Harmoniczne w systemach elektroenergetycznych.pdf

(1050 KB) Pobierz
71568036 UNPDF
Zygmunt KUŚMIEREK
Politechnika Łódzka, Instytut Elektrotechniki Teoretycznej, Metrologii i Materiałoznawstwa
Harmoniczne w systemach elektroenergetycznych
Streszczenie . W artykule przedstawiono mechanizm powstawania harmonicznych prądu oraz opisano skutki ich występowania, a także podano
sposoby charakteryzowania udziału harmonicznych. Harmoniczne w systemie elektroenergetycznym powodują, określony w zależności od
parametrów sieci i odbiorników, rozpływ mocy czynnej, co zostało opisane w pracy. Istotnym zagadnieniem przedstawionym w artykule jest sposób
oceny wydajności prądowej źródeł wyższych harmonicznych.
Abstract. The paper presents current harmonics formation mechanisms, consequences of their existence and methods for characterizing their
magnitude in a signal. Current harmonics influence active power flow in a way which depends on the network and receiver parameters as described
in the paper. Important issues also presented are evaluation methods for current efficiency of higher harmonics sources. ( Harmonics in the Power
Systems ).
Słowa kluczowe : harmoniczne, interharmoniczne, źródła prądowe
Keywords : harmonics, interharmonics, harmonics sources
Wstęp
Rozwój elektroniki powoduje, że pojawia się coraz
więcej urządzeń energoelektronicznych o nieliniowej
charakterystyce prądowo-napięciowej, które są prądowym
źródłem harmonicznych. Dołączenie tego typu odbiorników
do sieci elektroenergetycznej powoduje pogorszenie
parametrów jakościowych energii elektrycznej. Generowane
przez odbiorniki nieliniowe harmoniczne można podzielić na
wyższe harmoniczne, interharmoniczne i subharmoniczne.
Skutki wywołane tymi harmonicznymi są bardzo
różnorodne, np. mogą powodować błędne działanie
układów zabezpieczających, błędne wskazania przyrządów
pomiarowych, ograniczają przepustowość energetyczną
sieci elektroenergetycznych przesyłowych. W ostatnim
okresie czasu coraz większe zainteresowanie budzą
interharmoniczne. Brak jest jednoznacznych określeń
dotyczących parametrów charakteryzujących udział
interharmonicznych w badanym sygnale i parametrów
charakteryzujących ich oddziaływanie na sieć.
Istotnym zagadnieniem jest wyznaczanie wydajności źródeł
prądowych wyższych harmonicznych i interharmonicznych.
Jeszcze trudniejszym problemem jest opracowanie metody,
która pozwoliłaby na lokalizację dołączenia odbiorników
nieliniowych będących źródłem harmonicznych.
Mając na uwadze skutki obecności harmonicznych w
prądach i napięciach systemu elektroenergetycznego
opracowuje się różne sposoby eliminacji harmonicznych,
bądź metody ograniczające skutki ich występowania.
Jest to szereg nieskończony, pierwszy wyraz jest
składową stałą, a następne składowe, zmienne w czasie,
mają częstotliwości będące całkowitą krotnością
częstotliwości pierwszej harmonicznej. Pierwszą
harmoniczną najczęściej nazywamy harmoniczną
podstawową, a pozostałe harmoniczne noszą nazwę
wyższych harmonicznych.
Rys. 1. Przebiegi czasowe sygnału wejściowego i wyjściowego w
układzie nieliniowym
W pewnych szczególnych przypadkach do badanego
układu może być przyłożony sygnał modulujący, wówczas
w sygnale wyjściowym mogą pojawić się, między innymi,
składowe o częstotliwościach nie będących całkowitą
krotnością częstotliwości harmonicznej podstawowej np.
f n =2,25f 1 .
Harmoniczne sygnałów elektrycznych
Jeżeli do układu liniowego czwórnika zostanie
przyłożony sinusoidalny sygnał napięciowy, to na jego
wyjściu pojawi się też sinusoidalny sygnał napięciowy o tej
samej częstotliwości i o amplitudzie i fazie zależnej od
funkcji przetwarzania układu. W przypadku, gdy będzie to
układ nieliniowy, to znaczy o nieliniowej charakterystyce
prądowo-napięciowej, to na jego wyjściu pojawi się sygnał
niesinusoidalny odkształcony. Przebieg czasowy tego
sygnału będzie zależał od charakterystyki prądowo-
napięciowej układu.
Sygnał wyjściowy układu U wy (t) może być rozłożony na
szereg Fouriera i opisany następującą zależnością
Rys. 2. Układ nieliniowy z modulacją
U
(
t
)
=
U
+
U
sin
( ) (
( )
ω
t
+
ϕ
+
U
sin
2
ω
t
+
ϕ
)
+
wy
o
1
m
1
2
m
2
(1)
...
+
U
km
sin
k
ω
t
+
ϕ
k
+
...
Składowe o częstotliwościach nie będących całkowitą
krotnością częstotliwości harmonicznej podstawowej noszą
nazwę interharmonicznych.
Układ liniowy opisany równaniem Duffinga generuje
sygnał, w którym występują składowe o częstotliwościach
mniejszych od częstotliwości harmonicznej podstawowej.
Składowe te nazywamy subharmonicznymi.
U
wy
(
t
)
=
U
o
+
=
U
km
sin
( )
k
ω
t
+
ϕ
k
1
8
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 6/2006
k
71568036.012.png 71568036.013.png
a)
Schemat
zastępczy
odbiornika
nieliniowego
generującego
harmoniczne
rzędu
nieparzystego
przedstawia rysunek 4.
W zależności od udziału harmonicznych w badanym
sygnale , sygnał ten może w okresie kilka razy osiągać
wartość zerową. Wiele urządzeń elektrycznych, głownie
sterujących i pomiarowych, lokalizuje punkt, w którym np.
napięcie zasilające osiąga wartość zerową, aby ustalić
moment załączenia. Działanie tych urządzeń w tym
przypadku będzie niewłaściwe, błędne działanie
zabezpieczeń elektroenergetycznych, a także błędne
wskazanie przyrządów pomiarowych mierzących np.
wartość średnią sygnału.
Wyższe harmoniczne charakteryzują się stałością
częstotliwości przy stałej częstotliwości przebiegu
podstawowego. Ułatwia to ich analizę, jak również
umożliwia opracowanie metod ich redukcji.
Dołączone do sytemu elektroenergetycznego różnego
rodzaju odbiorniki, o różnej mocy, w tym również
urządzenia energoelektroniczne, są źródłem
interharmonicznych. Interharmoniczne powstają np. w
stanach przejściowych wywołanych szybkimi zmianami
prądu, a także w tych przypadkach, w których ma miejsce
modulacja amplitudowa prądów i napięć. Są to tak zwane
zaburzenia niskoczęstotliwościowe i mają z natury
charakter losowy. Zmiany prądu mogą być spowodowane
zmianą obciążenia wywołaną procesem technologicznym.
b)
Rys. 3. Funkcja f ( x ) okresowa o równoważnych polach (a),
nieparzysta funkcja f(t) (b)
W praktyce najczęściej mamy do czynienia z układami
nieliniowymi, które generują tylko wyższe harmoniczne.
Jeżeli sygnał wyjściowy x ( t ) układu jest sygnałem
okresowym, symetrycznym względem początku układu
współrzędnych oraz symetryczny względem osi rzędnych,
to w sygnale tym wystąpią tylko nieparzyste wyższe
harmoniczne, przy zerowej wartości składowej stałej.
f(t) A sin t
=
( ) ( )
( )
ωϕ ωϕ
ωϕ
+ +
1
A sin
3
t
+
3 +
(2)
+
A sin
5
t
+ +
...
