Část videozáznamu z přednášky L.P. Elektro ...


Původ harmonických složek
Zdroji harmonických v napájecí síti jsou především spotřebiče odebírající neharmonický proud, ale i zdroje elektrické energie generující neharmonická napětí a mohou být za ně pokládány i prvky elektrické sítě, které svou nelinearitou a vzájemnou vazbou mohou generovat vlastní kmity či zesilovat účinky primárních zdrojů neharmonických proudů a napětí.

Mezi typické spotřebiče odebírající neharmonické proudy patří:

• Spotřebiče se silovými obvody založenými na výkonové elektronice: řízené a neřízené usměrňovače pro DC motory a jiné zátěže AC pohony (motory, soft startéry, frekvenční měniče), odporové svařovací stroje, spínané zdroje (IT technika, domácí elektronika, „bílá“ technika), elektronické předřadníky/měniče světelných zdrojů, fázové regulátory, ….
• Spotřebiče pracující s elektrickým obloukem: obloukové pece, obloukové svářečky, výbojové zdroje světla (s indukčním předřadníkem)
• A spotřebiče lineární napájené neharmonickým napětím.
  

Zkreslení napětí v síti je způsobováno:

• Přímo připojenými zdroji elektrické energie jako jsou:
  
  Rotační generátory: v důsledku nedokonalosti magnetických obvodů, či statických budičů. Celkové harmonické zkreslení napětí generovaného synchronními generátory je od 0,5 do 3% (podle výkonu). V případě asynchronních generátorů je to více.
  
  Statické střídače (PV systémy, větrné elektrárny se synchronním generátorem a polovodičovým měničem, atd.): v důsledku zvlnění napájecího napětí na DC straně, pulsně-šířkové modulace výstupního napětí střídače, nelinearity výstupních filtrů či vazebního transformátoru.
  

•   Nebo neharmonickými úbytky napětí na impedancích sítě v důsledku procházejícího neharmonického proudu.

Jestliže průběh odebíraného proudu bude jako na obrázku 1 a budeme-li uvažovat pouze odpor napájecí sítě, bude úbytek napětí na tomto odporu tvarově shodný. Pokud bude tento obvod napájen zdrojem harmonického napětí, pak průběh okamžité hodnoty napětí na zátěži odebírající neharmonický proud bude napětí roven harmonickému napětí zdroje mínus neharmonický úbytek napětí na odporu sítě. Tudíž bude rovněž neharmonické.

Příklady průběhů fázových proudů odebíraných ze sítě s odpovídajícím spektrem velikostí harmonických a celkovým harmonickým zkreslením jsou pro vybrané zátěže na obrázku 2. Deformace průběhů odebíraných proudů jsou dané nelinearitou vstupních obvodů zátěží, kde například je-li napěťově závislá, proud začne procházet až v okamžiku, kdy okamžitá hodnota napětí překročí jistou minimální úroveň. Jako v případě usměrňovačů pracujících do kapacitní zátěže (vyhlazovacího kondenzátoru).

Za určitých zjednodušení můžeme každou nelineární zátěž reprezentovat náhradním obvodem ve smyslu rovnice (1), tedy že zátěž nahradíme lineární zátěží představující odebíraný proud na základní harmonické frekvenci s paralelně řazenými proudovými zdroji, z nichž každý generuje harmonický proud odpovídajícího vyššího řádu (s odpovídající frekvencí, amplitudou a počáteční fází). Výsledný náhradní obvod je potom na obrázku 3.
 

Doc. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně