obsah	download	reakce	odkazy	keywords

O knize

Tato nová rozsáhlejší publikace vychází z knihy "Vliv polovodičových měničů na napájecí soustavu" vydanou již v roce 2002 (nyní dostupná pouze v elektronické podobě jako PDF). V uvedené knize byla pozornost věnována zejména klasickým polovodičovým měničům a jejich vlivu na napájecí soustavu. Jsou zde probírány i vlivy nepřímých měničů kmitočtu. Avšak malá pozornost je věnována měničům malých výkonů, spínaným napájecím zdrojům - tedy zařízením, které se v současnosti vyskytují nejvíce. Základní tezí knihy bylo vyšetřování vlivu polovodičových měničů na napájecí soustavu.

Za deset roků od vydání zmíněné knihy vzniklo velké množství nových typů měničů, jejich struktur, změnily se způsoby řízení. Obrovsky narostl podíl spotřebičů s malými výkony, jako jsou napájecí zdroje pro výpočetní techniku, domácí elektroniku a světelné zdroje. Požadavkem jsou nyní konstrukce spotřebičů s minimalizovanými vlivy na napájecí soustavu, u velkých výkonů pak komplexní dodávky včetně realizace opatření proti negativním účinkům provozu polovodičových zařízení na síť. Proto jsou v knize kapitoly věnovány i této problematice. Jsou uvedeny vlastnosti a výpočty impedance sítě s ohledem na harmonické. Na základě výpočtu zkreslení je navržena filtračně kompenzační stanice. Při návrhu zařízení nebo při jeho připojení do soustavy musí být akceptovány požadavky z elektromagnetické kompatibility jak v oblasti nízkofrekvenčního rušení, tak i vysokofrekvenčních projevů. Novým jevem je provoz měničů s nejvyšší odolností proti poklesům napětí v napájecí soustavě.

Předkládaná kniha si klade za cíl seznámit uživatele s uvedenou problematikou. Je určena širokému okruhu čtenářů. Autoři doufají, že odpovědi zde najdou jak pracovníci ze závodů, kteří musí problematiku EMC řešit jako jeden z mnoha problémů, tak specialisté na problematiku EMC polovodičových měničů.

Na knize spolupracoval kolektiv pracovníků Západočeské univerzity v Plzni několik roků. V knize jsou koncentrovány mnohaleté zkušenosti práce ve výzkumu, vývoji a spolupráci s praxí. Současně jsou uvedeny nejnovější poznatky z oboru tak dynamicky se rozvíjejícího, jakým elektromagnetické kompatibilita polovodičových systémů beze sporu je.

---

O problematice

Nároky na elektrickou energii neustále rostou. Roste a vyvíjí se zejména počet spotřebičů, které odebírají nesinusový proud. Jedná se nejen o velká a klasická zařízení (obloukové pece, velké pohony), ale též o zařízení velmi malých výkonů. Vlivem masivního nárůstu používaných elektronických zařízení, který je umožněný na jedné straně kvalitní součástkovou základnou a na straně druhé jejich cenou, roste i podíl spotřebičů se zkresleným odběrem proudu. Přestože normy u malých spotřebičů předepisují určité meze nelinearity, jsou celkové hodnoty odebíraných nelineárních proudů veliké. To vede ke zkreslení napětí, vzniku deformačních výkonů, přetěžování vedení a dalším nepříznivým důsledkům.

V průmyslových podnicích pak se neustále zvyšují počty používaných polovodičových měničů. I když jsou často výkony jednotlivých měničů malé, je jejich množství a výkon takové, že v závodových sítích jejich provozem dochází k nepříznivým jevům. Současné spolupůsobení v různých částech rozvodů pak vede nejen k deformaci napájecí křivky, ale i ke vzniku rezonančních jevů. Naopak, vlivem poruch v napájecí soustavě pak mohou mít citlivá elektronická zařízení problémy nebo dokonce může být jejich činnost zastavena, i když napájecí soustava následně pracuje normálně. Nově vyvíjené typy měničů jsou neustále sofistikovanější. Jejich konstrukce a programové vybavení není provedeno pouze s ohledem na splnění požadavků spotřebitele (pohonu), ale současně je brán zřetel i na interakci s napájecí soustavou. Za posledních 20 let došlo k doslova raketovému nárůstu měničů. Vlivem nových polovodičových prvků a s rozvojem řídící elektroniky jsou splňovány i takové požadavky, které před několika lety byly nemožné. Vznikají rovněž nové struktury měničů. To však opět vede ke vzniku požadavků na řešení problematiky negativních vlivů měničů na síť a k návrhu opravných prostředků.

---

Z obsahu knihy

Základem knihy jsou nízkofrekvenční projevy interakcí mezi měničem a napájecí soustavou. Pouze v některých zřetelech je věnována pozornost i vysokofrekvenční problematice, a to zejména ve spojení s návrhy měničů.

V průmyslových závodech je obvykle velmi hustá, zasmyčkovaná elektrická rozvodná soustava (často o mnoha napěťových úrovních) a dnes přistupují mnohé řídící, ovládací a datové vedení. To vede k tomu, že dochází k projevům vzájemného ovlivňování spotřebičů stále častěji. Jakým způsobem tyto problémy řešit? V prvním případě je třeba se snažit vyrábět takové elektrotechnické výrobky, které ovlivňují elektromagnetické okolí co nejméně a současně tak, aby byly co nejvíce odolné proti těmto jevům. Každý výrobek je tedy určitým způsobem vždy zdrojem rušení a je současně rušen. Přípustné hodnoty pro činnost elektrických zařízení v elektromagnetickém prostředí jsou dnes obvykle dány příslušnými normami.

Výrobci těchto zařízení i výzkumné ústavy věnují této otázce velkou pozornost. Přesto ale dochází k tomu, že vlivy zařízení na síť či na napájené zařízení jsou takového charakteru, že buď nemůže pracovat samotný spotřebič, nebo (v horším případě) je ovlivněna síť takovým způsobem, že nemohou pracovat ani další připojená zařízení. Pak je nutné přijmout další opatření, která tyto účinky odstraní, nebo alespoň minimalizují na přijatelnou úroveň.

Problematice nízkofrekvenčního rušení dominují zhruba čtyři základní okruhy:

• harmonické proudy (vyšších řádů), produkované nelineárními spotřebiči,
• impedance sítě,
• změny napětí v síti,
• zařízení pro minimalizaci harmonických proudů a kompenzaci účiníku.

Těmto bodům jsou proto věnovány hlavní části knihy.

Nejprve je uveden stručný matematický aparát, který je při výpočtech potřebný, zejména s ohledem na Fourierovu analýzu. Současně jsou zavedeny základní matematické vztahy pro neharmonické veličiny. Na rozdíl od mnohých publikací o neharmonických veličinách je zde i napájecí napětí uvažováno obecně jako nesinusové, s určitým zkreslením. To je v současnosti již nezbytné. Důraz je též kladen na definování jednotlivých výkonů a činitelů zkreslení. Všechny uvedené definice jsou v souladu s platnými normami.

Další kapitola se věnuje kvalitě elektrické energie, poruchám v napájecí soustavě, zdrojům harmonických, poruchám vznikajících v rozvodné soustavě a možnostem šíření rušení. Stěžejní část této kapitoly je věnována teoretickým aspektům šíření rušení a příslušným frekvenčním rozsahům a začleněním různých druhů rušivých signálů. Kapitola je napsána s cílem upozornit na projevy zejména vysokofrekvenčního rušení u polovodičových zařízení.

Velká pozornost je věnována impedancím sítě. Zde jsou probrány nejen způsoby jak modelovat jednotlivé části rozvodů, ale zejména jak modelovat rozsáhlé zasmyčkované závodové sítě. Součástí kapitoly je popis typických impedancí a vznik harmonických napětí vyšších řádů. Na příkladech jsou ukázány možnosti výpočtů impedance sítě a zejména pak harmonických napětí vyšších řádů. Čtenáři jsou upozorněni na možné rezonance, které v síti vznikají, na jejich výpočty a důsledky. Jedna podkapitola je věnována zvláštnostem výpočtu impedance v trakčních soustavách.

Co do velikosti je nejrozsáhlejší pátá kapitola. Ta je věnována určení frekvence a velikosti harmonických proudů, které jsou měniči odebírány ze střídavé napájecí sítě. Nejprve je uvedeno odvození známého amplitudového zákona. Ten je pak dále rozšířen na tzv. zobecněný amplitudový zákon, platný pro odebírané proudy většiny měničů. Společně s principem superpozice průběhů pak může být provedena harmonická analýza u většiny průběhů proudů. Následně jsou pak probírány vlivy jednotlivých měničů na síť. Postupně jsou probrány způsoby výpočtu harmonických proudů klasických měničů (usměrňovače), měničů napětí, cyklokonvertorů aj. Největší pozornost kapitoly je věnována nepřímým měničům kmitočtu s napěťovým střídačem a možnostem snížení proudů u těchto měničů. Z nejmodernějších zařízení je věnována pozornost pulzním usměrňovačům napěťového typu. U všech měničů jsou uvedeny způsoby zjištění necharakteristických harmonických a meziharmonických. Přestože je jejich velikost ve srovnání s charakteristickými harmonickými obvykle zanedbatelná, mohou v případě rezonančních jevů vytvářet nepřípustná napětí vyšších frekvencí. Protože v praxi samostatně pracující měnič najdeme již ojediněle, je nutné často řešit, jak postupovat při určování negativních účinků většího počtu měničů, které jsou připojovány do jednoho přípojného bodu v napájecí síti nebo v různých bodech jednoho závodu.

Obsáhlá část knihy patří návrhu opravných prostředků. Tomu se věnuje kapitola 6. Protože obvykle nejde oddělit filtrační a kompenzační účinek, je kapitola věnována nejen návrhu filtrů pro minimalizaci harmonických, ale též i problematice kompenzace účiníku. Je uveden rozsáhlý matematický aparát, který umožňuje provádět návrh filtrů s ohledem na potřeby filtrace i kompenzace účiníku. Nezbytné jsou i způsoby ladění filtrů a jejich dimenzování s ohledem na harmonické jiných frekvencí, než je rezonanční frekvence filtru. Pozornost je věnována i složitějším typům filtrů. Nezbytností jsou výpočty účinnosti filtrů v připojených částech soustavy. Součástí jsou též moderní aktivní filtry a zařízení pro dynamickou kompenzaci účiníku.

Jedna pasáž knihy je věnována i opačným účinkům – vlivům poruch v síti na činnost měničů a možnostem, jak těmto projevům zabránit. Tato kapitola byla napsána na základě mnohých dotazů provozovatelů měničů v průmyslových podnicích. Zejména při krátkodobých poklesech napětí dochází často k zastavení činnosti měniče. Přestože se napětí velmi brzy vrátí na svoji nominální hodnotu, měnič je zastaven. Do obnovení jeho činnosti na výrobní parametry před poruchou může dojít k velké ekonomické ztrátě. Nezbytnou kapitolou v této knize je popis doprovodných jevů v EMC výkonových měničů. Jedná se o vysokofrekvenční rušení. Jsou zde uvedeny zásady návrhu výkonových a řídících obvodů polovodičových měničů z hlediska EMC. Součástí jsou též možné odrušovací prostředky. Odkazy jsou prováděny zejména na pasáže v kapitole 3.

Součástí problematiky vlivů měničů na napájecí soustavu jsou výpočty harmonických proudů klasických síťových zdrojů malého výkonu a impulzních napájecích zdrojů. V kapitole 9 pak jsou popsány základní konfigurace výkonových obvodů impulzních zdrojů a jejich harmonické proudy, které odebírají ze sítě. Popis je dělán s ohledem na normy, které harmonické proudy uvedených měničů omezují. Srovnání je provedeno s klasickými síťovými zdroji.

Pokud existují normy, které se věnují přímo působení na síť u jednotlivých druhů měničům, je to probráno přímo v kapitolách jednotlivých měničů. Kromě toho je normalizaci (zejména pro energetické rušení) věnována samostatná kapitola. Vzhledem k velmi častým změnám ve znění norem bude tato pasáž asi nejrychleji „stárnout“, proto je uvedena zejména základní struktura a orientace v normách. Samozřejmostí je, že jsou uváděny pouze normy EN či IEC.

