V současnosti se ve všech oblastech techniky stále více využívá k napájení elektrických a elektronických zařízení polovodičových měničů. Důvody k tomuto trendu jsou především ekonomické. Pro dané parametry – napětí, proud, výkon, frekvenci jsou polovodičové měniče menší, mají menší hmotnost a lepší dynamiku (rychlejší reakce výstupu na změnu vstupu), větší účinnost, vykazují menší hladinu hluku.

Neméně důležitým faktem je, že se výroba jednoho plošného spoje stala technologicky jednodušší než výroba klasického transformátoru. Díky všem těmto výhodám jsou v současné době tyto zdroje masově implementovány téměř do všech nově vyráběných elektronických zařízení. Každá mince má ale dvě strany a je nutno tedy zkoumat i dopad tohoto trendu. Negativní vlastnosti polovodičových zdrojů se projevují především na rozvodné síti a tím mohou následně ovlivňovat i jiná, proti EMS rušení méně odolná, elektronická zařízení. Negativní účinky těchto měničů se projevují následujícími způsoby.

• a) deformace průběhu napětí sítě
• b) vznik vyšších harmonických proudů, uzavírajících se sítí a připojenými spotřebiči
• c) zhoršení účiníku sítě
• d) vznik vysokofrekvenčních rušivých signálů.

Tento výčet platí obecně pro všechny měniče. My pro vysvětlení základních detailů využijeme vlastností jednofázového řízeného můstku.

Obr. 1- Jednofázový řízený můstek

1. Jednofázový řízený můstek

V případě, že můstek na obrázku 1 je neřízen (úhel sepnutí ?=0) můžeme nahradit tyristory diodami a dostáváme se k běžnému můstkovému usměrňovači. V tomto případě k žádným anomáliím v průběhu odebíraného proudu nedochází. Efektivní hodnota napětí na výstupu takového usměrňovače je dána vztahem

Nyní uvažujme úhel sepnutí ??0 a odporovou zátěž můstku. Na obrázku 2 vidíme průběhy napětí na výstupu můstku a proudu odebíraném ze sítě. V tomto případě již se sítě odebíráme výrazně nesinusový proud. Zajímavější situace nastane v případě, že můstek zatížíme sériovou kombinací ideálního odporu a ideální cívky. Situaci pozorujme taktéž na obrázku 2. Při sepnutí tyristorů 1 a 2 sleduje výstupní napětí tvar sinusovky. V místě průchodu nulo se ovšem tyristory neuzavřou, neboť cívka se začíná chovat jako zdroj napětí. K jejich uzavření dochází až s otevřením tyristorů 3 a 4. Vzhledem k tomu, že v tomto případě je napětí na cívce definováno jako:

Jelikož střídavá složka napětí ud má konečnou amplitudu, je i napětí na cívce konečné. Při předpokladu ideální cívky L?? se derivace di/dt musí blížit nule a tedy proud bude dokonale vyhlazený.

Obr. 2 – Průběhy výstupního napětí a výstupního a vstupního proudu jednofázového řízeného můstku s odporovou zátěží a) ?=0°; b) ?=30°

2. Deformace síťového napětí

Na obrázku 3 je zakresleno maximálně zjednodušené schéma části rozvodné soustavy. Generátor v elektrárně vyrábí elektrickou energii, která je distribuována sítí s odporem RV a indukčností LV ke spotřebiteli, kde je připojen polovodičový měnič PM odebírající proud iPM. Další spotřebiče odebírají proud iS. Vlivem indukčnosti vedení se tento problém poněkud liší od výše nastíněného. Proud odebíraný měničem PM se nemůže v okamžiku komutace měnit mezi hodnotami skokově +ID a -ID jako v předchozím případě ale mění se podle křivky sinusového průběhu, který lze ve většině případů aproximovat úsečkou. Působením tohoto proudu vzniká na vedení úbytek uLRV.

Činný úbytek uRV je nesrovnatelně menší než úbytek jalový uLV a může být ve většině případů zanedbán. Díky výše uvedeným okolnostem dochází k deformaci napětí uS na svorkách ostatních přístrojů.

Tato deformace již může výrazně ovlivnit chod některých přístrojů, či strojů. Situace se o to víc komplikuje tím, že na rozvodnou síť je připojeno velké množství podobných měničů a každý z nich bude mít jiný úhel sepnutí. Vzhledem k tomu, že průběhy napětí i proudů jsou periodické s frekvencí 50Hz, získáme po provedení Fourierovy transformace sadu lichých harmonických násobků. Pro odstranění těchto harmonických tedy lze použít sadu paralelně řazených LC členů z nichž bude mít každý rezonanční frekvencí naladěnou na jednu z lichých harmonických (tedy 150Hz, 250Hz, 350Hz,…).

Obr. 4 – Zjednodušené schéma části energetické soustavy

3. Závěr

Výše popsané jevy lze v současnosti měřit velkým množstvím způsobů. Prvotní možností při zůstává osciloskopické měření. Standardem dnešních osciloskopů již je fourierova analýza. Lze tedy využít běžných digitálních osciloskopů. Daleko elegantnější se v současnosti stává použití Scopemetrů – multimetrů s maticovým displejem a schopností zobrazovat měřený průběh. V této oblasti vyniká především firma Fluke. V případě, že se jedná o měření ve třífázových soustavách, je zde na místě použití analyzátorů sítě. V této oblasti opět dominuje firma Fluke, dále Chauvin Arnoux a Prova.

Analyzátory jsou k dispozici ale i v jednofázovém provedení. Jestliže technika nezajímá skutěčný časový průběh signálu, stává se nejjednodušším a nejlevnějším řešením použití TRMS multimetrů které měří efektivní hodnotu signálu v daném frekvenčním pásmu bez ohledu na tvar průběhu. Všechny tyto přístroje na český trh dodává firma MICRONIX, spol. s r.o. V případě zájmu čtenáře o bližší informace je možné tuto firmu kontaktovat pomocí emailu Tato emailová adresa je chráněna před spamboty, abyste ji viděli, povolte JavaScript , případně pomocí dalších kontaktů uvedených na webových stránkách firmy www.micronix.cz. Vyškolení pracovníci divize měřicí techniky s radostí pomohou s řešením všech technických problémů zákazníka, bude-li to v jejich silách.