terjemahan buku harmonisa
Post on 25-Jul-2015
203 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Dasar-Dasar Harmonik
Sebuah asumsi yang baik untuk utilitas yang paling di Amerika
Serikat adalah bahwa sinus-gelombang tegangan yang dihasilkan di
pusat pembangkit listrik sangat baik. di sebagian besar wilayah,
tegangan ditemukan pada sistem transmisi biasanya memiliki jauh lebih
sedikit dari 1,0 persen distorsi. Namun, distorsi meningkatkan lebih
dekat dengan beban. Pada beberapa beban, gelombang saat ini hampir
menyerupai gelombang sinus. Konverter daya elektronik dapat
memotong arus ke dalam bentuk gelombang tampak sewenang-wenang.
Walaupun ada beberapa kasus di mana distorsi adalah acak, paling
distorsi adalah periodik, atau multiple integer dari sistem kekuasaan
mendasar frekuensi. Artinya, gelombang saat ini hampir sama siklus
setelah siklus, berubah sangat lambat, jika sama sekali. Hal ini telah
menimbulkan meluasnya penggunaan harmonisa istilah untuk
menggambarkan distorsi dari bentuk gelombang. Istilah ini harus hati-
hati memenuhi syarat untuk masuk akal. ini bab dan bagian 6
menghapus beberapa misteri harmonisa pada kekuasaan system.
Ketika konverter daya elektronik pertama menjadi biasa di 1970-
an, insinyur utilitas banyak menjadi cukup prihatin tentang kemampuan
sistem tenaga untuk mengakomodasi distorsi harmonik. Banyak ramalan
yang dibuat tentang nasib sistem tenaga jika perangkat ini diizinkan
untuk ada. Sementara beberapa kekhawatiran ini itu mungkin
berlebihan, bidang analisis daya berkualitas berutang besar hutang budi
pada orang-orang ini karena mereka keprihatinan atas ini "Baru"
masalah harmonik memicu penelitian yang akhirnya menyebabkan
banyak pengetahuan tentang semua aspek kualitas daya.
Untuk beberapa, distorsi harmonik masih merupakan kualitas daya
yang paling signifikan masalah. Hal ini tidak sulit untuk memahami
bagaimana seorang insinyur berhadapan dengan sulit harmonik masalah
bisa datang untuk memegang pendapat itu. harmonik masalah melawan
banyak aturan konvensional sistem tenaga dan operasi yang
menganggap hanya frekuensi dasar. Oleh karena itu, insinyur
dihadapkan dengan fenomena asing yang memerlukan alat asing untuk
menganalisis dan peralatan asing untuk memecahkan. Meskipun
masalah harmonik bisa sulit, mereka tidak benar-benar sangat banyak
pada sistem utilitas. Hanya beberapa persen dari distribusi utilitas
pengumpan di Amerika Serikat memiliki masalah harmonik cukup berat
membutuhkan perhatian.
Sebaliknya, sags tegangan dan gangguan hampir universal untuk
setiap pengumpan dan merupakan kekuatan yang paling banyak dan
signifikan kualitas penyimpangan. Sektor pengguna akhir menderita
lebih dari harmonik masalah daripada sektor utilitas. Industri pengguna
dengan adjustablespeed drive, tungku busur, tungku induksi, dan
sejenisnya jauh lebih rentan terhadap masalah yang berasal dari distorsi
harmonik.
Distorsi harmonik bukanlah fenomena baru pada sistem tenaga.
Keprihatinan atas distorsi telah surut dan mengalir beberapa kali selama
sejarah ac sistem tenaga listrik. Scanning literatur teknis tahun 1930-an
dan 1940-an, satu akan melihat banyak artikel di subjek. Pada saat itu
sumber-sumber primer transformator dan masalah utama adalah
gangguan induktif dengan terbuka-kawat telepon sistem. Pelopor dari
pencahayaan busur modern yang menjadi diperkenalkan dan telah cukup
menyebabkan kegemparan karena mereka harmonik konten- tidak
berbeda dengan keributan yang disebabkan oleh konverter daya
elektronik di lebih kali.
Untungnya, jika sistem ini benar ukuran untuk menangani daya
tuntutan beban, ada kemungkinan rendah yang harmonik akan
menyebabkan masalah dengan sistem kekuasaan, meskipun mereka
dapat menyebabkan masalah dengan telekomunikasi. Masalah listrik
Sistem ini muncul paling sering ketika kapasitansi dalam hasil sistem
resonansi di frekuensi harmonik penting yang secara dramatis
meningkatkan distorsi di atas jumlah normal. Sementara masalah ini
terjadi pada sistem utilitas, kasus yang paling parah biasanya ditemukan
di kekuatan industri sistem karena tingkat lebih tinggi dari resonansi
dicapai.
5.1 Penyimpangan Harmonik
Distorsi harmonik ini disebabkan oleh perangkat nonlinear dalam
sistem kekuasaan. Sebuah perangkat nonlinier adalah satu di mana saat
ini tidak proporsional dengan tegangan yang diberikan. Gambar 5.1
mengilustrasikan konsep ini dengan kasus tegangan sinusoidal
diterapkan pada resistor nonlinier sederhana di mana tegangan dan arus
bervariasi sesuai dengan kurva ditampilkan. sementara tegangan yang
diberikan adalah sempurna sinusoidal, arus yang dihasilkan terdistorsi.
Meningkatkan tegangan oleh beberapa persen dapat menyebabkan arus
untuk menggandakan dan mengambil sebuah bentuk gelombang yang
berbeda. Ini adalah sumber yang paling harmonik distorsi dalam sistem
tenaga.
Gambar 5.1 distorsi arus disebabkan oleh resistensi nonlinier.
Gambar 5.2 menggambarkan bahwa bentuk gelombang, periodik
terdistorsi dapat dinyatakan sebagai jumlah dari sinusoid. Ketika bentuk
gelombang identik dari satu siklus ke yang berikutnya, dapat
direpresentasikan sebagai jumlah dari gelombang sinus murni yang
frekuensi sinusoida setiap multiple integer dari fundamental frekuensi
gelombang terdistorsi. Beberapa ini disebut harmonik dari nama, maka
dasar dari materi pelajaran. itu jumlah sinusoid disebut sebagai deret
Fourier, yaitu setelah besar matematikawan yang menemukan konsep.
Karena properti di atas, konsep deret Fourier secara universal
diterapkan dalam menganalisis masalah harmonik. Sistem ini sekarang
dapat dianalisis secara terpisah pada setiap harmonis. Selain itu,
menemukan sistem respon dari sinusoid dari masing-masing harmonik
individual jauh lebih mudah dibandingkan dengan bentuk gelombang
terdistorsi keseluruhan. Output pada masing-masing frekuensi tersebut
kemudian dikombinasikan untuk membentuk Fourier baru seri, dari
mana gelombang keluaran dapat dihitung, jika diinginkan. Seringkali,
hanya besaran harmonik yang menarik.
Ketika kedua siklus setengah positif dan negatif dari sebuah
gelombang memiliki bentuk identik, deret Fourier hanya berisi harmonik
ganjil. ini menawarkan penyederhanaan lebih lanjut untuk studi
kekuatan yang paling sistem karena paling umum harmonik yang
memproduksi perangkat terlihat sama untuk kedua polaritas. Bahkan,
kehadiran harmonik bahkan sering merupakan petunjuk bahwa ada
sesuatu yang salah-baik dengan perlengkapan beban atau dengan
transduser digunakan untuk membuat pengukuran. Ada pengecualian
untuk ini seperti sebagai penyearah setengah gelombang dan tungku
busur ketika busur adalah acak.