V mnohých kapitolách je uveden nejenom postup pro exaktní výpočty harmonických proudů, ale též zjednodušené návody na určení harmonických proudů s přesností, která je v praxi dostačující. Většina kapitol je doplněna ukázkami časových průběhů proudů a výsledky jejich následné harmonické analýzy. Měření byla prováděna jak v laboratorních podmínkách, tak v praxi.

Kapitola 11, věnovaná měření harmonických by vzhledem ke své důležitosti a obsáhlosti jistě zasloužila větší prostor, případně samostatnou knihu. Kromě nezbytných teoretických částí, zabývajících se zákonitostmi při měření harmonických jsou uvedeny normativní požadavky pro měření a analýzu. Příklady zde uvedené doplňují průběhy z dílčích kapitol. Jejich cílem je nyní demonstrace měřené metody, případně ukázka netypických průběhů z praxe.

Problematika, zpracovávaná v knize je velmi široká. Jsou popisovány negativní účinky mnoha zařízení, zejména výkonových polovodičových měničů. Proto jsou prováděny časté odkazy na literaturu, která je mnohdy pro pochopení principů činnosti zařízení a vzniku harmonických nepostradatelná. S ohledem na rozsah citované literatury byl zvolen princip, kdy je bezprostředně související literatura uvedena přímo na konci každé kapitoly. Většina odkazů v kapitole je až na výjimky právě v uvedeném seznamu. Výjimkou ze seznamu literatury je kapitola 10, která se věnuje normám. Zde jsou názvy norem uvedeny během jejich popisu a nejsou tedy znovu v seznamu literatury uvedeny.

Obtížné bylo uvedení seznamu značek. Zpracovávaná problematika je tak rozsáhlá, že není možné absolutně všechny značky v seznamu uvést. Jsou tedy uvedeny značky základní a zejména ty, kde není vždy jednoznačně zřejmý význam. Naopak, vzhledem k rozsáhlosti knihy, mají mnohé značky různé významy – ty jsou v seznamu uvedeny, význam je patrný z textu.

Přes rozsáhlost uvedeného materiálu si autoři uvědomují, že nemohli zdaleka uvést všechny aspekty elektromagnetické kompatibility výkonových polovodičových systémů. Pozornost by zasloužily vlivy měničů na napájená zařízení, flicker a další jevy, zejména ve vysokofrekvenční oblasti. Tato témata již překračují vytýčený rámec knihy. Přesto autoři doufají, že čtenářům kniha přinese kvalitní základní orientaci v problematice.

Historie vydání

• 1. vydání - listopad 2013 - ISBN 978-80-7300-476-7
• 1. vydání - listopad 2013 - ISBN 978-80-7300-477-4 (elektronická kniha ve formátu PDF)

Stručný obsah

1. Úvod
2. Základní vztahy a definice
3. Zdroje rušení a kvalita elektrické energie
4. Impedance sítě
5. Vlivy polovodičových zařízení na napájecí soustavu
6. Minimalizace harmonických, filtračně kompenzační zařízení
7. Vlivy změn napětí na činnost měničů
8. EMC výkonových systémů ve vysokofrekvenční oblasti
9. EMC napájecích zdrojů
10. Normy a předpisy v oblasti EMC
11. Měření EMC výkonových systémů
12. Značky

Download

• podrobný obsah - ve formátu PDF
• ukázka knihy - ve formátu PDF

  Update k 1. knižnímu vydání (v elektronickém je vše již opraveno)

• V obsahu str. 5 a na str. 19 až 21 bylo nesprávné očíslování kapitol: 2.4.1 až 2.4.4, správně má být: 2.1.1 až 2.1.4.

Recenze lektorů a reakce čtenářů

• Recenze č. 1 - Ivan Kabrhel
• Recenze č. 2 - Pavel Santarius
• Recenze č. 3 - Šárka Volešová (připravujeme)

Odkazy

• zatím žádné nejsou

Keywords

• obecná charakteristika
  slova
• obsah knihy
  obsah
• rejstřík knihy
  rejstříková slova
• integrované obvody
  označení integrovaného obvodu