворювачі, здатні наблизити форму струму в навантаженні до синусоїдальної, тим самим усунувши (по можливості) вищі гармоніки із загального спектра коливань струму.

Як ознайомлення можна подивитися приклад використання вищеописаних розрахункових формул для варіанту з сімісторний управлінням активним навантаженням по посиланню обмеження потужності симистором.

10. У чому відмінність системи ТN-С і ТN-S?

TN-C - нульовий робочий і нульовий захисний провідники об'єднані в одному провіднику по всій системі (C - combined - об'єднаний).