Wpływ jednofazowego prostownika diodowego na jakość energii elektrycznej

Jednofazowy prostownik diodowy ma bardzo charakterystyczny kształt prądu. Jest on potocznie nazywany szpilką prądową. Charakteryzuje go bardzo wysoki współczynnik szczytu, czyli stosunek wartości szczytowej prądu do jego wartości skutecznej, który jest bardzo niekorzystny.

Wpływ jednofazowego prostownika diodowego na jakość energii elektrycznej

Jednofazowy prostownik diodowy ma bardzo charakterystyczny kształt prądu. Jest on potocznie nazywany szpilką prądową. Charakteryzuje go bardzo wysoki współczynnik szczytu, czyli stosunek wartości szczytowej prądu do jego wartości skutecznej, który jest bardzo niekorzystny.

Wysoki współczynnik szczytu powoduje bardzo charakterystyczne odkształcenie krzywej napięcia. Co ciekawe odkształcenie to ma bardzo negatywny wpływ szczególnie na takie właśnie prostowniki. Zmniejszenie się szczytowej wartości napięcia sieci zauważalne na rysunku 1 powoduje, że napięcie wyprostowane przez prostownik jednofazowy jest dużo niższe, ponieważ zależy nie od wartości skutecznej, a właśnie od wartości maksymalnej. Jeśli dochodzi do widocznego na przebiegach obniżenia się wartości szczytowej napięcia sieci to proporcjonalnie będzie też niższe napięcie wyprostowane. W skrajnym przypadku okazać się może, że pomimo faktu, że skuteczne napięcie sieci nie spadło poniżej dopuszczalnych normami jakości energii elektrycznej 90% wartości nominalnej, to napięcie wyprostowane będzie niewystarczające do prawidłowego działania odbiornika energii elektrycznej.

Rys. 1. Idealne napięcie sieci (Usieci), napięcie odszkatłcone prostownikami jednofazowymi (UProstownika), prąd prostownika (Iac)

Obniżanie się wartości szczytowej napięcia nie jest jedynym problemem. Przepływ odkształconego prądu z tych prostowników powoduje nie tylko silne odkształcenia napięcia sieci (jeśli łączna moc prostowników jest znaczącą w porównaniu z mocą zwarciową sieci), ale także prąd taki wywołuje dodatkowe straty energii w elementach sieci. Mowa tu szczególnie o transformatorach energetycznych, ale także prąd ten ma wpływ negatywny na linie napowietrzne i kable. Prostowniki te są jednym z powodów, przez które zaczęto odchodzić od sieci typu TN-C i wprowadzono sieć TN-S.

Prądy udarowe takich prostowników są ograniczone, ale niestety niektóre wersje ograniczników są bardzo wrażliwe na wielokrotne pojawianie się i zanikanie napięcia. Czasem wrażliwość ta objawia się wzrostem wartości prądu rozruchowego, dla któregoś z rzędu ponownego załączenia napięcia, a czasem nawet może dość do uszkodzenia prostownika. Warto jest więc dobierać urządzenia kierując się także innymi kryteriami niż cena. Może pozwolić to na uniknięcie problematycznych zapadów napięcia, lub nawet uszkodzeń urządzeń.

Autor: dr inż. Łukasz Rosłaniec, absolwent studiów magisterskich i doktoranckich na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej, specjalista w zakresie układów zasilania rezerwowego, a także energoelektroniki