Gambar 5.2 seri Fourier representasi dari bentuk gelombang terdistorsi
Biasanya, semakin tinggi orde harmonisa (di atas kisaran tanggal
25 untuk Ke-50, tergantung pada sistem) adalah tidak berarti bagi sistem
kekuasaan analisis. Meskipun mereka mungkin menyebabkan gangguan
pada daya rendah elektronik perangkat, mereka biasanya tidak merusak
sistem tenaga listrik. itu juga sulit untuk mengumpulkan data cukup
akurat untuk daya Model sistem di frekuensi ini. Acommon
pengecualian ini terjadi ketika ada sistem resonansi di rentang frekuensi.
resonansi ini bisa senang dengan bentukan atau switching transien dalam
elektronik konverter daya. Hal ini menyebabkan tegangan bentuk
gelombang dengan beberapa nol penyeberangan yang mengganggu
sirkuit waktu. Resonansi ini umumnya terjadi pada sistem dengan kabel
bawah tanah tetapi tidak ada koreksi faktor daya kapasitor.
Jika sistem kekuasaan digambarkan sebagai elemen seri dan shunt,
seperti praktek konvensional, sebagian besar dari nonlinier dalam sistem
ditemukan dalam elemen shunt (yakni, beban). Impedansi seri dari
sistem kekuasaan pengiriman (yaitu, impedansi arus pendek antara
sumber dan beban) adalah sangat linier. Dalam transformer, juga,
sumber harmonisa adalah cabang shunt (impedansi magnetizing) dari
umum "T" model; impedansi kebocoran adalah linier. Dengan demikian,
utama sumber distorsi harmonik pada akhirnya akan menjadi beban
pengguna akhir. Ini bukan untuk mengatakan bahwa pengguna akhir
semua yang mengalami distorsi harmonik akan sendiri memiliki sumber
signifikan dari harmonic, tetapi bahwa distorsi harmonic umumnya
berasal dengan beban beberapa pengguna akhir atau kombinasi beban.
5.2 Tegangan dibandingkan Distorsi Arus
Harmonisa kata ini sering digunakan dengan sendirinya tanpa
kualifikasi lebih lanjut. Sebagai contoh, adalah umum mendengar bahwa
drive disesuaikan kecepatan atau tungku induksi tidak dapat beroperasi
dengan baik karena harmonisa. Apa artinya itu? Secara umum, dapat
berarti salah satu dari berikut tiga hal:
1. Tegangan harmonik terlalu besar (tegangan terlalu terdistorsi)
untuk kontrol untuk benar menentukan sudut tembak.
2. Arus harmonik terlalu besar untuk kapasitas beberapa perangkat
dalam sistem pasokan listrik seperti transformator, dan mesin harus
dioperasikan pada lebih rendah dari daya pengenal.
3. Tegangan harmonik terlalu besar karena arus harmonik yang
dihasilkan oleh perangkat terlalu besar untuk kondisi sistem yang
diberikan.
Seperti yang disarankan oleh daftar ini, ada penyebab dan efek terpisah
untuk tegangan dan arus serta beberapa hubungan antara mereka.
Dengan demikian, harmonisa istilah dengan sendirinya tidak memadai
untuk menjelaskan secara definitif masalah.
Beban nonlinier tampaknya sumber harmonisa arus di shunt
dengan dan menyuntikkan arus harmonik ke dalam sistem kekuasaan.
selama hampir semua analisis, itu sudah cukup untuk mengobati
harmonik penghasil beban hanya sebagai sumber arus. Ada pengecualian
untuk ini sebagaimana akan dijelaskan kemudian.
Seperti Gambar. 5.3 menunjukkan, distorsi tegangan adalah hasil
dari arus terdistorsi melewati impedansi, seri linier dari pengiriman daya
sistem, meskipun, dengan asumsi bahwa bus sumber pada akhirnya
merupakan sinusoida murni, ada beban nonlinier yang menarik arus
yang terdistorsi. Harmonik arus melewati impedansi system
menyebabkan penurunan tegangan untuk setiap harmonis.
Gambar 5.3 Harmonic arus yang mengalir melalui hasil impedansi
sistem harmonik tegangan pada beban.
Hal ini menyebabkan harmonisa tegangan muncul pada bus beban.
Jumlah distorsi tegangan tergantung pada impedansi dan arus. Dengan
asumsi distorsi bus beban tetap dalam batas yang wajar (misalnya,
kurang dari 5 persen), jumlah arus harmonik yang dihasilkan oleh beban
umumnya konstan.
Sementara harmonik arus beban akhirnya menyebabkan distorsi
tegangan, perlu dicatat bahwa beban tidak memiliki kontrol atas distorsi
tegangan. Beban yang sama dimasukkan ke dalam dua lokasi berbeda
pada daya sistem akan menghasilkan dua nilai distorsi tegangan yang
berbeda. Pengakuan dari fakta ini adalah dasar untuk pembagian
tanggung jawab untuk kontrol harmonik yang ditemukan dalam standar
seperti IEEE Standar 519-1992, Praktek Direkomendasikan dan
Persyaratan Harmonic Kontrol dalam Sistem Daya Listrik:
1. Kontrol atas jumlah injeksi arus harmonik ke system berlangsung
di aplikasi pengguna akhir
2. Dengan asumsi injeksi arus harmonik dalam batas wajar, kontrol
terhadap distorsi tegangan dilakukan oleh entitas memiliki kontrol
atas impedansi sistem, yang sering utilitas.
Satu harus hati-hati saat menjelaskan fenomena harmonik untuk
memahami bahwa ada perbedaan jelas antara sebab dan akibat tegangan
dan arus harmonik. Penggunaan istilah harmonik harus memenuhi syarat
sesuai. Dengan konvensi populer di daya industri, sebagian besar kali
ketika istilah ini digunakan dengan sendirinya untuk merujuk untuk
aparat beban, pembicara mengacu pada arus harmonik. Ketika mengacu
pada sistem utilitas, tegangan umumnya subjek. Untuk amannya,
membuat kebiasaan meminta klarifikasi.
5.3 Harmonisa dan Peralihan
Distorsi Harmonic disalahkan untuk gangguan kualitas daya
banyak yang benar-benar transien. Sebuah pengukuran acara mungkin
menunjukkan terdistorsi gelombang dengan jelas frekuensi tinggi
komponen. Meskipun gangguan transien mengandung frekuensi tinggi
komponen, transien dan harmonic yang jelas fenomena yang berbeda
dan dianalisis secara berbeda. Bentuk gelombang transient menunjukkan
frekuensi tinggi hanya sebentar setelah ada perubahan mendadak dalam
sistem kekuasaan. Frekuensi belum tentu harmonik, mereka adalah alam
frekuensi dari sistem pada saat operasi switching. ini frekuensi tidak ada
hubungannya dengan frekuensi sistem yang mendasar.
Harmonisa, menurut definisi, terjadi dalam kondisi mapan dan
bilangan bulat kelipatan dari frekuensi fundamental. Distorsi gelombang
yang menghasilkan harmonik hadir terus-menerus, atau setidaknya
untuk beberapa detik. Transien biasanya hilang dalam beberapa siklus.
transien berhubungan dengan perubahan dalam sistem seperti beralih
dari kapasitor bank. Harmonik berhubungan dengan operasi terus dari
beban.
Satu kasus di mana perbedaan menjadi kabur adalah transformator
energization. Ini adalah peristiwa transien tetapi dapat menghasilkan
gelombang yang cukup besar distorsi detik banyak dan telah dikenal
untuk merangsang sistem resonansi.
5.4 Kuantitas Power System bawah Non Sinusoidal Kondisi
Tradisional sistem jumlah listrik seperti rms, daya (reaktif, aktif,
jelas), faktor daya, dan fase urutan yang ditetapkan untuk frekuensi
dasar konteks dalam kondisi sinusoidal murni. dalam adanya distorsi
harmonik sistem kekuasaan tidak lagi beroperasi di kondisi sinusoidal,
dan sayangnya banyak penyederhanaan insinyur listrik digunakan untuk
analisis frekuensi dasar tidak berlaku.
5.4.1 aktif, reaktif, dan jelas kekuasaan
Ada tiga jumlah standar yang terkait dengan daya:
■ daya semu S [volt ampere (VS)]. Produk dari tegangan rms dan saat
ini.
■ daya aktif P [watt (W)]. Tingkat rata-rata pengiriman energi.
■ Daya reaktif Q [volt ampere-reaktif] (var)]. Bagian dari jelas daya
yang keluar dari fase, atau dalam quadrature, dengan aktif kekuasaan.
Daya nyata S berlaku untuk kedua sinusoidal dan non sinusoidal kondisi.
Kekuatan nyata dapat ditulis sebagai berikut:
dimana Vrms dan IRMS adalah nilai-nilai rms dari tegangan dan arus.
dalam kondisi sinusoidal baik bentuk gelombang tegangan dan arus
mengandung hanya komponen frekuensi dasar, sehingga nilai-nilai rms
dapat diungkapkan secara sederhana sebagai
dimana V1 dan I1 adalah amplitudo bentuk gelombang tegangan dan
arus, masing-masing. Subskrip "1" menunjukkan jumlah dalam
fundamental frekuensi. Dalam kondisi nonsinusoidal bentuk gelombang
harmonik terdistorsi terdiri dari sinusoid frekuensi harmonik dengan
berbagai amplitudo seperti ditunjukkan pada Gambar. 5.2. Nilai rms dari
bentuk gelombang adalah dihitung sebagai akar kuadrat dari jumlah
kuadrat rms dari setiap individu komponen, yaitu,
dimana Vh dan Ih adalah amplitudo gelombang di komponen harmonik
h. Dalam kondisi sinusoidal, harmonik komponen dari Vh dan Ih adalah
nol sekali, dan hanya V1 dan I1 tetap. Persamaan (5.3) dan (5.4)
menyederhanakan dengan Pers. (5.2).
P daya aktif juga biasa disebut sebagai rata-rata kekuasaan,
kekuasaan yang sesungguhnya, atau kekuatan sejati. Ini merupakan daya
berguna dikeluarkan oleh beban untuk melakukan kerja nyata, yaitu,
untuk mengubah energi listrik untuk lainnya bentuk energi. Kerja nyata
dilakukan oleh bola lampu pijar adalah untuk mengubah energi listrik
menjadi cahaya dan panas. Dalam tenaga listrik, nyata pekerjaan
dilakukan untuk bagian dari arus yang ada di fase dengan tegangan.
Tidak ada pekerjaan nyata akan hasil dari bagian mana arus tidak dalam
fase dengan tegangan. Daya aktif adalah tingkat di mana energi yang
dikeluarkan, hilang, atau dikonsumsi oleh beban dan diukur dalam
satuan watt. P dapat dihitung dengan rata-rata produk dari tegangan
sesaat dan arus, yaitu,
Persamaan (5.5) berlaku untuk kondisi baik sinusoidal sinusoidal dan
non. Untuk kondisi sinusoidal, P memutuskan untuk bentuk akrab,
dimana 1 adalah sudut fase antara tegangan dan arus di dasar frekuensi.
Persamaan (5.6) menunjukkan bahwa rata-rata aktif kekuasaan adalah
satu-satunya fungsi dari kuantitas frekuensi dasar. di kasus
nonsinusoidal, perhitungan daya aktif harus termasuk kontribusi dari
semua komponen harmonik, dengan demikian itu adalah jumlah yang
daya aktif pada setiap harmonis. Selanjutnya, karena tegangan distorsi
umumnya sangat rendah pada sistem tenaga (kurang dari 5 persen),
Persamaan. (5,6) adalah pendekatan yang baik terlepas dari bagaimana
terdistorsi arus adalah. Pendekatan ini tidak dapat diterapkan ketika
menghitung daya nyata dan reaktif. Kedua jumlah sangat dipengaruhi
oleh distorsi. Daya nyata S adalah ukuran dari potensi dampak beban
pada kemampuan termal dari sistem. itu sebanding dengan rms dari arus
terdistorsi, dan perhitungan yang sangat mudah, meskipun sedikit lebih
rumit daripada sinusoidal kasus. Juga, probe saat ini banyak sekarang
dapat langsung melaporkan benar nilai rms bentuk gelombang
terdistorsi.
Daya reaktif adalah jenis kekuasaan yang tidak melakukan kerja nyata
dan umumnya terkait dengan unsur reaktif (induktor dan kapasitor).
Sebagai contoh, induktansi beban seperti motor menyebabkan beban saat
ini untuk tertinggal di belakang tegangan. Daya muncul di seluruh
induktansi sloshes bolak-balik antara induktansi sendiri dan sumber daya
sistem, menghasilkan tidak ada pekerjaan bersih. Untuk alasan ini
disebut daya imajiner atau reaktif karena tidak ada daya yang hilang atau
dikeluarkan. Hal ini dinyatakan dalam satuan vars. Dalam kasus
sinusoidal, yang reaktif listrik hanya didefinisikan sebagai
yang merupakan bagian dari kekuasaan di kuadratur dengan daya aktif
ditunjukkan pada Pers. (5,6). Gambar 5.4 meringkas hubungan antara P,
Q, dan S dalam kondisi sinusoidal.
Ada beberapa ketidaksepakatan di antara analis harmonik tentang
cara menentukan Q dengan adanya distorsi harmonik. Jika bukan untuk
fakta bahwa banyak utilitas ukuran Q dan menghitung penagihan
permintaan dari faktor daya dihitung oleh Q, mungkin menjadi titik
diperdebatkan. Hal ini lebih penting untuk menentukan P dan S; P
mendefinisikan berapa besar daya aktif adalah yang dikonsumsi,
sedangkan S mendefinisikan kapasitas sistem kekuasaan yang
dibutuhkan untuk memberikan P. Q adalah tidak benar-benar sangat
berguna dengan sendirinya. Namun, Q1, komponen listrik tradisional
reaktif pada frekuensi dasar, dapat digunakan untuk kapasitor shunt
ukuran.
Daya reaktif ketika distorsi hadir telah lain yang menarik
keganjilan. Bahkan, mungkin tidak sesuai untuk menyebutnya reaktif
kekuasaan. Konsep aliran var dalam sistem daya tertanam dalam benak
insinyur listrik paling. Apa yang banyak orang tidak menyadari adalah
bahwa konsep ini hanya berlaku dalam kondisi mapan sinusoidal.
Gambar 5.4 Hubungan antara P, Q, dan S dalam kondisi sinusoidal.
Ketika distorsi hadir, komponen S yang tersisa setelah P diambil tidak
dilestarikan-yang, tidak jumlah ke nol pada sebuah node. kekuasaan
jumlah yang dianggap mengalir di sekitar sistem dalam cara konservatif.
Ini tidak berarti P yang tidak kekal atau saat ini yang tidak
dilestarikan karena konservasi energi dan yang saat ini Kirchoff hukum
masih berlaku untuk gelombang apapun. Para reaktif komponen
sebenarnya jumlah dalam quadrature (akar kuadrat dari jumlah kuadrat).
Hal ini telah mendorong beberapa analis mengusulkan bahwa Q
digunakan untuk menunjukkan komponen reaktif yang dilestarikan dan
memperkenalkan sejumlah baru untuk komponen yang tidak. Banyak
panggilan ini kuantitas D, untuk distorsi kekuasaan atau, cukup,
voltampere distorsi. Memiliki unit voltampere, tetapi mungkin tidak
ketat sesuai untuk merujuk ke kuantitas sebagai kekuatan, karena tidak
mengalir melalui sistem sebagai daya diasumsikan lakukan. Dalam
konsep ini, Q terdiri dari jumlah dari tradisional daya reaktif pada nilai-
nilai masing-masing frekuensi. D mewakili semua lintas produk dari
tegangan dan arus pada frekuensi yang berbeda, yang tidak
menghasilkan daya rata-rata. P, Q, D, dan S terkait sebagai berikut,
dengan menggunakan definisi untuk S dan P sebelumnya diberikan
dalam Pers. (5.1) dan (5,5) sebagai titik awal:
Oleh karena itu, D dapat ditentukan setelah S, P, dan Q dengan
Beberapa memilih untuk menggunakan grafik vektor tiga dimensi untuk
menunjukkan hubungan komponen seperti ditunjukkan pada Gambar.
