Moc odkształcenia (moc dystorsji) – rodzaj mocy biernej w sieciach prądu przemiennego powstającej w obwodach w wyniku działania w niej nieliniowych elementów wywołujących niesinusoidalny przebieg natężenia prądu i napięcia elektrycznego. Pojęcie mocy odkształcenia wprowadzane jest do oceny układu elektrycznego w przypadku gdy chwilowe wartości napięcia i prądu na zaciskach wejściowych układu nie spełniają prawa Ohma.
Przyczyną powstawania prądu niesinusoidalnego, a tym samym i mocy biernej odkształcenia, są nieliniowe układy elektryczne, takie jak prostowniki w zasilaczach, falowniki czy elementy magnetyczne wykazujące zjawiska nasycenia magnetycznego. Zniekształcony przebieg można przedstawić jako sumę oscylacji podstawowych i harmonicznych. Te harmoniczne prądu w połączeniu z sinusoidalnym napięciem sieciowym dają udział w całkowitej mocy biernej.
Odbiorniki nieliniowe energii elektrycznej w sieci energetycznej pobierały dawniej marginalną moc, w XXI w. stały się największą grupą odbiorników.
Moc odkształcenia dla układu zasilanego napięciem sinusoidalnym została zdefiniowana przez Budeanu w 1927 r. jako[1]:
gdzie:
- – moc pozorna,
- – moc czynna,
- – moc bierna pierwszej harmonicznej.
Powyższą definicję mocy odkształcenia autor tłumaczył istnieniem odkształceń w przebiegach prądu i napięcia[2]. Po 1927 r. opublikowano wiele teorii mocy elektrycznej, wprowadzają one różne rodzaje mocy (np. biernej, rozproszonej, rozrzutu) często nie podając ich interpretacji fizycznej. Przyjęto, że najbardziej wiarygodne są bezpośrednie metody pomiarowe z analizą napięć i prądów harmonicznych[1].
Moc odkształcenia nie jest mierzona i jest błędnie w rozliczana. Niesinusoidalne napięcia i prądy mogą powodować różnice między rzeczywistą mocą a przepływającą do kilku procent[3].
Analiza harmoniczna
[edytuj | edytuj kod]Przebieg natężenia prądu wyrażony szeregiem można przedstawić[2]:
lub
Składowe harmoniczne dla różnych odbiorników
[edytuj | edytuj kod]W poniższej tabeli wymieniono odbiorniki i ich rozkład harmonicznych bez filtrowania przy zasilaniu sinusoidalnym napięciem przemiennym. Prądy harmoniczne są określone w odniesieniu do podstawowych drgań prądu. Generalnie obowiązuje następująca zasada: Im wyższa zawartość harmonicznych w prądzie, tym wyższa moc bierna zniekształceń danych odbiorników[4]
Przyczyna | Wykres | Przykładowe odbiorniki |
In/I1 w % | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
n=2 | n=3 | n=4 | n=5 | n=7 | |||
Źródło liniowe. Brak harmonicznych |
grzałka, żarówka | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Nasycenie magnetyczne | transformator, silnik z niewymiarowym rdzeniem |
0 | 25…55 | 0 | 8…30 | 2…10 | |
Wyładowanie jarzeniowe | świetlówka | 1…2 | 8…20 | 0 | 2…3 | 1…2 | |
Prostownik półfalowy z obciążeniem rezystancyjnym bez kondensatora |
Zmniejszenie o połowę mocy urządzeń termicznych, np. suszarki do włosów | 42 | 0 | 8 | 0 | 0 | |
Prostownik półfalowy z obciążeniem rezystancyjnym i kondensatorem wygładzającym |
Zasilacze bardzo małej mocy | 70…90 | 40…60 | 30…50 | 25…50 | 12…25 | |
Prostownik pełnookresowy z obciążeniem rezystancyjnym i kondensatorem wygładzającym |
Zasilacze komputerów, telewizorów, sprzętu elektronicznego | 0 | 65…80 | 0 | 50…70 | 25…35 |
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b Maciej Pawłowski. Podstawy analizy harmonicznej odkształconych przebiegów prądów i napięć w sieciach zasilających. „Mechanizacja i automatyzacja górnictwa”, s. 17–23, lipiec 2010. Instytut Technik Innowacyjnych EMAG.
- ↑ a b Konrad Zajkowski. Wady teorii mocy w obwodach jednofazowych według Budeanu i Fryzego. „Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe”. 12, s. 1500–1504, 2016.
- ↑ Andrzej Olencki , Pomiar strat nietechnicznych energii elektrycznej z wykorzystaniem nowoczesnych technik diagnostycznych [online] .
- ↑ R. Gretsch: Oberschwingungen in Stromversorgungsnetzen; Lehrgangsunterlagen „Spannungsqualität” an der Technischen Akademie Esslingen, 2001.
Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- Strzelecki R., Supronowicz H.: Współczynnik mocy w systemach zasilania prądu przemiennego i metody jego poprawy, OWPW, Warszawa 2000, ISBN 83-7207-106-3.