W ciągu ostatnich lat obserwuje się wzrost liczby nieliniowych odbiorników energii elektrycznej przyłączonych do systemu elektroenergetycznego. Układy energoelektroniczne powszechnie stosowane w nowoczesnych urządzeniach pobierają moc bierną ze źródła zasilania. Są one przyczyną znacznej niesymetrii w układach trójfazowych, powodują płynięcie nadmiernego prądu w przewodzie neutralnym, bardzo często przekraczającego wartości prądów poszczególnych faz. W ten sposób pogarszają jakość energii elektrycznej, osłabiają wydajność systemu elektroenergetycznego. Wymagana staje się sztuczna korekcja współczynnika mocy [1].
Wyższe harmoniczne mogą powodować liczne zakłócenia w czułych odbiornikach, zaś w ekstremalnych przypadkach mogą doprowadzić do ich awarii. W przemyśle układy energoelektroniczne stosowanie są w układach napędowych z regulowaną prędkością, piecach łukowych i indukcyjnych, systemach trakcyjnych, w układach przekształtnikowych niezbędnych do sprzężenia odnawialnych źródeł energii z systemem elektroenergetycznym. W gospodarstwach domowych wykorzystywane są one w układach zasilaczy impulsowych pracujących w komputerach, drukarkach, sprzęcie audio-wideo, kuchenkach mikrofalowych, energooszczędnych źródłach światła itp. Sumaryczny wpływ tych urządzeń na system elektroenergetyczny jest duży, zaś jego minimalizacja jest bardzo trudna do realizacji ze względu na duży stopień rozproszenia [1].
Wzrost wymagań dotyczących jakości energii elektrycznej jest determinowany przez producentów sprzętu, a poprzez to przez odbiorców docelowych. Poprawa jakości energii elektrycznej jest jednym z pierwszoplanowych celów współczesnej elektrotechniki.
Dogłębna analiza zachodzących zjawisk, wpływu poszczególnych układów na poziom odkształcenia prądu i napięcia wymaga stosowania komputerowych metod obliczeń. Pakiet ATP umożliwia użytkownikowi w sposób bardzo szybki i komfortowy przeprowadzenie kompleksowej analizy układów z uwzględnieniem elementów służących eliminacji wyższych harmonicznych. Każdy przebieg wyjściowy może być rozłożony na dowolną liczbę harmonicznych [1].
widmo napięcia i prądu
Zastosowanie pakietu ATP do wyznaczania widma dowolnego sygnału zostanie zaprezentowane na przykładzie 1-fazowego falownika napięcia opisanego szczegółowo w trzynastej części kursu. Schemat układu zamieszczono na rysunku 1.
Parametry symulacji ustawiamy zgodnie z wytycznymi z poprzedniej części kursu. Po poprawnym przeprowadzeniu obliczeń uruchamiamy program PlotXY (rys. 2.). W kolumnie VARIABLES zostały zestawione wszystkie punkty, w których użytkownik prowadził obliczenia napięć i prądów w układzie falownika. W celu wyznaczenia widma sygnału należy wybrać jeden z wymienionych punktów. W wyniku tej operacji w zakładce PLOT1 zostanie wyświetlone oznaczenie kodowe wybranego punktu. Dla przebiegów napięciowych będą one poprzedzone literą V, dla prądów literą C, dla sygnałów TACS literą T, dla wewnętrznych zmiennych elementów MOD literą M. Wskazanie kilku punktów jednocześnie uniemożliwi przeprowadzenie analizy częstotliwościowej przebiegu. Uwaga! Program PlotXY przeprowadza obliczenia tylko dla pojedynczych przebiegów. Jeśli wszystko zostało przeprowadzone prawidłowo, przycisk FOUR zmieni kolor z szarego na czarny. Możliwe będzie wówczas włączenie obliczeń. Po ich przeprowadzeniu na ekranie automatycznie pojawią się dwa okna. Jedno z wybranym przebiegiem w dziedzinie czasu (rys. 3.), drugie z wynikami obliczeń w dziedzinie częstotliwości (rys. 4.).
Na rysunku 4. zamieszczono widmo amplitudowe i fazowe prądu wyjściowego 1-fazowego falownika. Użytkownik ATP przesuwając szary pionowy pasek ma możliwość odczytania wartości poszczególnych harmonicznych składowych analizowanego przebiegu. Pierwszy wykres, patrząc od góry, przedstawia widmo amplitudowe, drugi zaś fazowe. Zmiany parametrów obliczeń można dokonać po naciśnięciu prostokąta z czerwonym znakiem odznaczenia (rys. 4.). Po jego wybraniu, pokaże się okno o nazwie FOURIER OPTIONS zamieszczone na rysunku 5. Zmieszczono w nim parametry możliwe do samodzielnej modyfikacji, takie jak:
BASE PERIOD FOR CURRENT FILE – okno czasowe prowadzonej analizy częstotliwościowej:
Start time – początek okna czasowego,
End time – koniec okna czasowego.
OPTIONS VALID FOR CURRENT FILE – parametry obliczeń:
Unit of amplitude chart – jednostki widma amplitudowego.
Peak – wartość maksymalna harmonicznej przebiegu.
RMS – wartość skuteczna harmonicznej przebiegu.
|rms/harm. 0| – wartość skuteczna względem zerowej harmonicznej przebiegu,
|rms / harm. 1| – wartość skuteczna względem pierwszej harmonicznej przebiegu.
Harmonic orders to consider – liczba wyznaczanych harmonicznych.
RELATIVE SIZE OF AMPLITUDE CHART – relatywne proporcje wielkości przebiegu widma amplitudowego:
50 % – przebieg widma amplitudowego co do wielkości w oknie jest równy przebiegowi widma fazowego,
70 % – przebieg widma amplitudowego zajmuje 70 % powierzchni okna, zaś
30 % widmo fazowe,
100 % – tylko widmo amplitudowe będzie wyświetlone w oknie.