5.5. P dan Q kontribusi yang sinusoidal komponen tradisional untuk S,
sementara D merupakan kontribusi tambahan untuk kekuatan nyata oleh
harmonisa.
5.4.2 Faktor daya: Perpindahan dan Benar
Faktor daya (PF) adalah rasio daya yang berguna untuk melakukan kerja
nyata (aktif daya) untuk menyalakan dipasok oleh utilitas (daya semu),
yaitu
Dengan kata lain, rasio faktor daya mengukur persentase daya
dikeluarkan untuk digunakan. Faktor daya berkisar dari nol sampai
persatuan. Sebuah memuat dengan faktor daya 0,9 lagging menandakan
bahwa beban secara efektif dapat mengeluarkan 90 persen dari daya
semu yang disediakan (voltampere) dan mengkonversi untuk melakukan
pekerjaan yang berguna (watt). Yang tertinggal menandakan bahwa
jangka mendasar saat ini tertinggal di belakang tegangan mendasar
dengan 25,84 °.
Dalam kasus sinusoidal hanya ada satu sudut fase antara tegangan
dan saat ini (karena hanya frekuensi dasar hadir; faktor daya dapat
dihitung sebagai kosinus dari sudut fase dan sering disebut sebagai
faktor daya perpindahan:
Dalam kasus nonsinusoidal faktor daya tidak dapat didefinisikan sebagai
kosinus dari sudut fase seperti dalam Pers. (5.11). Faktor daya yang
memperhitungkan menjelaskan kontribusi dari semua daya aktif,
termasuk baik fundamental dan frekuensi harmonik, dikenal sebagai
faktor daya benar. itu faktor daya yang benar adalah hanya rasio daya
aktif total untuk semua frekuensi dengan daya jelas disampaikan oleh
utilitas seperti yang ditunjukkan pada Pers. (5.10).
Instrumen kualitas daya pemantauan sekarang umum melaporkan
baik perpindahan dan faktor kekuatan sejati.
Gambar 5.5 Hubungan komponen dari kekuatan yang jelas
Banyak perangkat seperti saklar pasokan listrik mode dan
disesuaikan kecepatan PWM drive memiliki sebuah nearunity
perpindahan faktor daya, tetapi faktor kekuatan sejati mungkin 0,5
menjadi 0,6. Sebuah kapasitor ac-sisi akan berbuat banyak untuk
memperbaiki faktor daya benar dalam hal ini karena Q1 adalah nol.
Bahkan, jika itu menghasilkan resonansi, yang distorsi dapat meningkat,
menyebabkan faktor daya untuk menurunkan. kebenaran faktor daya
menunjukkan seberapa besar sistem pengiriman daya harus dibangun
untuk memasok beban yang diberikan. Dalam contoh ini, dengan hanya
menggunakan perpindahan faktor daya akan memberikan rasa aman
palsu bahwa semuanya baik-baik.
Intinya adalah bahwa distorsi menghasilkan komponen saat ini
tambahan mengalir dalam sistem yang tidak menghasilkan apapun
kecuali energi bersih bahwa mereka menyebabkan kerugian dalam
elemen-elemen daya sistem mereka melewatinya. Hal ini memerlukan
sistem yang akan dibangun untuk kapasitas sedikit lebih besar untuk
memberikan daya ke beban daripada jika tidak ada distorsi yang hadir.
5.4.3 Urutan Fasa Harmonik
Insinyur listrik secara tradisional digunakan untuk komponen
simetris membantu menggambarkan tiga fase perilaku sistem. Sistem
tiga fase adalah berubah menjadi tiga fase tunggal sistem yang lebih
sederhana untuk menganalisis. Metode komponen simetris dapat
digunakan untuk analisis respon sistem untuk arus harmonik
menyediakan perawatan adalah diambil untuk tidak melanggar asumsi
dasar metode ini.
Metode ini memungkinkan setiap himpunan tidak seimbang arus
fase (atau tegangan) untuk diubah menjadi tiga set seimbang. Urutan
positif- set berisi tiga sinusoid mengungsi ° 120A satu sama lain, dengan
biasa ABC rotasi fase (misalnya, sebesar 0 °, 120A °, 120A °). Para
sinusoid dari set negatif-urutan juga mengungsi ° 120A, tetapi memiliki
berlawanan fase rotasi (ACB, misalnya, sebesar 0 °, 120A °, 120A °).
Para sinusoid dari nol urutan dalam fase satu sama lain (misalnya,
sebesar 0 °, sebesar 0 °, sebesar 0 °).
Dalam sebuah sistem yang seimbang sempurna tiga fase, fase
harmonik urutan dapat ditentukan dengan mengalikan jumlah jam yang
harmonis dengan positif-urutan normal fase rotasi. Misalnya, untuk yang
kedua harmonik, h 2, kita dapatkan 2 (0, 120A °, 120A °) atau (sebesar 0
°, 120A °, 120A °), yang adalah urutan negatif. Untuk harmonik ketiga,
jam 3, kita mendapatkan 3 (sebesar 0 °, 120A °, 120A °) atau (sebesar 0
°, sebesar 0 °, sebesar 0 °), yang merupakan urutan nol. tahap urutan
untuk semua perintah harmonik lain dapat ditentukan dengan cara yang
sama. Karena bentuk gelombang yang terdistorsi dalam sistem tenaga
hanya berisi aneh-harmonik komponen (lihat Sec. 5,1), hanya rotasi fase
urutan aneh-harmonik dirangkum di sini:
- Harmonisa orde h 1, 7, 13,…….| adalah urutan umumnya positif.
- Harmonisa ketertiban, h 5 11, 17,……..| umumnya urutan negatif.
- Triple (h 3, 9, 15,……. |) adalah urutan umumnya nol.
Dampak harmonisa urutan pada komponen sistem tenaga berbagai yang
rinci dalam Sec. 5.10.
5.4.4 Triple Harmonic
Seperti disebutkan sebelumnya, harmonik triplen adalah kelipatan
ganjil harmonik ketiga (h 3, 9, 15, 21, â € |). Mereka membutuhkan
pertimbangan khusus karena respon sistem sering jauh berbeda untuk
triplens daripada untuk sisa harmonisa. Triplens menjadi penting
masalah bagi ground-Wye sistem dengan arus yang mengalir pada
netral. Dua masalah khas overloading netral dan telepon gangguan. Satu
juga mendengar kadang-kadang perangkat yang misoperate karena
tegangan saluran ke netral tersebut sangat terdistorsi oleh triplen yang
tegangan harmonik penurunan konduktor netral.
Untuk sistem dengan seimbang sempurna beban fase tunggal
digambarkan pada Gambar. 5.6, asumsi yang dibuat bahwa fundamental
dan harmonik ketiga komponen yang hadir. Menjumlahkan arus pada
node N, komponen arus fundamental dalam netral sama dengan nol,
tetapi ketiga komponen harmonik 3 kali orang-orang dari arus fasa
karena mereka secara alami bertepatan pada fase dan waktu.
Koneksi Transformer berliku memiliki dampak signifikan terhadap
aliran arus harmonik triplen dari fase tunggal beban nonlinier. Dua kasus
yang ditunjukkan pada Gambar. 5.7. Dalam Wye-delta trafo (atas), yang
arus harmonik triplen diperlihatkan memasuki sisi Wye. karena mereka
berada dalam fase, mereka menambahkan di netral. Delta berliku
menyediakan ampere-turn keseimbangan sehingga mereka dapat
mengalir, tetapi mereka tetap terjebak dalam delta dan tidak muncul
dalam arus saluran di sisi delta. Ketika arus yang seimbang, arus
harmonik triplen berperilaku persis seperti urutan nol-arus, yang justru
apa yang mereka. Jenis koneksi transformator adalah yang paling umum
digunakan dalam gardu distribusi utilitas dengan delta berliku terhubung
ke transmisi pakan.
