Our Vision
DC is the future
Achieved Objectives
Society & Technology & Environment
Why DC?
Your question answered
Projects Partners
In collaboration with our projects
Concepts
Foundation of renewable energy
Technics
Technical background of devices

Power Quality

Power Quality is a typical AC problem

Dit probleem hebben we niet bij DC. Per jaar wordt er binnen Nederland ongeveer 100 miljoen euro’s uitgegeven aan maatregelen ten behoeve van Power Quality (netkwaliteit). Uit onderzoek blijkt dat er in Europa door slechte Power Quality jaarlijks zo’n 10 miljard euro verloren gaat. Daarnaast verdient het onderwerp, vanwege verschillende maatschappelijke ontwikkelingen, een hoge plaats op de agenda (welke agenda? Politiek?). Hieraan denken we bijvoorbeeld aan de toename van de hoeveelheid duurzaam opgewekte energie en de daaraan gekoppeld decentrale opwekking. 'Door die koppeling wordt het net steeds vuiler'. Power- Factor-perikelen 'arbeidsfactor'. Dit is de grootste oorzaak van Power Quality problemen.

In tegenstelling tot wat vaak aangenomen wordt, is de power factor niet altijd gelijk aan de cos φ. Dit is namelijk alleen het geval als de stroom en de spanning perfect sinusvormig zijn. Dit komt voor bij lineaire belastingen. De meeste hedendaagse voedingen (die o.a. pulsgelijkrichters bevatten) trekken een niet sinusvormige stroom en zijn dus een niet lineaire belasting. Dit maakt dat er bij het omschrijven van de Power Factor (PF) ook rekening gehouden dient te worden met de harmonische vervorming die een voeding produceert. Dit word vaak vergeten.

Vermogensdriehoek:

In bovenstaande figuur is de vermogensdriehoek te zien, waarin het verband tussen het actief, reactief en schijnbaar vermogen word getoond.

Het actief (werkelijk, effectief) vermogen P wordt uitgedrukt in Watt [w] en is het product van de RMS waarde van de spanning en stroom, en de fasehoek φ[Rad] tussen de spanning en stroom.

Het reactief (blind-)vermogen Q wordt uitgedrukt in Volt-ampere reactief [VAr] en is het product van de RMS waarde van de spanning en stroom, en de fasehoek φ[Rad] tussen spanning en stroom.

Het schijnbaar vermogen S word uitgedrukt in voltampère [VA] en is het product van de RMS waarde van de spanning en stroom.

Dit is gelijk aan de vectoriële som van het actief en reactief vermogen.

De RMS- of effectieve verwarmingswaarde van een zuiver sinusvormig signaal a met piekwaarde 325 kan berekend worden door de piekwaarde te nemen van die sinus en die te delen door wortel 2:

(de effectieve verwarmingswaarde komt overeen met de gelijkstroom waarde - nodig om in een weerstand eenzelfde hoeveelheid elektrisch vermogen te ontwikkelen als bij de oorspronkelijke wisselstroom).

Een zuiver sinusvormig signaal bevat alleen de eerste harmonische, ook wel de 'grondtoon, fundamentele- of grondfrequentie' genoemd. Een signaal, wat onderhevig is aan harmonische vervorming, is een optelsom van de grondtoon, en een of meerdere hogere harmonischen welke een verveelvoudiging zijn van de eerste harmonische. De derde harmonische van een signaal met een frequentie van 50Hz is dus 150Hz (3 maal de frequentie van de grondtoon –of eerste harmonische-), de achtste harmonische 400Hz, etc. De cos φ in figuur toont in feite alleen het faseverschil tussen de fundamentele van de stroom en spanning.

Stel een signaal b heeft een grondfrequentie van 50Hz (amplitude van 1), en bevat de derde harmonische met een amplitude van 1/3 en de vijfde harmonische met een amplitude van 1/5 (het signaal is een benadering van een blokgolf). Om de RMS waarde van signaal b uit te rekenen, moet de wortel uit de som van de kwadraten van de RMS waarde van de in het signaal aanwezige harmonischen uitgerekend worden.

Dit is hoger als de RMS waarde van de grondtoon alleen.

De ‘hogere’ harmonische zorgen voor een extra hoekverdraaiing θ welke samen met de cos φ de Power Factor vormt. Omdat harmonische vervorming van de spanning meestal een resultaat is van harmonische vervorming van de stroom, neemt men voor de berekening van de Power Factor aan dat de spanning wel zuiver sinusvormig is. Tegelijk kan een nieuw ‘soort’ vermogen geïntroduceerd worden: het vervormingsvermogen (distortie) D, dat het product is van de RMS waarde van de spanning en de RMS waarden van de harmonische van de stroom (zonder de eerste harmonische).

Vermogensdriehoek voor een niet lineaire last. Hoe minder harmonische vervorming en hoe minder faseverschuiving tussen spanning & stroom, hoe kleiner de hoeken φ en θ, en hoe beter de PF 1 nadert. Naast de power- of arbeidsfactor zijn nu ook de verschuivingsfactor en distortiefactor te definiëren:

Wat nu ook berekend kan worden, is de Total Harmonic Distortion (THD), ofwel de factor van verstoring door harmonische op de fundamentele. Deze wordt meestal aangegeven in procenten.

De verhouding tussen de distortiefactor en de THD:

 

Waar komt die slechte Power Factor vandaan?

Spaarlampen, Led Lampen & kleingebruikers bevatten elektronica en hebben dus een gelijkrichter nodig. Voor de vele kleingebruikers is het onderstaande schema van toepassing, omdat de stroom niet dezelfde vorm heeft als de spanning veroorzaakt wordt door de condensatoren (Co). De Power Factor varieert tussen de 0.5 … 0.7 Deze variatie komt door de impedantie van het net.

Passieve gelijkrichter: