Power Quality Measurement

Vroeger was het bij grote wisselstroomsystemen dat "stroomkwaliteit" een ongehoord concept was, afgezien van de arbeidsfactor.

Bijna alle belastingen waren van de "lineaire" variëteit, wat betekent dat ze de vorm van de spanningssinusgolf niet vervormden of niet-sinusvormige stromen in het circuit veroorzaakten. Dit is niet meer waar.

Belastingen die worden bestuurd door "niet-lineaire" elektronische componenten komen steeds vaker voor in zowel huis als industrie, wat betekent dat de spanningen en stromen in het (de) voedingssysteem(en) die deze belastingen voeden rijk zijn aan harmonischen:wat zou mooi moeten zijn, schone sinusgolfspanningen en stromen worden sterk vervormd, wat overeenkomt met de aanwezigheid van een oneindige reeks hoogfrequente sinusgolven op veelvouden van de fundamentele hoogfrequente lijnfrequentie.

Effecten van overmatige harmonischen

Overmatige harmonischen in een wisselstroomsysteem kunnen transformatoren oververhitten, buitengewoon hoge nulleiderstromen veroorzaken in driefasige systemen, elektromagnetische "ruis" creëren in de vorm van radio-emissies die kunnen interfereren met gevoelige elektronische apparatuur, het uitgangsvermogen van elektrische motoren verminderen en moeilijk te lokaliseren zijn.

Met problemen zoals deze kwellende energiesystemen, hebben ingenieurs en technici manieren nodig om deze omstandigheden nauwkeurig te detecteren en te meten.

Voedingskwaliteit

Power Quality is de algemene term die wordt gebruikt om de vrijheid van een wisselstroomsysteem van harmonische inhoud aan te geven. Een "power quality"-meter is er een die een vorm van harmonische inhoudsindicatie geeft.

Power Quality meten

Een eenvoudige manier voor een technicus om de stroomkwaliteit in zijn systeem te bepalen zonder geavanceerde apparatuur, is door de spanningsmetingen te vergelijken tussen twee nauwkeurige voltmeters die dezelfde systeemspanning meten:één meter is een "middeling" type eenheid (zoals een elektromechanische bewegingsmeter) en de andere is een "true-RMS" type eenheid (zoals een digitale meter van hoge kwaliteit).

Onthoud dat meters van het type "middeling" zo zijn gekalibreerd dat hun schalen de volt RMS aangeven, gebaseerd op de veronderstelling dat de gemeten wisselspanning sinusvormig is . Als de spanning allesbehalve sinusvormig is, zal de middelingsmeter niet registreert de juiste waarde, terwijl de true-RMS-meter dat altijd doet, ongeacht de golfvorm.

De vuistregel is hier:hoe groter het verschil tussen de twee meters, hoe slechter de stroomkwaliteit en hoe groter het harmonische gehalte.

Een voedingssysteem met stroom van goede kwaliteit moet gelijke spanningswaarden tussen de twee meters genereren, binnen de nominale fouttolerantie van de twee instrumenten.

Een andere kwalitatieve meting van de netkwaliteit is de oscilloscooptest:sluit een oscilloscoop (CRT) aan op de wisselspanning en observeer de vorm van de golf. Alles behalve een zuivere sinusgolf kan een aanwijzing zijn voor problemen:

Dit is een redelijk lelijke sinusgolf. Duidelijke harmonische inhoud hier!

Maar als kwantitatieve analyse (definitieve, numerieke cijfers) nodig is, is er geen vervanging voor een instrument dat speciaal voor dat doel is ontworpen.

Zo'n instrument heet een power quality meter en is in elektronische kringen soms beter bekend als een laagfrequent spectrumanalysator . Wat dit instrument doet, is een grafische weergave op een CRT of digitaal weergavescherm van het frequentie-"spectrum" van de wisselspanning.

Net zoals een prisma een bundel wit licht splitst in zijn samenstellende kleurcomponenten (hoeveel rood, oranje, geel, groen en blauw er in dat licht zit), splitst de spectrumanalysator een signaal met gemengde frequenties in de samenstellende frequenties en geeft het weer het resultaat in de vorm van een histogram:(figuur hieronder)

De voedingskwaliteitsmeter is een laagfrequente spectrumanalysator.

Elk nummer op de horizontale schaal van deze meter vertegenwoordigt een harmonische van de grondfrequentie. Voor Amerikaanse stroomsystemen staat de "1" voor 60 Hz (de 1e harmonische of fundamentele ), de “3” voor 180 Hz (de 3e harmonische), de “5” voor 300 Hz (de 5e harmonische), enzovoort.

De zwarte rechthoeken vertegenwoordigen de relatieve grootheden van elk van deze harmonische componenten in de gemeten wisselspanning.

Een zuivere sinusgolf van 60 Hz zou alleen een hoge zwarte balk boven de "1" laten zien en er zouden helemaal geen zwarte balken te zien zijn boven de andere frequentiemarkeringen op de schaal, omdat een zuivere sinusgolf geen harmonische inhoud heeft.

Netvoedingskwaliteitsmeters zoals deze kunnen beter worden aangeduid als boventoon meter omdat ze zijn ontworpen om alleen die frequenties weer te geven waarvan bekend is dat ze door het elektriciteitssysteem worden gegenereerd.

In driefasige wisselstroomsystemen (overheersend voor toepassingen met groot vermogen), worden even harmonischen vaak tenietgedaan, en dus zijn alleen harmonischen in de significante maat de oneven genummerde harmonischen.