Harmonische vervorming, THD, Distortion factor; Power Quality deel 2.

Harmonische vervorming

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor, wat zijn dat voor een factoren. Hoe wat voor een invloed hebben die? Wat is het allemaal en welke relaties heeft het met elkaar. Welke invloeden hebben deze factoren op onze netten. Aanleiding is dat in de nieuwe later dit jaar uit te komen “one lighting regulation” de wettelijke regels worden aangepast. In dit deel dus de harmonische vervorming.

Harmonische vervorming

In deel 1 hebben we fase verschuiving uitgelegd, ofwel de cosinus φ of wel displacement factor. Naast dat fenomeen kennen we ook de vervorming. Wat is nu precies vervorming en waardoor ontstaat dat. In onderstaande figuur zien we weer even hoe een zuiver sinusvormige spanning en stroom eruitziet.

Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1
Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1

Vervorming ontstaat doordat de stroom die wordt opgenomen door een toestel niet de sinusvorm van de spanning meer volgt. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door het gedrag van elektronica. Je hoeft namelijk alleen stroom op te nemen als het nodig is en zoveel als nodig is. Joseph Fourier, heeft aangetoond dat elke wiskundige functie geschreven kan worden als een som van sinussen. We spreken van een hogere harmonische wanneer deze een frequentie heeft die een veelvoud is van de grondgolf. Bij onze netspanning van 50 Hz (grondgolf) heeft de 2e harmonische een frequentie van 2 x 50 = 100 Hz, de 3e  harmonische 3 x 50 = 150 Hz, enz.

Hieronder zien we in de figuur een sterk vervormde stroom. Let op de fase verschuiving in deze figuur is 0 (ofwel de displacement factor = cosinus φ = 1)

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor

THD

Laten we dit signaal verder gaan analyseren. Eerst een Fourier analyse doen en dan komen we op het volgende plaatje. Op de horizontale as zien we de harmonischen. 1 staat voor de grondgolf ofwel de 50 Hz, de 2 voor de tweede harmonische ofwel de 100 Hz etc. Op de verticale as de stroom in procenten van de grondgolf. De grondgolf is dan natuurlijk ook 100 %.

Harmonische vervorming, THD, Distortion factor

Hier zien we dat de stroom derde harmonische (150 Hz) bijna 30% bedraagt van de grondgolf stroom. Het signaal wat we hier hebben afgebeeld is afgestemd op de maximaal toegestane harmonische vervorming. Dat wil zeggen voor verlichtingstoestellen met een vermogen boven de 25 W. Zoals je ziet een flinke vervorming is toelaatbaar. Als we dan de totale harmonische vervorming (THD) uitrekenen;

THD = √ ((I2² + …. In²) / I1²)

Waarin;
THD => Total harmonic distortion
I2…n => stroom van de nde harmonische
I1 => Stroom van de grondgolf (50 Hz)

Als we dat van het afgebeelde signaal uitrekenen komen we op 33,5 % uit.

Distortion factor

Met dit getal kunnen we dan vervolgens de distortion factor berekenen. Die hebben we nodig om uiteindelijk te kunnen uitrekenen welk effect deze vervorming heeft op ons effectief vermogen.

Kdistortion = 1/√(1+THD²)

Waarin;
Kdistortion => Distortion factor
THD => Total harmonic distortion

Als we dat uitrekenen voor dit voorbeeld komen we op 0,95.

Het effect van de harmonische vervorming het opgenomen vermogen

Hiermee kunnen we nu uitrekenen wat deze vervorming voor een effect heeft of ons effectief vermogen. Het effectieve vermogen wat geleverd wordt is;

Peff = U x I x λ = U x I x Kdisplacement x Kdistortion

Waarin;
Peff => Opgenomen vermogen
U => Spanning
I => Opgenomen stroom
λ => Arbeidsfactor (power factor)
Kdisplacement => Displacement factor of faseverschuiving of cosinus φ
Kdistortion => Vervormingsfactor

In dit geval komen we dan uit op een opgenomen vermogen van 230 W terwijl het schijnbare vermogen 242 W is.

Het effect van deze vervorming op de stijging in de opgenomen stroom is gering. De opgenomen stroom is 1,05 A terwijl voor het effectieve vermogen slechts 1,00 A nodig zou zijn geweest.

Het effect van de vervorming op de opgenomen stroom is niet zo groot als we bij de fase verschuiving zagen in het vorige artikel. Waarom moeten we ons dan toch druk maken over de harmonische vervorming? In het volgende deel gaan we verder kijken naar vervorming en de effecten daarvan.

#armaturenregister #elektrotechniek #lighting #openbareverlichting #straatverlichting #verlichting

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *