Einführung

Die Besorgnis über die Auswirkungen der Beleuchtungsprodukte auf Stromverteilungssysteme haben die Aufmerksamkeit darauf gelenkt Power Quality. Schlechte Netzqualität kann Energie und die Fähigkeit eines elektrischen Systems verschwenden; es können sowohl die elektrischen Verteilungssystem und Vorrichtungen, die auf dem System schaden.

Es gibt viele Elemente in einem Stromsystem, das zwei Hauptparameter beeinflusst; Leistungsfaktor und Oberschwingungen. Elektromotoren, einige Leuchten, Transformatoren und andere induktive und kapazitive Geräte einzuführen Blindleistung in das System, und damit zu einer Beschädigung des Leistungsfaktors beteiligt. Diese Komponenten müssen Blindleistung zu arbeiten.

Nichtlineare Lasten wie UPS, Computersysteme, Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen, Digitalelektronik, etc. verzerren Stromwellenformen und die Einführung von Oberwellen auf das Energiesystem.

Was ist der Netzqualität?

Für ein elektrisches Verteilungssystem, Netzqualität ist, inwieweit die Netzspannung eine Sinuswelle mit konstanter Amplitude. Abbildung 1 zeigt Wellenform einer 120-Volt- (IN), 60-Hertz (Hz) Netzspannung von idealen Stromqualität. In einem Wechselstromkreis, Elektronen fließen in Richtung der Energiequelle für eine Hälfte des Zyklus und von der Stromquelle für die andere Hälfte.

Bei 60 Hz, die Spannungswelle schließt einen Zyklus jeder 1/60^th einer zweiten, oder etwa alle 17 Millisekunden (1/50^th einer zweiten, oder 20 in Millisekunden 50 Hz-Systeme). Probleme mit einem Dienstprogramm Generatoren-oder Verteilernetzes kann schwerwiegende Probleme der Netzqualität wie Spannungseinbrüche und Übergänge verursachen, beide davon kann die Lebensdauer der Beleuchtungssysteme und andere elektrische Geräte zu vermeiden. Hohe Verzerrungs (Abweichung von der Sinuswelle) im Verteilungssystem können auch elektrische Geräte schaden.

Im Gegensatz zu Spannungsabfällen und Transienten, jedoch, Verzerrung oft durch elektrische Geräte, die im System verursacht.

Für einen bestimmten elektrischen Vorrichtung, Der Begriff Netzqualität beschreibt, inwieweit die Vorrichtung sowohl die Spannungswellenform verzerrt und ändert die Phasenbeziehung zwischen Spannung und Strom. Ein Gerät mit optimalen Leistungsqualitätsmerkmale weder die Versorgungsspannung noch verzerrt wirkt sich auf die Spannungs-Strom-Phasenbeziehung.

Abbildung 1 – Spannungswellenform für eine 120V, 60Hz-Netzteil mit optimalen Leistungsqualität

Eine glatte Sinuswelle ist charakteristisch für unverzerrten Spannungs. Bei der Frequenz 60 Hz, die Welle wiederholt sich jeden 16.7 ms. Die Amplitude ist 170V; Das Root-Mean-Square- (rms) Wert der Welle ist 120V.

Wie Lichtsysteme beeinflussen Netzqualität?

Abbildung 2 – Stark verzerrten Stromwellenform

Die meisten Glühlampen Systeme nicht reduzieren die Netzqualität eines Vertriebssystems, weil sie sinusförmige Stromwellenformen, die in Phase mit der Spannung Wellenform haben (Strom und Spannung beide Zunahme und Abnahme in der gleichen Zeit).

Floureszierendes, Hochdruckentladungs (HID), und Niederspannungs-Glühlampen-Systeme, die Vorschaltgeräte oder Transformatoren verwenden, können Stromformen verzerrt haben. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel einer Stromwellenform stark verzerrt typisch für einige elektronische Vorschaltgerät für Kompaktleuchtstofflampen. Geräte mit solchen verzerrten Stromformen den Strom in kurzen Stößen (statt es reibungslos Zeichnung), die Verzerrung der Spannung erzeugt. Diese Geräte Stromwellenformen können auch aus der Phase mit der Spannungswellenform.

Eine solche Phasenverschiebung kann den Wirkungsgrad des Wechselstromkreis zu reduzieren. In Abbildung 3, die derzeitige Welle hinkt der Spannungswelle.

Während eines Teils des Zyklus der Strom positiv, während die Spannung negativ ist (oder umgekehrt), wie in den schattigen Bereichen gezeigt; Strom und Spannung gegeneinander arbeiten, Erstellen von Blindleistung. Das Gerät erzeugt Arbeit nur während der Zeit durch die nicht schattierten Teile des Zyklus dargestellt, die Wirkleistung der Schaltung darstellen.

Blindleistung nicht die Spannung verzerren. Jedoch, Es ist ein wichtiger Power Quality Sorge, weil Versorgungsunterverteilungssysteme müssen in der Lage, Blindleistung zu tragen haben, auch wenn es keine nützliche Arbeit leistet.

Beide Lichthersteller und Bauherren können Schritte zur Netzqualität verbessern. Die meisten elektronischen Vorschaltgeräte für Full-Size-Leuchtstofflampen müssen Filter Stromverzerrung reduzieren. Einige elektronische Vorschaltgeräte für Kompakt-Leuchtstofflampen haben eine hohe Stromverzerrung, aber sehr wenig zur Spannungsverzerrung aufgrund ihrer geringen Strom.

Abbildung 3 – Phasenverschiebung Blindleistung

Magnetische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen und HID-Lampen in der Regel hinkt Strom haben. Einige magnetische Vorschaltgeräte enthalten Kondensatoren, die die Strom-und Spannungs neu synchronisieren, die Blindleistung beseitigt. Gebäudeeigentümer können auch Kondensatoren in ihrem Gebäude Verteilungssysteme zu installieren, um für große Lasten mit nacheilenden Strom kompensieren.

Was sind Oberwellen?

Eine Harmonische ist eine Welle mit einer Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches der Grund ist, oder Hauptwelle. Einem verzerrten Wellenform kann durch die Grundwelle und einen oder mehrere Oberschwingungen beschrieben, , wie in Abbildung 4. Ein verzerrtes 60 Hz Stromwelle, beispielsweise, können Oberschwingungen enthalten 120 Hz, 180 Hz, und andere Vielfache von 60 Hz (in 50 Hz-Systeme können diese 100 Hz, 150 Hz, andere Vielfache von 50 Hz).

Die harmonische dessen Frequenz das Doppelte der Grund ist, wird als zweite Harmonische; Die Harmonischen dritter Ordnung eine Frequenz dreimal so der Grund, usw..

Abbildung 4 – Illustrieren Oberschwingungen

Beachten – Eine verzerrte Wellenform 4a durch die Summe einer Sinuswelle mit der Frequenz beschreiben 1 Hz und Amplitude 2 ft, die die Grund ist, und eine zweite Sinuswelle mit einer Frequenz 3 Hz und Amplitude 1 ft, welche ist die dritte Ober ist. Die beiden Teilwellen werden in gezeigt 4b.

Stark verzerrten Stromwellenformen enthalten zahlreiche Oberwellen. Die geradzahligen harmonischen Komponenten (zweiter Ordnung, vierter Ordnung, usw.) neigen dazu, sich in ihrer Wirkung aufheben, aber die ungeraden Oberschwingungen neigen dazu, in einer Weise, die schnell ansteigt Verzerrung hinzuzufügen, weil die Spitzen und Täler der Wellenformen fallen häufig. Die Beleuchtungsindustrie ihre übliche Maß für die Verzerrung Klirrfaktor ruft (THD).

Gesamt Klirrfaktor (THD) und harmonische Faktor

Ballast-Hersteller, Stromversorgungsunternehmen, und Standard-Organisationen definieren THD anders, was für einige Verwirrung in der Beleuchtungsindustrie verursacht hat. Zum Beispiel IEEE definiert THD in IEEE gegeben 1035-1989 folgendermaßen:

Wo:

• Ich₁ ist die Wurzel aus dem mittleren quadratischen (rms) der Grundstromwellenform
• Ich₂ ist der Effektivwert der Harmonischen zweiter Ordnung Stromwellenform
• Ich₃ ist der Effektivwert der dritten Harmonischen Stromwellenform, etc.

Oder, wie in IEC definiert 61000-2:

Wo Ich₁ ist die Grundstromwellenform.

Andererseits, ANSI-und CSA verwenden Sie die folgende Formel zu berechnen THD:

Wo:

• Ich₁ ist der Effektivwert der Grundstromwellenform,
• Ich₂ ist der Effektivwert der Harmonischen zweiter Ordnung Stromwellenform
• Ich₃ ist der Effektivwert der dritten Harmonischen Stromwellenform, etc.

Wie wir sehen können, gemäß der zweiten Definition, THD ist immer kleiner als 100%. Die folgende Tabelle enthält einige Konvertierungen zwischen den beiden Definitionen.

Dienstprogramme liefern typischerweise Spannung mit weniger als 2% THD. Jedoch, THD Strom für elektronische Geräte sehr hoch sein, oft über 100%. Tabelle 1 listet aktuelle THD von einigen Beleuchtungslasten, wie von NLPIP gemessen. Geräte mit hoher Strom THD tragen zur Spannung THD im Verhältnis zu ihrem Anteil der Gesamtlast eines Gebäudes. So, Geräte mit höherer Leistung können mehr als THD Spannung niedriger Wattzahl zu erhöhen Geräte. Wenn Klirrfaktor ist ein Anliegen für ein Beleuchtungssystem, NLPIP empfiehlt, dass Planer verwenden elektronische Vorschaltgeräte mit Filtern zu minimieren THD.

Die empfohlene maximale zulässige Spannung THD bei der Stelle, wo ein Gebäude, eine Verbindung mit dem Versorgungsverteilungssystem 5% (IEEE 1992).

Abbildung 5 zeigt, dass die Spannung THD diese Grenze erreicht, wenn etwa die Hälfte des Gebäudes Laststrom hat THD 55%, oder wenn etwa ein Viertel des Gebäudes Laststrom hat THD 115%.

Spannung THD entstehende 55% und 115% Strom THD
Um in technischen Artikel Teil 2 Fortsetzung folgt ...