Menggunakan ground-Wye gulungan pada kedua sisi (bawah)
transformator memungkinkan triplens seimbang mengalir dari sistem
tegangan rendah untuk sistem tegangan tinggi tanpa hambatan. Mereka
akan hadir dalam proporsi yang sama di kedua sisi. Banyak beban di
Amerika Serikat dilayani di mode ini.
Beberapa implikasi penting dari ini terkait dengan daya analisis
kualitas adalah
1. Transformers, khususnya koneksi netral, rentan terlalu panas
ketika melayani beban fase tunggal pada sisi Wye yang memiliki
tinggi ketiga harmonik konten.
Gambar 5,6 arus netral Tinggi di sirkuit melayani beban fase tunggal
nonlinier.
2. Mengukur arus pada sisi delta trafo tidak akan menunjukkan
triplens dan, karena itu, tidak memberikan gambaran yang
sebenarnya dari pemanasan transformator menjadi sasaran.
3. Aliran arus triplen harmonik dapat terganggu oleh isolasi
transformator yang sesuai koneksi.
Melepaskan sambungan netral dalam satu atau kedua gulungan Wye
blok aliran arus triplen harmonis. Tidak ada tempat untuk ampere-turn
menyeimbangkan. Demikian juga, delta berliku menghalangi aliran dari
baris. satu harus mencatat bahwa berkaki tiga transformator inti
berperilaku seolah-olah mereka memiliki sebuah "hantu" delta tersier
berliku. Oleh karena itu, koneksi Wye-Wye dengan hanya satu titik
netral beralasan masih akan dapat melakukan triplen harmonik dari sisi
itu.
Aturan-aturan tentang aliran arus triplen harmonik pada
transformator hanya berlaku untuk kondisi pembebanan yang seimbang.
Ketika fase tidak seimbang, arus frekuensi harmonik triplen yang normal
mungkin sangat baik muncul di mana mereka tidak diharapkan. Modus
normal untuk harmonisa triplen adalah menjadi urutan nol. Selama
ketidakseimbangan, triplen harmonik mungkin memiliki komponen
urutan positif atau negatif juga.
Salah satu kasus terkenal dari hal ini adalah tungku busur tiga fase.
Tungku ini hampir selalu makan oleh trafo delta-delta terhubung untuk
memblokir aliran arus urutan nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar.
5.8. berpikir bahwa harmonik ketiga adalah identik dengan urutan nol,
banyak insinyur yang terkejut menemukan substansial ketiga harmonik
hadir saat ini di besar besaran dalam arus line.
Gambar 5.7 Aliran ketiga harmonik saat ini dalam tiga fase transformer.
Namun, selama krisis memo, tungku secara sering akan beroperasi
dalam modus tidak seimbang dengan hanya dua elektroda pembawa
arus. Besar arus harmonik ketiga dapat kemudian bebas beredar dalam
dua tahap seperti pada sirkuit fase tunggal. Namun, mereka tidak nol-
urutan arus. Ketiga harmonik arus memiliki jumlah yang sama dari
positif dan negatif-urutan arus.
Tapi sejauh ini kebanyakan sistem seimbang, sebagian besar
triplens berperilaku dengan cara yang dijelaskan.
5.5 Harmonic Indeks
Dua yang paling umum digunakan untuk mengukur indeks isi
harmonik dari bentuk gelombang adalah distorsi harmonik total dan total
menuntut distorsi. Keduanya adalah ukuran nilai efektif dari bentuk
gelombang dan dapat diterapkan baik tegangan atau arus.
5.5.1 Distorsi Harmonik Total
THD adalah ukuran nilai efektif dari komponen harmonik dari bentuk
gelombang terdistorsi. Artinya, itu adalah nilai pemanasan potensi dari
harmonik relatif terhadap mendasar. Indeks ini dapat dihitung baik untuk
tegangan atau saat ini:
Gambar 5.8 Arc operasi tungku dalam mode tidak seimbang
memungkinkan harmonik triplen untuk mencapai sistem kekuasaan
meskipun delta terhubung transformator.
dimana Mh adalah nilai rms dari komponen h harmonis dari M.
kuantitas Nilai rms dari bentuk gelombang yang terdistorsi adalah akar
kuadrat dari jumlah dari kuadrat seperti yang ditunjukkan pada Pers.
(5.3) dan (5.4). THD adalah berkaitan dengan nilai rms bentuk
gelombang sebagai berikut:
THD adalah jumlah yang sangat berguna untuk banyak aplikasi, namun
keterbatasan harus diwujudkan. Hal ini dapat memberikan ide yang baik
dari berapa banyak tambahan panas akan direalisasikan ketika tegangan
terdistorsi diterapkan di sebuah resistif load. Demikian juga, dapat
memberikan indikasi kerugian tambahan disebabkan oleh arus yang
mengalir melalui sebuah konduktor. Namun, tidak indikator yang baik
dari stress tegangan dalam sebuah kapasitor karena berhubungan dengan
nilai puncak bentuk gelombang tegangan, bukan pemanasan yang nilai.
Indeks THD ini paling sering digunakan untuk menggambarkan
distorsi harmonik tegangan. Tegangan harmonik hampir selalu
direferensikan ke dasar nilai dari gelombang pada saat sampel. karena
tegangan dasar bervariasi dengan hanya beberapa persen, THD tegangan
hampir selalu nomor bermakna.
Variasi THD selama periode waktu yang berbeda sering mengikuti
pola mewakili kegiatan beban nonlinier dalam sistem. Gambar 5,9
menunjukkan variasi THD tegangan selama periode 1-minggu di mana
pola siklus harian jelas. THD tegangan ditunjukkan pada Gambar. 5.9
diambil di sebuah gardu distribusi 13.2 kV penyediaan perumahan load.
THD tegangan tinggi terjadi pada malam hari dan selama pagi hari jam
karena beban nonlinier yang relatif tinggi dibandingkan dengan jumlah
beban linier selama waktu tersebut. Sebuah periode pengamatan 1-
minggu seringkali diperlukan untuk datang dengan pola THD bermakna
karena merupakan biasanya periode terpendek untuk mendapatkan
perwakilan dan direproduksi pengukuran hasil.
5.5.2 Jumlah Distorsi Permintaan
Tingkat distorsi saat ini dapat ditandai dengan nilai THD, karena
memiliki telah dijelaskan, namun sering bisa menyesatkan. Sebuah arus
yang kecil mungkin memiliki THD tinggi tetapi tidak menjadi ancaman
signifikan ke sistem.
Gambar 5.9 Variasi THD tegangan selama periode 1-minggu.
untuk contoh, banyak disesuaikan kecepatan drive akan menunjukkan
nilai-nilai tinggi THD untuk arus masukan ketika mereka beroperasi
pada beban sangat ringan. ini tidak selalu menjadi perhatian penting
karena besarnya harmonik saat ini rendah, meskipun distorsi saat ini
relatif tinggi.
Beberapa analis telah berusaha untuk menghindari kesulitan ini
dengan mengacu THD ke fundamental dari beban puncak permintaan
saat ini daripada fundamental dari sampel ini. Ini disebut distorsi total
permintaan dan berfungsi sebagai dasar untuk pedoman dalam IEEE
Standard 519-1992, Direkomendasikan Praktek dan Persyaratan
Harmonic Kontrol dalam Sistem Tenaga Listrik. Hal ini didefinisikan
sebagai berikut:
IL adalah puncak, atau maksimum, permintaan arus beban pada dasar
komponen frekuensi yang diukur pada titik kopling umum (PCC). Ada
dua cara untuk mengukur IL. Dengan beban sudah di sistem, dapat
dihitung sebagai rata-rata kebutuhan maksimum saat ini untuk 12 bulan
sebelumnya. Perhitungan hanya dapat dilakukan oleh rata-rata
pembacaan puncak 12-bulan permintaan. Untuk baru fasilitas, IL harus
diestimasi berdasarkan profil beban diprediksi.