5
5
W przypadku, gdy sygnał wyjściowy układu opisany jest
funkcją, która zachowuje symetrię pól, to składowa stała nie
występuje, ma wartość zerową. W sygnale opisanym
funkcją parzystą lub nieparzystą, nie zachowującym
odwrotnej zgodności półokresów, wystąpią harmoniczne
wszystkich rzędów.
Źródłem wyższych harmonicznych, jak już wspomniano,
są odbiorniki o nieliniowej charakterystyce prądowo-
napięciowej. Do grupy tych odbiorników można zaliczyć np.:
- zasilacze impulsowe (z przetwarzaniem energii),
- lampy oświetleniowe energooszczędne,
- systemy zasilania bezprzerwowego UPS,
- prostowniki sterowane jedno i trójfazowe.
Rys.5.
Widmo
amplitudowe
sygnału
zawierającego
interharmoniczne [13]
Innym źródłem interharmonicznych są układy
energoelektroniczne, w których łączenie elementów
półprzewodnikowych jest asynchroniczne, to znaczy
odbywa się z częstotliwością inną niż częstotliwość sieci
bądź jej wielokrotność.
W wielu urządzeniach występują jednocześnie obydwa
mechanizmy emisji interharmonicznych. W systemach
elektroenergetycznych źródła interharmonicznych mogą
występować na każdym poziomie napięcia, to znaczy w
sieciach wysokiego napięcia WN, średniego napięcia SN
i niskiego napięcia nn. Emisja tych harmonicznych może
odbywać się w dowolnym kierunku np. od sieci SN do sieci
WN i nn. W praktyce podstawowe źródła Inter-
harmonicznych to:
- piece łukowe,
- urządzenia spawalnicze,
- napędy elektryczne o zmiennym obciążeniu (walcarki),
- przekształtniki statyczne np. przemienniki
częstotliwości,
- sygnały sterowania przesyłane liniami
elektroenergetycznymi.
Piece łukowe, jak wynika z przeprowadzonych badań,
nie wywołują interharmonicznych o znaczących
wartościach, jedynie w okresie występowania procesów
Rys. 4. Schemat zastępczy odbiornika nieliniowego
wytwarzającego harmoniczne nieparzyste
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 6/2006
9
1
3
71568036.014.png 71568036.015.png 71568036.001.png 71568036.002.png 71568036.003.png
przejściowych, co ma miejsce np. w procesie roztapiania,
ich wartości mogą być znaczne. Również urządzenia
spawalnicze, które można zaliczyć do urządzeń łukowych
są też źródłem interharmonicznych. Wartości tych
harmonicznych, co do amplitudy i częstotliwości, zmieniają
się w czasie w zależności od realizowanego procesu
technologicznego.
W sieciach niskiego napięcia pracuje wiele silników
elektrycznych, które ze względu na zmienność reluktancji
obwodu magnetycznego wywołanej żłobkami, wytwarzają
interharmoniczne (tzw. harmoniczne żłobkowe).
Częstotliwość tych interharmonicznych, przy stałej
prędkości obrotowej silnika i słabszym obciążeniu, jest
zawarta w przedziale od 500 do 2000 Hz. Przy zmianach
obciążenia silnika w prądzie obciążenia mogą pojawić się
też dodatkowe interharmoniczne. Amplitudy Inter-
harmonicznych w zależności od charakteru pracy silników
mają dość znaczne wartości, nawet do kilkudziesięciu
procent. Udział interharmonicznych w napięciu jest już
znacznie mniejszy, nie przekracza w zasadzie 1%.
Istotnym źródłem interharmonicznych, a także
subharmonicznych w systemach elektroenergetycznych są
statyczne przemienniki częstotliwości.
Wartości amplitud i częstotliwości wytwarzanych inter i
subharmonicznych zależą od struktury układowej
przemienników, wartości obciążenia i jego zmienności w
czasie, a także od częstotliwości wyjściowej sygnału. Cechą
charakterystyczną tego rodzaju harmonicznych jest ich
duża zmienność częstotliwości i amplitudy w czasie.
Podobnie jak wyższe harmoniczne, tak i
interharmoniczne powodują odkształcenie napięcia zależne
od wartości amplitud poszczególnych składowych, jak
również od impedancji toru zasilającego. Im większe jest
spektrum częstotliwości interharmonicznych, tym większe
prawdopodobieństwo wystąpienia rezonansu, który może
wzmocnić odkształcenie napięcia, jak również zwiększyć
zaburzenia w pracy różnorodnego sprzętu, szczególnie
elektronicznego zasilanego z tej sieci.
Interharmoniczne występujące w sieci mogą powodować
następujące skutki:
- oscylacje niskoczęstotliwościowe w układach
mechanicznych,
- zaburzenia w pracy urządzeń oświetleniowych –
zjawisko migotania światła,
- zaburzenia w pracy urządzeń elektronicznych i
zabezpieczeniowych, których działanie
synchronizowane jest momentem przejścia przez zero
sygnału napięciowego czy prądowego,
- przeciążenie prądowe filtrów wyższych harmonicznych,
- interferencje
Odbiorniki energii elektrycznej, które są źródłem
prądowym wyższych harmonicznych i interharmonicznych,
ze względu na negatywne oddziaływanie na parametry
jakościowe energii elektrycznej powinny być przyłączone do
sieci jak najbliżej punktu zasilania. Powoduje to,
zminimalizowanie impedancji toru zasilającego, a tym
samym zmniejszenie spadków napięcia.
Rys.7. Miejsce przyłączenia do sieci odbiorników wrażliwych na
zakłócenia
Odbiorniki wrażliwe na zakłócenia powinny być
przyłączone do sieci w miejscu jak najbardziej odległym od
miejsca zainstalowania odbiorników zakłócających.
Innym sposobem zmniejszenia negatywnego
oddziaływania harmonicznych na sieć jest zastosowanie
odpowiedniego rodzaju filtrów.
Charakteryzowanie odkształcenia harmonicznymi
przebiegów czasowych napięcia i prądu [12,13,14]
Dla scharakteryzowania udziału harmonicznych w
przebiegach czasowych napięcia i prądu podaje się
różnego rodzaju współczynniki. Jeżeli w badanych
przebiegach występują wyższe harmoniczne i
interharmoniczne, to ich udział określa się przez podanie
współczynnika THD (Total Harmonic Distortion), całkowity
współczynnik odkształcenia harmonicznymi
dla napięcia
U
2
U
1
THDu
=
U
1
(3)
dla prądu
I
2
I
2
1
THDi
=
I
1
z
sygnałami
sterowania
i
gdzie: U, I - wartość skuteczna odpowiednio napięcia i
prądu, U 1 , I 1 - wartość skuteczna pierwszej harmonicznej
odpowiednio napięcia i prądu.
telekomunikacyjnymi,
- przeciążenie cieplne przewodów i urządzeń.
Współczynnik THD wyraża się najczęściej w
procentach.
Przy małym udziale interharmonicznych lub przy ich
braku, współczynnik THD jest równy stosunkowi wartości
skutecznej wyższych harmonicznych do wartości
skutecznej harmonicznej podstawowej
N
2
k
=
U
(4)
THDu
=
k
2
U
1
gdzie: k – rząd harmonicznej, U k - wartość skuteczna k -tej
harmonicznej, N – liczba analizowanych harmonicznych.
Rys.6. Sposób przyłączenia odbiorników nieliniowych
ograniczający ich wpływ na sieć
Udział poszczególnych harmonicznych w przebiegu
badanym charakteryzuje się za pomocą współczynnika
IHDu (Individual Harmonic Distortion). Dla harmonicznej k -
tego rzędu przebiegu napięciowego
10
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 6/2006
71568036.004.png 71568036.005.png 71568036.006.png
(5)
IHDu =
U
k
którym harmoniczne przebiegu badanego odnoszone są do
skutecznej wartości całego przebiegu.
