zakład sieci i automatyki elektroenergetycznej elektroenergetyka laboratorium
ćwiczenie nr	2
stanowisko nr	2
prowadzący	data wykonania ćwicz.
dr inż. K. Szubert	08.01.2014
studia / rok ak. / sem. / specj. / grupa	stacjonarne I-go stopnia / 2013/2014 / V / Elektrotechnika / E-4
sprawozdanie wykonał:	Bartłomiej Zywert Maciej Niekłań Paweł Zając Adrian Mierzyński Grzegorz Przygoda Marcin Woźny Marek Szymański Jakub Wrocławski Paweł Nawrocki

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z obsługą analizatora jakości energii FLUKE 41b oraz zbadanie widma harmonicznych wybranych urządzeń elektrycznych.

1. Przebieg ćwiczenia.

   1. Lampa

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Lampa
	P = 58W (pomiar)
	Q = 4 var (pomiar)
	S = 58 VA
	PF = 1
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih
	[A]
1	-

1. Czajnik elektryczny

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Czajnik
	P = 1,79 kW (pomiar)
	Q = 20 var (pomiar)
	S = 1,79 kVA
	PF =1
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih
	[A]
1	-

1. Multimetr

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Multimetr
	P = 12,3W (pomiar)
	Q = 4,7 var (pomiar)
	S = 14,7 VA
	PF = 0,83
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih
	[A]
1	-
3	2,3
5	1,14
9	0,4
11	0,33

THD = 50,09

$THD = \sqrt{\sum_{}^{}{{(i}_{h})}^{2}}$

$i_{h} = \frac{I_{h}}{I_{1}}*100\%$,

gdzie: I_h – amplituda h-tej harmonicznej, I₁ – amplituda harmonicznej podstawowej

Rys. 1. Charakterystyka widmowa multimetru

1. Filtr

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Filtr
	P = 24 W (pomiar)
	Q =2 var (pomiar)
	S = 25 VA
	PF = 0,95
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih
	[A]
1	-
3	2,3
5	1,14
11	0,33

THD = 30,61

$\text{THD} = \sqrt{\sum_{}^{}{{(i}_{h})}^{2}}$

$i_{h} = \frac{I_{h}}{I_{1}}*100\%$,

gdzie: I_h – amplituda h-tej harmonicznej, I₁ – amplituda harmonicznej podstawowej

Rys. 2. Charakterystyka widmowa filtru

1. Komputer

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Komputer
	P = 31W (pomiar)
	Q = 9 var (pomiar)
	S = 49 VA
	PF = 0,64
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih
	[A]
1	-
3	2,3
5	1,14
7	0,77
9	0,4
11	0,33
13	0,21
15	0,15
17	0,13
21	0,11

THD = 108,33

$\text{THD} = \sqrt{\sum_{}^{}{{(i}_{h})}^{2}}$

$i_{h} = \frac{I_{h}}{I_{1}}*100\%$,

gdzie: I_h – amplituda h-tej harmonicznej, I₁ – amplituda harmonicznej podstawowej

Rys.3. Charakterystyka widmowa komputera

1. Monitor

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Monitor
	P = 17 W (pomiar)
	Q = 8 var (pomiar)
	S = 40 VA
	PF = 0,44
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih
	[A]
1	-
3	2,3
5	1,14
7	0,77
9	0,4
11	0,33
13	0,21
15	0,15
17	0,13
19	0,12
21	0,11
23	0,1
25	0,09
27	0,08
29	0,08
31	0,07

THD = 174,57

$\text{THD} = \sqrt{\sum_{}^{}{{(i}_{h})}^{2}}$

$i_{h} = \frac{I_{h}}{I_{1}}*100\%$,

gdzie: I_h – amplituda h-tej harmonicznej, I₁ – amplituda harmonicznej podstawowej

Rys. 4 Charakterystyka widmowa monitora

1. Ściemniacz

Rząd harmonicznej h
	Nazwa urządzenia: Ściemniacz
	P = 121W (pomiar)
	Q = 186 var (pomiar)
	S = 129 VA
	PF = 0,65
	Analiza prądu I
	Wymagania normy PN-EN 61000-3-2
	Ih%
	[%]
1	-
3	19,5
5	10
7	7
9	5
11	3
13	3
15	3
17	3
19	3
21	3

THD = 33,78

$\text{THD} = \sqrt{\sum_{}^{}{{(i}_{h})}^{2}}$

$i_{h} = \frac{I_{h}}{I_{1}}*100\%$,

gdzie: I_h – amplituda h-tej harmonicznej, I₁ – amplituda harmonicznej podstawowej

Rys. 5. Charakterystyka widmowa ściemniacza

1. Wnioski.

Naszym zadaniem było zbadanie zawartości harmonicznych napięcia i prądu za pomocą miernika Fluke 41b. Pomiaru dokonaliśmy dla kilku urządzeń między innym dla : lampy, czajnika, elektrycznego, filtru, ściemniacza, monitora oraz komputera. Z powyższych charakterystyk możemy wywnioskować że badane urządzenia możemy podzielić na liniowe oraz nieliniowe. Pierwsze dwa urządzenia mają charakter rezystancyjny co powoduje że posiadają one tylko pierwsze harmoniczne.

Ponieważ dla tego urządzenia występowała tylko pierwsza harmoniczna równa 100% nie było możliwe obliczenie współczynnika THD. Współczynnik mocy wyniósł 1. Dla multimetru sytuacja wyglądała podobnie jak dla filtru. Występowały tutaj wyższe harmoniczne, ale większy wpływ miały nieparzyste jednak że filtr nie posiada 9 harmonicznej

4.1. Anna Gramczewska:

Analizując powyższą charakterystykę zawartości poszczególnych harmonicznych w przebiegu prądu można zauważyć znaczący udział nieparzystych harmonicznych. Reszta harmonicznych, tj. parzystych, w małym stopniu, praktycznie żadnym, wpływa na przebieg prądu. Analizując pomiary napięcia można stwierdzić, że tylko pierwsza harmoniczna jest znacząca, której udział wynosi 100%. Udział reszty harmonicznych w przebiegu napięcia jest minimalny. Ponadto, wszystkie pomiary spełniają wymagania stawiane przez polskie normy PN-EN 50160 (dotycząca parametrów napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych) oraz PN-EN 61000 (określająca emisję harmonicznch prądu w naszym przypadku dla klasy A). Analizując wyniki współczynnika Thd dla napięcia widać, że jest on mniejszy niż maksymalny wymagany w normie. Natomiast współczynnik Thd dla prądu jest większy aniżeli współczynnik Thd dla napięcia. Ponadto wartość współczynnika Thd dla prądu z obliczeń jest większa, niż wartość tego współczynnika wynikająca z pomiarów. Warto dodać, że komputer był zasilany impulsowo, co mogło spowodować duży udział nieparzystych harmonicznych w przebiegu prądu. W tym przypadku możemy zaoberwować fakt, iż dosyć znaczne odkształcenie przebiegu prądu odbiornika (duża zawartość harmonicznych) w niewielkim stopniu oddziaływuje na proces odkształcenia napięcia zasilającego. Pokazuje to, że spełnienie wymagań norm PN-EN 50160 oraz PN-EN 61000 zapewnia nam słabo lub prawie w ogóle nie odksztalcone przebiegi napięć zasilających. Ogólnie, wpływ na harmoniczne ma współczynnik mocy (PF) – im mniejszy, tym więcej harmonicznych znaczących.

4.2. Igor Bieniek:

Ćwiczenie polegało na zbadaniu, za pomocą miernika FLUKE 41b, zawartości harmonicznych napięcia i prądu w kilku urządzeniach takich jak: Lampa z żarówka 60W, czajnik elektryczny, UPS, multimetr HP, monitor, komputer i ściemniacz. Dla lampki z żarówką 60 W występowała tylko podstawowa harmoniczna prądu jak i napięcia. Pomierzone za pomocą miernika wartość THD dla napięcia mieściła się w normie i wyniosła 1,4%. Ponieważ dla tego urządzenia występowała tylko pierwsza harmoniczna równa 100% nie było możliwe obliczenie współczynnika THD. Współczynnik mocy wyniósł 1. Podobnie sytuacja wyglądała dla czajnika elektrycznego. Tutaj także występowała tylko podstawowa harmoniczna napięcia i prądu wynosząca 100%. Wartość THD dla napięcia mieści się również w normie i wynosi 1,5%. Dla prądu natomiast wyniosła 1,8%, co także jest małą wartością. Tak jak dla lampki, nie było możliwe w tym przypadku obliczenie współczynnika THD napięcia i prądu. Współczynnik mocy był równy 1. Kolejnym urządzeniem, które analizowaliśmy ze względu na zawartość wyższych harmonicznych w napięciu i prądzie był UPS. Tutaj duży wpływ miały nieparzyste wyższe harmoniczne prądu. Największą wartość miała 3 harmoniczna, lecz wszystkie wartości mieściły się w normie. Współczynnik THD dla prądu z pomiarów wyniósł 29,7% i zgadzał się ze współczynnikiem obliczonym. Współczynnik THD dla napięcia wyniósł 1,5% i mieścił się w wartości dopuszczalnej z normy. Współczynnik mocy wyniósł 0,96. Im mniejszy współczynnik mocy tym więcej wyższych harmonicznych. Dla multimetru HP sytuacja wyglądała podobnie jak dla UPS. Występowały tutaj wyższe harmoniczne, ale większy wpływ miały te nieparzyste (także trzecia harmoniczna osiągnęła największą wartość). Wszystkie wartości mieściły się w normie. Współczynnik mocy wyniósł 0,84, co świadczy o tym, że w przebiegu jest już znaczna zawartość harmonicznych. Współczynnik THD dla napięcia mieścił się w normie, natomiast dla prądu wartość obliczona była większa od wartości zmierzonej. Wraz ze wzrostem rzędu harmonicznej jej wartość była coraz mniejsza. Analizując wyniki otrzymane dla monitora widać dokładnie, że zawiera on największą liczbę wyższych harmonicznych( z czego znaczące są te nieparzyste). Współczynnik mocy wyniósł jedynie 0,45, co świadczy o dużej zawartości harmonicznych w prądzie. Potwierdza to zmierzony współczynnik THD dla prądu równy 86,5%. Tak jak wcześniej największą wartość osiąga 3 harmoniczna, jest najbardziej znacząca. Współczynnik THD napięcia wynosi 1,4 i także mieści się w normie. Przebieg prądu ze względu na dużą zawartość wyższych harmonicznych jest dość mocno odkształcony. Badając zawartość harmonicznych w komputerze widać również, że znaczący wpływ na przebieg prądu mają nieparzyste harmoniczne wyższych rzędów (największa wartość 3 harmonicznej). Współczynnik mocy THD prądu wyniósł aż 73%, natomiast dla napięcia tylko 1,6% (mieści się w normie). Ostatnim badanym urządzeniem był ściemniacz. Tak jak dla wszystkich pozostałych urządzeń największy wpływ na przebieg napięcia miały harmoniczne nieparzyste ( w szczególności trzecia). Zmierzony współczynnik mocy był równy 0,62. Pomimo tego, że współczynnik mocy był mniejszy niż PF dla komputera(co powinno skutkować tym, że ma on większą zawartość harmonicznych w przebiegu prądu) to zawartość harmonicznych w prądzie jest mniejsza. THD dla prądu wynosi 28,9% i pokrywa się z obliczeniami. THD dla napięcia tak samo jak dla każdego urządzenia miało mniejszą wartość niż ten sam współczynnik dla prądu i wyniosło 1,5%, tym samym mieszcząc się w normie. Podsumowując, duża zawartość wyższych harmonicznych powoduje odkształcenia prądu( co za tym idzie zmniejszenie jakości energii elektrycznej) i zmniejszenie współczynnika mocy dla urządzenia. Pomimo, że wartości THD dla prądu przyjmowały duże wartości to współczynnik ten dla napięcia ciągle był bardzo niski. Oznacza, to że odkształcenie prądu nie ma większego wpływu na przebieg napięcia. Wszystkie pomiary były zgodne z wymaganiami normy PN-EN 61000-3-2 dla wartości prądu.

