Основы качества питания -1

Качество питания

Электрооборудование предназначено для работы на электрической энергии, которая находится на заданном напряжении и частоте и относительно свободна от проблем качества, таких как скачки напряжения и гармоники. Проблемы с качеством электроэнергии могут снизить производительность и сократить срок службы электрооборудования, а также увеличить операционные издержки бизнеса. 

Проблемы с качеством электроэнергии могут быть вызваны различными условиями. Для выявления проблем и их оперативного решения до того, как они станут дорогостоящими, необходима хорошо продуманная система энергетического мониторинга.

Этот курс поможет вам лучше понять типы проблем качества энергии, которые обычно возникают на различных типах объектов и как продукты и системы мониторинга энергии могут помочь вам минимизировать эти проблемы. Во-первых, однако, есть некоторые базовые концепции, которые мы должны охватить.

Постоянный ток (DC)

Подача тока для электрических устройств может осуществляться из источника постоянного тока или источника переменного тока. Как говорится в разделе основы курса электроэнергетики, электроэнергетические предприятия генерируют и распределяют энергию переменного тока. Тем не менее, есть много источников и видов использования энергии постоянного тока, а также. Источники энергии постоянного тока включают в себя различные устройства, такие как солнечные батареи, батареи, электронные схемы преобразования переменного тока в постоянный и генераторы постоянного тока. 

В цепях постоянного тока электроны непрерывно текают в одном направлении от источника энергии через проводник к нагрузке и обратно к источнику энергии. Полярность напряжения для источника постоянного тока остается постоянной. 

Переменный ток (переменный ток)

Генератор переменного тока заставляет электроны текать сначала в одном направлении, а затем в другом. На самом деле генератор переменного тока меняет свои терминальные полярности много раз в секунду, что приводит к изменению направления тока при каждом повороте.

Переменное напряжение и ток изменяются непрерывно. Графическое представление AC-синусоидальная волна. Синусоидальная волна может представлять собой ток или напряжение. На прилагаемой иллюстрации показан Один цикл синусоидальной волны на графике с - два топора. Вертикальная ось представляет собой направление и величину тока или напряжения. Горизонтальная ось представляет время.

Когда волна находится над временной осью, течение течет в одном направлении. Это называется позитивным направлением. Когда волна находится ниже оси времени, течение течет в противоположном направлении. Это называется негативным направлением. 

Синусоидальная волна движется через полное вращение 360 градусов, которое называется одним циклом. Как будет обсуждаться ниже в этом курсе, типичная переменная синусоидальная волна проходит через многие из этих циклов каждую секунду. 

Регулярность представления докладов

Число циклов в секунду напряжения и тока, генерируемых генератором переменного тока, называется частотой этого напряжения и тока. Признанной единицей измерения частоты является герц, сокращенно гц. 1 гц равен 1 циклу в секунду. 

Электроэнергетические компании производят и распределяют электроэнергию на очень низких частотах. Стандартная частота линий электропередачи в США и многих других странах составляет 60 гц. 50 гц является другой общей частотой линий электропередачи, используемой во всем мире. На рисунке показано 15 циклов за 1/4 секунды. Это эквивалентно 60 гц.

Хотя электроэнергетические компании производят электроэнергию с низкой фиксированной частотой, многие электронные схемы преобразуют эту низкую частоту в более высокую или переменную частоту для использования в а Есть разные способы. 

Частота является важной характеристикой переменного тока, поскольку многие устройства и схемы реагируют по-разному на различные частоты.

Амплитуда (амплитуда)

Напряжение и ток в цепи переменного тока поднимаются и падают с течением времени в схеме, называемой синусоидальной волной. Как указывалось выше, одна полная синусоидальная волна обозначается как цикл, а число циклов в одну секунду-как частота. Помимо частоты, синусоидальная волна переменного тока также имеет амплитуду, которая представляет собой диапазон вариаций от ее максимального значения до минимального значения. Амплитуда может быть определена тремя способами: пиковое значение, пиковое-пиковое значение и эффективное значение.

Пиковое значение синусоидальной волны-это максимальное значение для каждой половины синусоидальной волны.

Пиковое значение − это диапазон от положительного пика до отрицательного пика. Это в два раза больше пикового значения. 

Эффективное значение переменного тока определяется с точки зрения эквивалентного нагрева по сравнению с постоянным током. Приборы, предназначенные для измерения напряжения и тока переменного тока, обычно отображают эффективное значение. Эффективное значение напряжения или тока переменного тока приблизительно равно 0,707 пикового значения.

Эффективное значение также называется значением сур. Это название происходит из математического процесса, используемого для определения эффективного значения волнообразной формы. 

Мгновенное значение

Мгновенное значение-это значение в любой точке синусоидальной волны. Волновой волны напряжения, образующейся в качестве дуги основного двухполюсного генератора переменного тока, вращается через Один полный поворот на 360 градусов, называется синусоидальной волной, поскольку мгновенное напряжение или ток связаны с синусоидальной тригонометрической функцией. 

Как показано на прилагаемой иллюстрации, мгновенные значения напряжения (е) и силы тока (i) в любой точке синусоидальной волны равны пиковому значению синусоидальной синусоидальной линии. Значения синус, показанные на рисунке, получены из тригонометрических таблиц. Имейте в виду, что каждая точка имеет мгновенное значение, но эта иллюстрация показывает только синус угла с интервалами в 30 градусов.

Трехфазная мощность

До сих пор мы говорили только об однофазной энергии переменного тока. Однофазная энергия используется в тех случаях, когда потребности в электроэнергии относительно невелики, например в типичном доме. 

Однако электроэнергетические компании производят и распределяют трехфазную энергию. Трехфазная энергия используется в коммерческих и промышленных областях, где потребности в электроэнергии выше, чем в типичном месте жительства.

Трехфазная мощность, как показано на прилагаемом рисунке, представляет собой непрерывную серию из трех перекрывающихся циклов переменного тока. Каждая волна представляет собой "фазу" И компенсируется 120 электрическими градусами от каждой из двух других фаз. Эти три этапа называются этапами A, B и C.

Поэтапная ротация

Как указывалось выше, фазовые отношения для типичного трехфазного напряжения переменного тока или тока, подаваемого энергетической компанией, могут быть показаны с помощью волнообразных форм, изображенных на графике. Однако это соотношение можно описать более просто на диаграмме, показывающей три фазовых вектора. Длина каждого вектора представляет амплитуду одной из фаз. Каждый из этих векторов отделен от двух других векторов на 120 градусов. 

При применении трехфазного напряжения переменного тока к штатору трехфазного электродвигателя образуется вращающееся магнитное поле. Стрелка на фазовой схеме в этом примере используется, чтобы показать направление вращения для этого магнитного поля.

Фазорные диаграммы, как показано в правом нижнем углу, доступны на многих измерителях мощности Siemens. 

Линейные нагрузки

Нагрузки электрического оборудования могут быть либо линейными, либо нелинейными. Важно понимать различия между этими двумя типами нагрузок и то, как эти типы нагрузок влияют на качество электроэнергии.  

Линейная нагрузка-это любая нагрузка, при которой напряжение и ток увеличиваются или уменьшаются пропорционально. Напряжение и ток могут выходить из фазы линейной нагрузки, но волны каждой из них все еще синусоидальные и пропорциональные. Примерами линейных нагрузок являются двигатели, резистивные нагревательные элементы, лампы накаливания и реле. Линейные нагрузки могут создавать проблемы в распределительной системе, если они не срабатывают или слишком велики для распределительной системы. Однако при работе в соответствии со спецификациями они не вызывают гармонических искажений, которые будут обсуждаться ниже. 

Системы энергетического мониторинга важны для использования со всеми видами нагрузок. Например, они могут определить, когда токи нагрузки приближаются к уровням, которые приведут к перегрузке и перемещению устройств защиты от перетока.

Устройства контроля мощности могут использоваться как на фидерных и отраслевых цепях, так и на цепях распределительной системы. Например, они могут использоваться для мониторинга отдельных нагрузок. Сертификация LEED, разработанная советом по экологичному строительству США, даже требует, чтобы HVAC и освещение над определенным амперажем контролировались индивидуально на предмет соответствия.

Нелинейные нагрузки

Если мгновенный ток нагрузки не пропорлен мгновенному напряжению, то нагрузка считается нелинейной. Примерами нелинейных нагрузок являются компьютеры, телевизоры, ПЛК, баллонгированное освещение, приводы переменной скорости и различные устройства с электронными источниками питания.

Нелинейные нагрузки могут искажать формы волн, однако точное количество и тип искажения варьируются в зависимости от нагрузки. Форма волны, которую вы видите, когда вы наведите курсор мыши на красный прямоугольник, является лишь одним примером искаженной трехфазной формы тока. 

Для поддержания системы распределения электроэнергии, обеспечивающей чистую энергию, необходимы хорошие системы контроля за качеством электроэнергии. Применение неправильного решения может быть дорогостоящим и опасным.

3. Гармонические характеристики

Многие электронные схемы и устройства производят частоты, кратные применяемым частотам. Любая полученная частота, которая кратно первоначальной частоте, называется гармонической. 

Первоначальная частота называется фундаментальной или базовой частотой или первой гармонической частотой. Каждая частота умножается на число. Например, вторая гармоническая частота в два раза превышает фундаментальную частоту, третья гармоническая частота в три раза превышает фундаментальную частоту и т.д.

Цепи, которые производят гармонию, как правило, производят их на уменьшенных амплитудах от основной частоты. Кроме того, эти схемы не производят каждого гармонического множества, но конкретные производимые гармоники зависят от типа цепи и уровня мощности.

Гармонические эффекты могут проявляться в виде тепла в различных местах, таких как нейтральные устройства, трансформаторы и емкости конденсаторов. При достаточном накоплении тепла происходит повреждение оборудования. Системы энергетического мониторинга могут выявлять гармонические соединения и их источники для обеспечения возможности корректировки. 

Индуктивность и индукторы

Сопротивление и напряжение являются не единственными свойствами цепи, которые влияют на поток тока. Например, индуктивность-это свойство электрической цепи, которая выступает против любого изменения электрического тока. Сопротивление противостоит потоку тока, но индуктивность противостоит изменениям в потоке тока. Индуктивность обозначается буквой "L". Единицей измерения индуктивности является Генри (h).

Поток тока создает магнитное поле в проводнике. Количество тока определяет силу магнитного поля. По мере увеличения текущего потока, увеличения численности персонала на местах и сокращения текущего потока сокращается численность персонала на местах.

Любое изменение тока вызывает соответствующее изменение магнитного поля вокруг проводника. Ток является постоянным для регулируемого источника постоянного тока, за исключением случаев включения и выключения цепи или изменения нагрузки. Однако переменный ток постоянно меняется, и индуктивность постоянно противостоит этому изменению. Изменение магнитного поля вокруг проводника вызывает напряжение в проводнике. Это само-индуцированное напряжение, называется счетчик emf, потому что он выступает против изменения тока.

Все проводники имеют индуктивность, но индукторы представляют собой катушки проволочной раны для конкретной индуктивности. Для некоторых применений индукторы вращаются вокруг металлического ядра с целью дальнейшей концентрации индуктивности. Индукция катушки определяется количеством витков в катушке, диаметром и длиной катушки, а также основным материалом. Индуктор обычно обозначается символически на электрическом рисунке в виде изогнутой линии.