U
1
W niektórych przypadkach odkształcenia spowodowane
harmonicznymi prądu charakteryzuje się za pomocą
współczynnika TDD (Total Demand Distortion).
(9)
=
U
k
TDF
=
k
2
U
N
I
2
Współczynnik TDF w każdym przypadku ma wartość
mniejszą lub co najwyżej równą 100%.
Wartość poszczególnych współczynników
charakteryzujących zniekształcenia badanych przebiegów
harmonicznymi, wyznacza się na drodze pomiarowej. W
warunkach rzeczywistych napięcie sieci elektro-
energetycznej, a także prąd ulegają zmianie w czasie.
Mając ten fakt na uwadze norma PN-EN6100-4-7 podaje
znormalizowaną metodę wyznaczania wartości skutecznej
grupy i podgrupy harmonicznej oraz wartości skutecznej
grupy interharmonicznej i wartości skutecznej środkowej
grupy interharmonicznej. Wartości skuteczne
poszczególnych grup wyznacza się z widma amplitudowego
otrzymanego za pomocą DFT dla okna czasowego
obejmującego 10 okresów przebiegu badanego ( T o =
200ms dla f = 50Hz).
Współczynniki charakteryzujące odkształcenie
harmonicznymi wyznacza się zgodnie z podanymi
zależnościami (10-13) wstawiając wartości skuteczne
poszczególnych grup harmonicznych i interharmonicznych.
(6) =
TDD
=
k
I
k
2
1
gdzie: I k - wartość skuteczna k-tej harmonicznej prądu, I 1n -
wartość skuteczna podstawowej harmonicznej prądu
odpowiadająca mocy umownej S u , N - liczba harmo-
nicznych, najczęściej przyjmuje się N = 50.
W niektórych specjalnych przypadkach istotna jest
znajomość dla prądu zawartości wyższych harmonicznych
najwyższych rzędów np. rzędów od 14 do 50 włącznie.
Wartość tę określa cząstkowy współczynnik zniekształcenia
harmonicznymi PHD (Partial Harmonic Distortion)
50
2
n
=
I
(7)
PHD
=
k
14
I
1
Istotny wpływ na pracę układu elektroenergetycznego i
dołączonych do niego urządzeń mają parzyste
harmoniczne. Ich udział określa się za pomocą
współczynnika zniekształcenia parzystymi harmonicznymi
EHD (Even Harmonic Distortion)
Całkowity współczynnik odkształcenia harmonicznymi
(Total Harmonic Distortion)
N
G
2
(10) =
THD
=
k
G
N
k
2
1
2
k
=
I
Całkowity
współczynnik
odkształcenia
grupami
(8)
k - parzyste
k
2
EHD
=
harmonicznych (Group Total Harmonic Distortion)
I
1
N
G
2
Współczynniki THD określające udział harmonicznych w
przebiegu napięciowym lub prądowym nie zawsze podają
rzeczywisty stan zagrożenia. W przypadku, gdy wyznacza
się widmo harmonicznych, to również nie odzwierciedla to
w sposób jednoznaczny przebiegu odkształcenia napięcia
lub prądu. Jeżeli współczynnik THD wylicza się na
podstawie kilku pierwszych, o najwyższym udziale
harmonicznych, to jego wartość może być obarczona
znacznym błędem, nawet kilkudziesięcioprocentowym.