4.3. Damian Drążewski:

Analizując powyższe wykresy i urządzenia biorące udział w badaniu, podzielić je możemy na odbiorniki liniowe i nieliniowe. Pierwsze dwa urządzenia są odbiornikami o charakterze czysto rezystancyjnym tzn. ich charakterystyka prądu i napięcia ma kształt liniowy. Dlatego występuje tutaj tylko pierwsza harmoniczna, która jest sygnałem o częstotliwości równej częstotliwości analizowanego sygnału okresowego. Niestety odbiorniki takie nie są do końca pozbawione odkształceń przebiegów prądu i napięcia, ponieważ, gdy w sieci pracuje choć jeden odbiornik nieliniowy, wpływa on na pracę całej reszty odbiorników w sieci. Jednakże współczynnik THD dla prądu i napięcia w naszym przypadku nie przekroczył 2,3 %. Kolejne pięć urządzeń to odbiorniki nieliniowe, składające się z dużej ilości elektroniki. To właśnie jej wpływ negatywnie wpływa na jakość energii elektrycznej, wysyłając do sieci wyższe harmoniczne. Najwięcej nieparzystych harmonicznych zawiera monitor, bo aż do 31. Najmniej zaś ściemniacz. Ogólnie rzecz biorąc współczynnik THD dla prądu jest dużo większy z obliczeń, aniżeli z pomiarów. Największą wartość uzyskano dla monitora, gdzie wyniosła ona, aż 172,03%. Odkształcenie przebiegu napięcia dla powyższych urządzeń jest stosunkowo niskie i nie przekroczyło 1,6 %. Decydujący wspływ na zawartość harmonicznych ma współczynnik mocy PF oraz charakter odbiornika.

4.4. Bartosz Błaszczyk:

W powyższym ćwiczeniu za pomocą miernika FLUKE 41b zbadaliśmy zawartości harmonicznych napięcia i prądu dla urządzeń m.in. lampy z żarówką 60 [W], UPS, monitor, komputer, czajnik elektryczny, multimetr HP oraz ściemniacz. W umieszczonych powyżej charakterystykach zauważamy iż nieparzyste harmoniczne mają znaczący udział dla przebiegów prądu, w przeciwieństwie do parzystych, których udział jest znikomy (wpływ na przebieg prądu jest niemalże niedostrzegalny).Stuprocentowy udział pierwszej harmonicznej dostrzegamy w pomiarach dla napięcia. Reszta harmonicznych ma minimalny wpływ na przebieg napięcia. Analizując wyniki współczynnika THD, widzimy iż jest on większy dla prądu niż dla napięcia. Wartość współczynnika THD dla prądu z pomiarów jest mniejszy niż ten z obliczeń. Poza tym dla napięcia jest mniejszy aniżeli maksymalny wymagany w normie. Dla lampki z żarówką 60 [W] występowała tylko podstawowa harmoniczna prądu jak i napięcia. Pomierzone za pomocą miernika wartość THD dla napięcia mieściła się w normie. Ponieważ dla tego urządzenia występowała tylko pierwsza harmoniczna równa 100%. Współczynnik mocy wyniósł 1. W UPS’ie duży wpływ miały nieparzyste wyższe harmoniczne prądu. Największą wartość miała 3 harmoniczna, lecz wszystkie wartości mieściły się w normie. Współczynnik THD dla prądu zgadzał się ze współczynnikiem obliczonym. Współczynnik THD dla napięcia mieścił się w wartości dopuszczalnej z normy. Współczynnik mocy wyniósł 0,96.Dla multimetru HP występowały wyższe harmoniczne, ale większy wpływ miały te nieparzyste. Wszystkie wartości mieściły się w normie. Współczynnik mocy wyniósł 0,84, co świadczy o tym, że w przebiegu jest już znaczna zawartość harmonicznych. Współczynnik THD dla napięcia mieścił się w normie, natomiast dla prądu wartość zmierzona była mniejsza od wartości z pomiarów. Monitor zawiera największą liczbę wyższych harmonicznych, z czego znaczące są te nieparzyste. Współczynnik mocy wyniósł jedynie 0,45, co świadczy o dużej zawartości harmonicznych w prądzie. Tak jak wcześniej największą wartość osiąga 3 harmoniczna, jest najbardziej znacząca. Współczynnik THD napięcia wynosi 1,4 i także mieści się w normie. Komputer był zasilany impulsowo, co mogło spowodować duży udział nieparzystych harmonicznych w przebiegu prądu(znaczne odkształcenie przebiegu prądu odbiornika).Dla ściemniacza największy wpływ na przebieg napięcia miały harmoniczne nieparzyste, zwłaszcza 3. Zmierzony współczynnik mocy był równy 0,62. THD dla prądu pokrywa się z obliczeniami. THD dla napięcia tak samo jak dla każdego urządzenia miało mniejszą wartość niż ten sam współczynnik dla prądu i wyniosło 1,5%, tym samym mieszcząc się w normie. Wszystkie pomiary spełniają wymagania stawiane przez polskie normy PN-EN 50160 oraz PN-EN 61000.