5.6 Harmonic Sumber dari Komersial Beban
Komersial fasilitas seperti kompleks kantor, department store, rumah
sakit, dan Internet pusat data didominasi dengan efisiensi tinggi neon
pencahayaan dengan ballast elektronik, disesuaikan kecepatan drive
untuk pemanasan, ventilasi, dan pendingin udara (HVAC) beban, lift
drive, dan peralatan elektronik sensitif yang diberikan oleh satu fase
switch-mode pasokan listrik. Beban komersial ditandai dengan besar
jumlah kecil harmonik yang memproduksi beban. Tergantung pada
keragaman jenis beban yang berbeda, ini arus harmonik kecil mungkin
menambahkan dalam fase atau membatalkan satu sama lain. Tingkat
distorsi tegangan tergantung pada kedua impedansi rangkaian dan
distorsi saat ini secara keseluruhan harmonis. Karena kapasitor faktor
koreksi daya tidak biasanya digunakan dalam fasilitas komersial,
impedansi sirkuit didominasi oleh layanan pintu masuk dan transformer
impedansi konduktor. Oleh karena itu, tegangan distorsi dapat
menyederhanakan diperkirakan dengan mengalikan arus oleh impedansi
disesuaikan frekuensi. Karakteristik khas nonlinier beban komersial
yang rinci dalam bagian berikut.
5.6.1 Sumber tenaga 1 phasa
Elektronik converter beban listrik dengan kapasitas mereka untuk
memproduksi harmonik arus sekarang merupakan kelas yang paling
penting dari nonlinier beban pada sistem tenaga. Kemajuan teknologi
perangkat semikonduktor telah memicu sebuah revolusi dalam
elektronika daya selama dekade terakhir, dan ada setiap indikasi bahwa
kecenderungan ini akan terus berlanjut. peralatan termasuk drive motor
disesuaikan kecepatan, pasokan listrik elektronik, dc bermotor drive,
pengisi baterai, ballast elektronik, dan penyearah lain dan inverter
aplikasi.
Sebuah perhatian utama pada bangunan komersial adalah pasokan
listrik yang untuk fase tunggal peralatan elektronik akan menghasilkan
terlalu banyak saat ini harmonik untuk kabel. Daya DC untuk elektronik
modern dan mikroprosesor peralatan kantor berbasis umumnya berasal
dari satu fase jembatan dioda penyearah gelombang penuh. Persentase
beban yang berisi pasokan listrik elektronik meningkat pada kecepatan
yang dramatis, dengan peningkatan pemanfaatan komputer pribadi di
setiap sektor komersial.
Ada dua jenis umum fase tunggal pasokan listrik. Lama teknologi
menggunakan ac-side metode kontrol tegangan, seperti transformer,
untuk mengurangi tegangan ke tingkat yang dibutuhkan untuk bus dc.
induktansi dari transformator memberikan efek samping yang
menguntungkan dengan merapikan bentuk gelombang arus masukan,
mengurangi konten harmonis. Baru-teknologi switch-mode power
supplies (lihat Gambar. 5.10) menggunakan dc-to-dc konversi teknik
untuk mencapai output dc yang halus dengan kecil, komponen ringan.
Jembatan dioda masukan secara langsung terhubung ke saluran ac,
menghilangkan transformator. Hal ini menghasilkan dc kasar diatur
tegangan pada kapasitor. Arus ini kemudian diubah langsung kembali ke
arus bolak-balik pada frekuensi yang sangat tinggi oleh switcher dan
selanjutnya diperbaiki lagi. Pribadi komputer, printer, mesin fotokopi,
dan kebanyakan peralatan fase tunggal elektronik sekarang hampir
secara universal menggunakan switch-mode power supplies.
Keunggulan utama adalah cahaya berat, ukuran kompak, operasi yang
efisien, dan kurangnya kebutuhan untuk trafo. Switch-mode power
supplies biasanya dapat mentolerir variasi yang besar dalam tegangan
input.
Karena tidak ada induktansi ac-sisi besar, input arus ke catu daya
datang dalam pulsa yang sangat singkat sebagai kapasitor C1
mendapatkan kembali yang biaya pada setiap setengah siklus. Gambar
5.11 menggambarkan bentuk gelombang arus dan spektrum untuk sirkuit
seluruh memasok berbagai elektronik peralatan dengan switch-mode
power supplies.
Karakteristik khas dari switch-mode power supplies yang sangat
tinggi ketiga harmonik konten dalam arus. Sejak ketiga arus harmonisa
Gambar 5.10 Beralih-mode power supply.
komponen aditif dalam netral dari sistem tiga-fasa, aplikasi meningkat
dari switch-mode power supplies menyebabkan kepedulian terhadap
overloading konduktor netral, terutama di gedung-gedung tua di mana
berukuran netral mungkin telah diinstal. Ada juga menjadi perhatian
untuk terlalu panas transformator karena kombinasi konten harmonik
saat ini fluks, liar, dan arus netral yang tinggi.
5.6.2 Fluorescent Pencahayaan
Pencahayaan biasanya menyumbang 40 hingga 60 persen dari
bangunan komersial load. Menurut Energi Bangunan Komersial 1995
Konsumsi studi yang dilakukan oleh Informasi Energi AS Administrasi,
neon pencahayaan digunakan pada 77 persen komersial ruang lantai,
sementara hanya 14 persen dari ruang yang digunakan pijar lighting.1
lampu neon adalah pilihan populer untuk energi tabungan.
Lampu fluorescent adalah lampu debit, sehingga mereka
memerlukan pemberat untuk memberikan tegangan awal yang tinggi
untuk memulai debit untuk listrik arus mengalir antara dua elektroda
dalam tabung neon. Setelah debit didirikan, tegangan menurun karena
arus busur meningkat. Ini pada dasarnya adalah hubungan pendek antara
dua elektroda, dan pemberat harus cepat mengurangi arus ke tingkat
untuk mempertahankan output tertentu lumen. Dengan demikian,
pemberat juga merupakan pembatas arus perangkat dalam aplikasi
pencahayaan.
Ada dua jenis ballast, magnetik dan elektronik. Sebuah standar
ballast magnetik hanya terdiri dari sebuah transformator besi-core
dengan kapasitor terbungkus dalam bahan isolasi. Sebuah ballast
magnetik tunggal dapat mendorong satu atau dua lampu neon, dan
beroperasi di garis dasar frekuensi, yakni, 50 atau 60 Hz. Pemberat besi-
inti magnetik memberikan kontribusi kerugian panas tambahan, yang
membuatnya tidak efisien dibandingkan untuk ballast elektronik.
Ballast elektronik menggunakan catu daya switch-mode-tipe
mengubah tegangan frekuensi fundamental untuk masuk jauh lebih
tinggi frekuensi tegangan biasanya di kisaran 25 sampai 40 kHz. Ini
frekuensi tinggi memiliki dua keuntungan. Pertama, induktor kecil
adalah cukup untuk membatasi
Gambar 5.11 SMP spektrum saat ini dan harmonis.
busur saat ini. Kedua, menghilangkan frekuensi tinggi atau sangat
mengurangi 100 - atau 120-Hz flicker terkait dengan besi-inti magnetik
pemberat. Sebuah ballast elektronik tunggal biasanya dapat melaju
hingga empat lampu neon.
Ballast magnetik standar biasanya sumber agak jinak tambahan
harmonik sendiri sejak distorsi harmonik utama berasal dari perilaku
busur. Gambar 5.12 menunjukkan neon diukur arus lampu dan harmonis
spektrum. THD arus adalah sedang 15 persen. Sebagai perbandingan,
ballast elektronik, yang menggunakan switch-mode power supplies,
dapat menghasilkan dua atau tiga standar keluaran ballast magnetik
harmonis. Gambar 5.13 menunjukkan neon lampu dengan ballast
elektronik yang memiliki THD arus dari 144.
Ballast elektronik lainnya telah dirancang khusus untuk
meminimalkan harmonik dan benar-benar dapat menghasilkan distorsi
harmonik kurang dari biasa magnetik ballast lampu kombinasi. Ballast
elektronik biasanya menghasilkan THDs saat ini di kisaran antara 10 dan
32 persen. Sebuah THD arus lebih besar dari 32 persen dianggap
berlebihan menurut ANSI C82.11-1993, High-Frekuensi Ballast Lampu
Fluorescent. Kebanyakan ballast elektronik dilengkapi dengan filter
pasif untuk mengurangi distorsi input harmonik saat ini untuk kurang
dari 20 persen.
Gambar 5.12 lampu Fluorescent dengan (a) bentuk gelombang ballast
magnetik saat ini dan (b) spektrum harmonik nya.
Karena lampu neon merupakan sumber signifikan dari harmonisa
pada komersial bangunan, mereka biasanya didistribusikan di antara
fase-fase dalam hampir seimbang cara. Dengan transformator pasokan
delta-terhubung, ini mengurangi jumlah arus harmonik triplen mengalir
ke daya sistem pasokan. Namun, perlu dicatat bahwa umum Wye-Wye
pasokan transformer tidak akan menghambat aliran harmonik triplen
terlepas dari seberapa baik seimbang fase ini.
5.6.3 Adjustable Kecepatan Drive Untuk HVAC dan Lift
Umum aplikasi disesuaikan kecepatan drive (ASDs) di komersial
beban dapat ditemukan di motor lift dan di pompa dan fans di HVAC
sistem. ASD terdiri dari sebuah konverter daya elektronik yang
mengubah ac tegangan dan frekuensi menjadi tegangan variabel dan
frekuensi. itu tegangan dan frekuensi variabel memungkinkan ASD
untuk mengontrol kecepatan motor agar sesuai dengan kebutuhan
aplikasi seperti memperlambat pompa atau kipas. ASDS juga
menemukan banyak aplikasi di banyak industri.
Gambar 5.13 lampu Fluorescent dengan (a) bentuk gelombang ballast
elektronik saat ini dan (b) spektrum harmonik nya.
5.7 Harmonic Sumber Dari Industri Beban
Fasilitas industri modern ditandai dengan aplikasi luas beban
nonlinier. Beban ini dapat membuat sebagian besar dari beban jumlah
fasilitas dan menyuntikkan arus harmonik ke kekuasaan sistem,
menyebabkan distorsi harmonik di tegangan. ini harmonik masalah ini
diperparah oleh kenyataan bahwa beban nonlinier memiliki relatif
rendah faktor daya. Fasilitas industri sering memanfaatkan kapasitor
bank untuk memperbaiki faktor daya untuk menghindari biaya penalti.
aplikasi kapasitor faktor daya koreksi berpotensi memperbesar arus
harmonik dari beban nonlinier, sehingga menimbulkan resonansi kondisi
di dalam fasilitas. Distorsi tegangan tingkat tertinggi biasanya terjadi
pada tegangan rendah bus fasilitas dimana kapasitor diterapkan. Kondisi
resonansi menyebabkan motor dan terlalu panas transformator, dan
misoperation peralatan elektronik yang sensitif. Beban industri nonlinier
secara umum dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori: tiga fase
konverter daya, perangkat lengkung, dan saturable perangkat. Bagian
5.7.1 ke 5.7.3 detail karakteristik beban industri.
5.7.1 Tiga-phase Power Converter
Tiga fase konverter daya elektronik berbeda dari satu fase konverter
terutama karena mereka tidak menghasilkan ketiga harmonik arus. Ini adalah
keuntungan besar karena arus harmonik ketiga adalah terbesar komponen
harmonisa. Namun, mereka masih dapat signifikan sumber harmonisa pada
frekuensi karakteristik mereka, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5,14. Ini
adalah jenis sumber khas saat ini dapat diatur kecepatan mengemudi. Spektrum
harmonik diberikan pada Gambar. 5,14 juga akan khas suatu arus drive motor dc
masukan. Tegangan inverter drive sumber (misalnya sebagai PWM-jenis drive)
dapat memiliki tingkat distorsi yang lebih tinggi seperti yang ditunjukkan pada
Gambar. 5,15.
Gambar 5.14 Spektrum Lancar dan Harmonis Untuk CSI-Jenis ASD.
Gambar 5.15 Spektrum Lancar dan Harmonis Untuk PWM Tipe ASD.
Masukan ke drive PWM yang umumnya dirancang seperti fase tiga
versi catu daya switch-mode di komputer. rectifier feed langsung dari
bus ac ke kapasitor besar pada bus dc. dengan induktansi disengaja
sedikit, kapasitor dibebankan dalam yang sangat singkat pulsa,
menciptakan "telinga kelinci" khas bentuk gelombang ac-side saat ini
dengan distorsi yang sangat tinggi. Sedangkan switch-mode power
supplies yang umumnya untuk beban yang sangat kecil, drive PWM
sekarang sedang diterapkan untuk beban hingga 500 tenaga kuda (hp).
Ini adalah penyebab dibenarkan untuk perhatian dari insinyur listrik.
DC drive. Rektifikasi adalah langkah hanya diperlukan untuk drive
dc. Oleh karena itu, mereka memiliki keuntungan dari sistem kontrol
yang relatif sederhana. Dibandingkan dengan sistem ac drive, dc drive
menawarkan lebih luas kecepatan jangkauan dan torsi awal yang lebih
tinggi. Namun, pembelian dan pemeliharaan biaya untuk motor dc
adalah tinggi, sedangkan biaya tenaga elektronik perangkat telah
menjatuhkan tahun ke tahun. Dengan demikian, ekonomi pertimbangan
membatasi penggunaan drive dc ke aplikasi yang membutuhkan
kecepatan dan karakteristik torsi motor dc.
Drive dc kebanyakan menggunakan penyearah enam pulsa
ditunjukkan pada Gambar. 5,16. besar drive dapat menggunakan
penyearah 12-pulsa. Hal ini akan mengurangi arus thyristor tugas dan
mengurangi beberapa harmonik ac yang lebih besar saat ini. kedua arus
harmonik terbesar untuk hard enam-pulsa adalah kelima dan ketujuh.
Mereka juga yang paling sulit dalam hal respon sistem. Sebuah
penyearah 12-pulsa dalam aplikasi ini dapat diharapkan untuk
menghilangkan sekitar 90 persen dari harmonik kelima dan ketujuh,
tergantung pada sistem ketidakseimbangan. Kelemahan dari drive 12-
pulsa yang ada adalah biaya yang lebih dalam elektronik dan
transformator lain umumnya diperlukan.
Gambar 5.16 Enam-Pulsa DC ASD.
AC drive. Dalam drive ac, output penyearah terbalik untuk
menghasilkan variabel-frekuensi ac tegangan untuk motor. Inverter
diklasifikasikan sebagai sumber tegangan inverter (VSIs) atau inverter
sumber arus (CSI). Sebuah VSI membutuhkan dc konstan (yaitu, rendah
riak) masukan tegangan untuk inverter panggung. Hal ini dicapai dengan
kapasitor atau filter LC di link dc. itu CSI memerlukan masukan arus
konstan, maka, induktor seri ditempatkan di link dc.
AC drive umumnya menggunakan motor induksi sangkar tupai
standar. Motor ini adalah kasar, relatif rendah dalam biaya, dan
memerlukan sedikit pemeliharaan. Motor sinkron yang digunakan di
mana kontrol kecepatan yang tepat sangat penting.
Sebuah konfigurasi ac hard populer menggunakan VSI
menggunakan teknik PWM untuk mensintesis suatu bentuk gelombang
ac sebagai kereta variabel-lebar dc pulsa (lihat Gambar. 5.17). Inverter
menggunakan baik SCRs, belokan gerbang (GTO) thyristor, atau
transistor daya untuk tujuan ini. Saat ini, VSI PWM drive menawarkan
efisiensi energi terbaik untuk aplikasi lebih dari satu berbagai kecepatan
untuk drive sampai melalui setidaknya 500 hp. keuntungan lain drive
PWM adalah, tidak seperti jenis lain drive, tidak perlu bervariasi
tegangan keluaran penyearah untuk mengontrol kecepatan motor. ini
memungkinkan thyristor rectifier diganti dengan dioda, dan thyristor
kontrol sirkuit untuk dihilangkan.
Gambar 5.17 PWM ASD.
Drive daya yang sangat tinggi menggunakan SCRs dan inverter.
Ini mungkin 6 - pulsa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5,18, atau
seperti drive dc besar, 12-pulsa. VSI drive (Gambar 5.18a) terbatas pada
aplikasi yang tidak memerlukan cepat perubahan kecepatan. Drive CSI
(Gambar 5.18b) memiliki akselerasi yang baik / perlambatan
karakteristik tetapi membutuhkan motor dengan faktor daya terkemuka
(sinkron atau induksi dengan kapasitor) atau ditambahkan sirkuit kontrol
untuk commutate thyristor inverter. Dalam kedua kasus, drive CSI harus
dirancang untuk digunakan dengan motor tertentu. Thyristor dalam
sumber arus inverter harus dilindungi terhadap lonjakan tegangan
induktif, yang meningkatkan biaya jenis drive.
Gambar 5.18 Besar AC ASDs. Dasar-Dasar Harmonik
Gambar 5.19 Pengaruh PWM ASD Kecepatan PadaH Arus Bolak Balik.
Dampak dari kondisi operasi. Distorsi harmonisa arus di disesuaikan
kecepatan drive tidak konstan. Gelombang perubahan signifikan untuk
kecepatan yang berbeda dan nilai-nilai torsi.
Gambar 5.19 menunjukkan kondisi operasi dua untuk
adjustablespeed PWM mengemudi. Sementara gelombang pada 42
persen kecepatan jauh lebih terdistorsi proporsional, drive menyuntikkan
besarnya jauh lebih tinggi harmonik arus pada kecepatan dinilai.
Diagram batang menunjukkan jumlah saat disuntikkan. Ini akan menjadi
faktor desain membatasi, bukan yang tertinggi THD. Insinyur harus
berhati-hati untuk memahami dasar data dan pengukuran mengenai drive
ini sebelum membuat keputusan desain.
5.7.2 MJA Perangkat
Kategori ini meliputi tanur busur, tukang las busur, dan debit-jenis
pencahayaan (neon, uap natrium, air raksa uap) dengan magnet (bukan elektronik)
ballast. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 5,20, busur pada dasarnya penjepit
tegangan secara seri dengan reaktansi yang membatasi saat ini ke wajar nilai.
Gambar 5.20 Rangkaian Setara Untuk Perangkat Lengkung.
Tegangan-arus karakteristik busur listrik adalah nonlinier. Setelah penyalaan
busur, tegangan menurun sebagai busur saat ini meningkat, hanya dibatasi oleh
impedansi dari sistem kekuasaan. ini memberikan busur penampilan memiliki
resistensi negatif untuk porsi siklus operasi seperti dalam aplikasi pencahayaan
neon.
Dalam aplikasi tungku busur listrik, impedansi membatasi terutama kabel
tungku dan lead dengan beberapa kontribusi dari daya sistem dan transformator
tungku. Arus lebih dari 60.000 A yang umum.
Busur listrik sendiri sebenarnya terbaik diwakili sebagai sumber tegangan
harmonisa. Jika probe itu harus ditempatkan langsung di busur, satu akan
mengamati bentuk gelombang agak trapesium. Besarnya sebagian besar
merupakan fungsi dari panjang busur. Namun, impedansi dari ballast atau tungku
mengarah bertindak sebagai buffer sehingga tegangan suplai hanya cukup
terdistorsi. Beban lengkung sehingga tampaknya menjadi harmonik relatif stabil
sumber arus, yang memadai untuk kebanyakan analisis. pengecualian terjadi ketika
sistem sudah dekat resonansi dan setara Thevenin model menggunakan bentuk
gelombang tegangan busur memberikan jawaban yang lebih realistis.
Isi harmonik dari beban tanur busur dan perangkat lainnya mirip dengan
yang ada pada ballast magnetik ditunjukkan pada Gambar. 5,12. Threephase
perangkat lengkung dapat diatur untuk membatalkan harmonisa triplen melalui
sambungan transformator. Namun, pembatalan ini mungkin tidak bekerja dalam
tiga fase arc furnace karena tidak seimbang sering operasi selama fase leleh.
Selama tahap pemurnian ketika busur lebih konstan, pembatalan lebih baik.
5.7.3 Saturable Perangkat
Peralatan dalam kategori ini termasuk elektromagnetik transformer dan
lainnya perangkat dengan inti baja, termasuk motor. harmonisa adalah dihasilkan
karena karakteristik nonlinier magnetizing baja (lihat Gambar 5.21.).
Transformator daya dirancang untuk beroperasi biasanya tepat di bawah "Lutut"
titik karakteristik saturasi magnetizing. operasi kerapatan fluks transformator
dipilih berdasarkan rumit optimalisasi biaya baja, tanpa beban kerugian,
kebisingan, dan lainnya banyak faktor. Banyak utilitas listrik akan menghukum
vendor transformator dengan berbagai jumlah untuk tanpa beban dan kerugian
beban, dan vendor akan mencoba untuk memenuhi spesifikasi dengan
transformator yang memiliki terendah dievaluasi biaya. Hukuman biaya tinggi
pada tanpa beban kerugian atau kebisingan umumnya akan menghasilkan baja
lebih di inti dan kurva saturasi yang lebih tinggi yang menghasilkan arus harmonik
yang lebih rendah.
Gambar 5.21 Transformator karakteristik magnetizing.
Meskipun saat ini transformator menarik kaya harmonik pada yang normal
tegangan operasi (lihat Gambar. 5.22), biasanya kurang dari 1 persen dari arus
beban dinilai penuh. Transformers yang tidak banyak perhatian sebagai elektronik
dan perangkat konverter daya busur api yang dapat menghasilkan harmonik arus
dari 20 persen dari penilaian mereka, atau lebih tinggi. Namun, mereka efek akan
terlihat, terutama pada sistem distribusi listrik, yang memiliki ratusan transformer.
Adalah umum untuk melihat signifikan peningkatan arus harmonik triplen selama
pagi hari jam saat beban rendah dan naik tegangan. Transformer menarik saat ini
lebih terlihat kemudian karena ada beban cukup untuk mengaburkan dan tegangan
meningkat menyebabkan lebih banyak arus yang dihasilkan. Tegangan distorsi
harmonik dari overexcitation transformator umumnya hanya terlihat dalam kondisi
beban ringan.
Beberapa transformator sengaja beroperasi di jenuh wilayah. Salah satu
contoh adalah transformator triplen digunakan untuk menghasilkan 180 Hz untuk
tungku induksi.
Motor juga menunjukkan beberapa distorsi dalam arus ketika girang,
meskipun umumnya kecil konsekuensinya. Namun demikian, beberapa pecahan
tenaga kuda, satu fase motor yang memiliki hampir segitiga gelombang dengan
signifikan ketiga harmonik arus.
Gelombang ditunjukkan pada Gambar. 5,22 adalah untuk single-fase atau
Wye-grounded tiga fase transformer. Saat ini jelas berisi besar jumlah harmonik
ketiga. Delta koneksi dan ungrounded-Wye koneksi mencegah aliran nol-urutan
harmonik, yang triplens cenderung. Dengan demikian, saat ini garis akan berlaku
ini kecuali harmonik ada ketidakseimbangan dalam sistem.
5.8 Harmonic Sumber Locating
top related