W rzeczywistych układach elektroenergetycznych udział
harmonicznych maleje wraz z ich rzędem. Harmoniczne
wyższych rzędów mają, w niektórych przypadkach, bardzo
silny, negatywny wpływ na pracę różnych urządzeń
zasilanych z sieci elektroenergetycznych. W celu
wyeksponowania udziału tych harmonicznych w badanym
przebiegu proponuje się wyznaczenie współczynnika THD’
pochodnej napięcia. W pochodnej napięcia eksponowane
są harmoniczne wyższych rzędów i współczynnik THD
dostarcza więcej informacji niż współczynnik THD dla
przebiegu
gk
(11)
THDG
=
=
G
k
2
g
1
Całkowity współczynnik odkształcenia podgrupami
harmonicznych (Subgroup Total Harmonic Distortion)
N
G
2
sgk
(12)
THDS
=
=
G
k
2
sg
1
Całkowity ważony współczynnik odkształcenia grupami
harmonicznymi (Partial Weighted Harmonic Distortion)
N
max
G
2
(13)
PWHD
=
=
n
n
G
k
N
min
1
pierwotnego,
dla
całego
spektrum
gdzie: G 1 - wartość skuteczna pierwszej harmonicznej, G k
- wartość skuteczna harmonicznej k -tego rzędu, G gk - suma
kwadratów wartości skutecznej k -tej harmonicznej i wartości
skuteczne przylegających do niej harmonicznych,
harmonicznych.
Odnoszenie wartości harmonicznych do harmonicznej
podstawowej powoduje, że wartość współczynnika THD
może być większa od 100%, a w przypadku prądu w
przewodzie neutralnym układu trójfazowego, współczynnik
THD może mieć wartość kilkuset procent np. 310%. W
normie amerykańskiej IEEE 519-1992 oraz w normie PN-
EN-618003 zniekształcenia harmonicznymi określa się też
za pomocą współczynnika TDF (Total Distortion Factor), w
C
2
4
C
2
2
2
=
k
5
k
+
5
(14)
G
C
+
grupa
harmoniczn
a
g
,
k
+
i
2
2
i
=
4
G sgk - wartość skuteczna podgrupy harmonicznej
obejmująca dana harmoniczną i dwie harmoniczne widma
bezpośrednio do niej przylegające.
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 6/2006
11
71568036.007.png 71568036.008.png 71568036.009.png
 
1
Podstawowym narzędziem analizy jest analiza Fouriera.
Ze względów praktycznych i technicznych sygnał jest
analizowany w ograniczonym przedziale czasu, tak zwanym
oknie pomiarowym. Szerokość okna pomiarowego T o
wybiera się równą okresowi lub wielokrotności okresu
składowej podstawowej analizowanego przebiegu. W wielu
przypadkach przebieg taki tylko z pewnym przybliżeniem
można uznać za okresowy, a okres, do celów analizy, jest
ustalany w sposób arbitralny.
Sygnał na zewnątrz okna pomiarowego nie jest
przetwarzany, zakłada się jednak, że jest identyczny z
przebiegiem znajdującym się wewnątrz okna. Oznacza to,
że dla analizowanego sygnału f(t) spełniona jest zależność
f(t) = f(t+T o ) , szerokość okna pomiarowego jest okresem.
Dla przyjętej szerokości okna otrzymuje się przy zadanej
częstotliwości próbkowania określoną liczbę N próbek.
Szerokość okna wyznacza tak zwana rozdzielczość
częstotliwościowa f o .
2
2
G
sg
,
=
C
k
+
i
podgrupa
harmoniczn
a
i
=
1
(15)
8
2
2
G
isg
,
=
C
k
+
i
centrowana
grupa
interharmo
niczna
=
2
Znając wartość poszczególnych współczynników
określonych wzorami (10-13) można wnioskować o
całkowitym odkształceniu analizowanego przebiegu.
Metoda ta wydaje się być przydatna do monitorowania, a
mniej odpowiednia dla celów diagnostycznych.
f
=
1
=
1
Rys.8. Grupa harmoniczna i grupa interharmoniczna
(16)
o
T
f
N
o
s
Rys.9. Podgrupa harmoniczna i centrowana podgrupa
interharmoniczna
Rozdzielczość częstotliwościowa zależy, jak wynika ze
wzoru (16), od częstotliwości próbkowania i liczby
pobranych próbek. Częstotliwość ta określająca odległość
między prążkami widma powinna być taka, aby było
możliwe wyznaczenie znajdujących się w przebiegu
wszystkich harmonicznych. Jeżeli interharmoniczna będzie
mieć częstotliwość np. równą 181 HZ, to do jej wyznaczenia
potrzebna jest rozdzielczość częstotliwościowa równa 1 Hz.
