Moc odkształcenia

Moc odkształcenia (moc dystorsji) – rodzaj mocy biernej w sieciach prądu przemiennego powstającej w obwodach w wyniku działania w niej nieliniowych elementów wywołujących niesinusoidalny przebieg natężenia prądu i napięcia elektrycznego. Pojęcie mocy odkształcenia wprowadzane jest do oceny układu elektrycznego w przypadku gdy chwilowe wartości napięcia i prądu na zaciskach wejściowych układu nie spełniają prawa Ohma.

Przyczyną powstawania prądu niesinusoidalnego, a tym samym i mocy biernej odkształcenia, są nieliniowe układy elektryczne, takie jak prostowniki w zasilaczach, falowniki czy elementy magnetyczne wykazujące zjawiska nasycenia magnetycznego. Zniekształcony przebieg można przedstawić jako sumę oscylacji podstawowych i harmonicznych. Te harmoniczne prądu w połączeniu z sinusoidalnym napięciem sieciowym dają udział w całkowitej mocy biernej.

Odbiorniki nieliniowe energii elektrycznej w sieci energetycznej pobierały dawniej marginalną moc, w XXI w. stały się największą grupą odbiorników.

Moc odkształcenia dla układu zasilanego napięciem sinusoidalnym została zdefiniowana przez Budeanu w 1927 r. jako:

$D={\sqrt {S^{2}-P^{2}-Q^{2}}},$

gdzie:

• $S$ – moc pozorna,
• $P$ – moc czynna,
• $Q$ – moc bierna pierwszej harmonicznej.

Powyższą definicję mocy odkształcenia autor tłumaczył istnieniem odkształceń w przebiegach prądu i napięcia. Po 1927 r. opublikowano wiele teorii mocy elektrycznej, wprowadzają one różne rodzaje mocy (np. biernej, rozproszonej, rozrzutu) często nie podając ich interpretacji fizycznej. Przyjęto, że najbardziej wiarygodne są bezpośrednie metody pomiarowe z analizą napięć i prądów harmonicznych.

Moc odkształcenia nie jest mierzona i jest błędnie w rozliczana. Niesinusoidalne napięcia i prądy mogą powodować różnice między rzeczywistą mocą a przepływającą do kilku procent.

Analiza harmoniczna

Przebieg natężenia prądu wyrażony szeregiem można przedstawić:

${\begin{aligned}y&={\frac {C_{0}}{2}}+C_{1}\cos \omega t+C_{2}\cos 2\omega t...\\&+S_{1}\sin \omega t+S_{2}\sin 2\omega t\end{aligned}}$

lub

$y={\frac {C_{0}}{2}}+A_{1}\sin(\omega t+\varphi _{1})+A_{2}\sin(2\omega t+\varphi _{2}).$

Składowe harmoniczne dla różnych odbiorników

W poniższej tabeli wymieniono odbiorniki i ich rozkład harmonicznych bez filtrowania przy zasilaniu sinusoidalnym napięciem przemiennym. Prądy harmoniczne są określone w odniesieniu do podstawowych drgań prądu. Generalnie obowiązuje następująca zasada: Im wyższa zawartość harmonicznych w prądzie, tym wyższa moc bierna zniekształceń danych odbiorników

Przyczyna prądów harmonicznych i mocy biernej odkształceń

Przyczyna	Wykres	Przykładowe odbiorniki	In/I1 w %
			n=2	n=3	n=4	n=5	n=7
Źródło liniowe. Brak harmonicznych		grzałka, żarówka	0	0	0	0	0
Nasycenie magnetyczne		transformator, silnik z niewymiarowym rdzeniem	0	25…55	0	8…30	2…10
Wyładowanie jarzeniowe		świetlówka	1…2	8…20	0	2…3	1…2
Prostownik półfalowy z obciążeniem rezystancyjnym bez kondensatora		Zmniejszenie o połowę mocy urządzeń termicznych, np. suszarki do włosów	42	0	8	0	0
Prostownik półfalowy z obciążeniem rezystancyjnym i kondensatorem wygładzającym		Zasilacze bardzo małej mocy	70…90	40…60	30…50	25…50	12…25
Prostownik pełnookresowy z obciążeniem rezystancyjnym i kondensatorem wygładzającym		Zasilacze komputerów, telewizorów, sprzętu elektronicznego	0	65…80	0	50…70	25…35

Bibliografia

• Strzelecki R., Supronowicz H.: Współczynnik mocy w systemach zasilania prądu przemiennego i metody jego poprawy, OWPW, Warszawa 2000, ISBN 83-7207-106-3.