Spełnienie warunku dotyczącego rozdzielczości
częstotliwościowej może być trudne. Można tu wyróżnić
dwa problemy:
- czas próbkowania, może być długi i otrzymuje się dużą
liczbę próbek,
- rozdzielczość częstotliwościowa, jest trudna do
ustalenia, ponieważ częstotliwości składowych w
sygnale nie są znane i mogą ulegać zmianie.
Wynik obliczeń transformaty i wyznaczenie widma
amplitudowego i fazowego w sposób istotny zależy od
szerokości okna i jego położenia w zarejestrowanym
przebiegu oraz częstotliwości próbkowania. W niektórych
przypadkach otrzymane wyniki są trudne do fizycznej
interpretacji.
Pomiary harmonicznych w systemach elektro-
energetycznych
Przebiegi odkształcone, zawierające harmoniczne
można analizować w dziedzinie częstotliwości lub w
dziedzinie czasu. Przebiegi w których występują
interharmoniczne trudno jest analizować za pomocą
selektywnych mierników działających w dziedzinie
częstotliwości, ponieważ dostrojenie częstotliwościowe
miernika do danej interharmonicznej, ze względu na jej
zmienność częstotliwościową w czasie, jest praktycznie
niemożliwe.
Obecnie do analizy przebiegów odkształconych
wykorzystuje się metody i przyrządy realizujące pomiary w
dziedzinie czasu. Rejestruje się pewna liczbę próbek w
określonym przedziale czasu, a następnie wykorzystuje
cyfrową wersję przekształcenia Fouriera DFT (Digital
Fourier Transform), lub specjalny algorytm umożliwiający
szybkie przeprowadzenie obliczeń FFT (Fast Fourier
Transform). Metoda ta daje poprawne wyniki w przypadku,
gdy w analizowanym sygnale występują jedynie wyższe
harmoniczne. Przyrządy te analizują badany sygnał w
czasie jednego lub kilku okresów, a pobrane próbki
pozwalają na uzyskanie spektrum dokładnie reprezentujące
przebieg, ale tylko wówczas, gdy w nim nie ma
interharmonicznych. Jeżeli w przebiegu badanym wystąpią
składowe o częstotliwości innej niż częstotliwości wyższych
harmonicznych, to w otrzymanym widmie pojawiają się
dodatkowe składowe.
Zgodnie z [12, 13] analizę przebiegów badanych można
przeprowadzić bezpośrednio np. w układach niskiego
napięcia lub metodą pośrednią za pomocą przetworników
pomiarowych. Pomiary mogą być przeprowadzone w
jednofazowych oraz wielofazowych układach zasilających.
W zależności od potrzeb może być przeprowadzony pomiar
i analiza napięć fazowych, międzyprzewodowych lub
między przewodem neutralnym a ziemią. Układ pomiarowy
zawierający kompletny tor pomiarowy jest przedstawiony na
rysunku 11.
Rys.10. Widmo amplitudowe sygnału niesinusoidalnego
Jeżeli okno pomiarowe nie obejmuje całkowitej liczby
okresów przebiegu badanego, w wyniku analizy pojawiają
się dodatkowe prążki zniekształcające obraz widma, są to
błędy identyfikacji okresu składowych. Zjawisko to nosi
nazwę przecieku widma. Efekt ten można zmniejszyć
stosując odpowiedni rodzaj okna czasowego.
W praktyce najczęściej stosuje się okno prostokątne i okno
Hanninga, okna te są również zalecane przez normę [13].
W niektórych przypadkach, przy dużej złożoności sygnału
(duża liczba składowych) może się okazać, że lepsze
wyniki, bardziej poprawne, uzyskuje się stosując inne
rodzaje okien np. Hamminga.
12
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 6/2006
i
71568036.010.png 71568036.011.png
 
Zgłoś jeśli naruszono regulamin