„Nieliniowość oznacza, że ​​jest trudna do rozwiązania” – powiedział kiedyś Arthur Mattuck, matematyk z Massachusetts Institute of Technology (MIT).Należy jednak zająć się tym problemem, gdy nieliniowość jest stosowana do obciążeń elektrycznych, ponieważ generuje prądy harmoniczne i negatywnie wpływa na dystrybucję mocy – a jest kosztowna.Tutaj Marek Łukaszczyk, dyrektor ds. marketingu na Europę i Bliski Wschód w firmie WEG, globalnego producenta i dostawcy technologii silników i napędów, wyjaśnia, jak łagodzić harmoniczne w zastosowaniach z falownikami.
Świetlówki, zasilacze impulsowe, elektryczne piece łukowe, prostowniki i przetwornice częstotliwości.Wszystkie są przykładami urządzeń z obciążeniami nieliniowymi, co oznacza, że ​​urządzenie pochłania napięcie i prąd w postaci nagłych, krótkich impulsów.Różnią się od urządzeń o obciążeniach liniowych, takich jak silniki, grzejniki, transformatory pod napięciem i żarówki.W przypadku obciążeń liniowych zależność między przebiegami napięcia i prądu jest sinusoidalna, a prąd w dowolnym momencie jest proporcjonalny do napięcia wyrażonego prawem Ohma.
Jednym z problemów związanych ze wszystkimi obciążeniami nieliniowymi jest to, że generują one prądy harmoniczne.Harmoniczne to składowe częstotliwości, które są zwykle wyższe niż częstotliwość podstawowa źródła zasilania, między 50 a 60 herców (Hz) i są dodawane do prądu podstawowego.Te dodatkowe prądy spowodują zniekształcenie przebiegu napięcia systemu i zmniejszą jego współczynnik mocy.
Prądy harmoniczne płynące w instalacji elektrycznej mogą powodować inne niepożądane efekty, takie jak zniekształcenia napięcia w punktach styku z innymi odbiornikami oraz przegrzewanie się kabli.W takich przypadkach pomiar całkowitych zniekształceń harmonicznych (THD) może nam powiedzieć, jaka część zniekształceń napięcia lub prądu jest spowodowana przez harmoniczne.
W tym artykule przyjrzymy się sposobom redukcji harmonicznych w aplikacjach inwerterowych w oparciu o zalecenia branżowe dotyczące prawidłowego monitorowania i interpretacji zjawisk powodujących problemy z jakością energii.
W Wielkiej Brytanii stosuje się Zalecenie Inżynieryjne (EREC) G5 Stowarzyszenia Sieci Energetycznych (ENA) jako dobrą praktykę zarządzania odkształceniami harmonicznymi napięcia w systemach przesyłowych i sieciach dystrybucyjnych.W Unii Europejskiej zalecenia te są zwykle zawarte w dyrektywach dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), które obejmują różne normy Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC), takie jak IEC 60050. IEEE 519 jest zazwyczaj normą północnoamerykańską, ale warto zauważyć, że IEEE 519 koncentruje się na systemach dystrybucji, a nie na poszczególnych urządzeniach.
Po określeniu poziomów harmonicznych za pomocą symulacji lub pomiarów istnieje wiele sposobów na ich zminimalizowanie, aby utrzymać je w akceptowalnych granicach.Ale jaka jest dopuszczalna granica?
Ponieważ wyeliminowanie wszystkich harmonicznych nie jest ekonomicznie wykonalne lub niemożliwe, istnieją dwie międzynarodowe normy EMC, które ograniczają odkształcenia napięcia zasilania poprzez określenie maksymalnej wartości prądu harmonicznych.Są to norma IEC 61000-3-2, odpowiednia dla urządzeń o prądzie znamionowym do 16 A (A) i ≤ 75 A na fazę, oraz norma IEC 61000-3-12, odpowiednia dla urządzeń powyżej 16 A.
Ograniczenie harmonicznych napięcia powinno polegać na utrzymaniu THD (V) punktu wspólnego sprzężenia (PCC) na poziomie ≤ 5%.PCC to punkt, w którym przewody elektryczne systemu dystrybucji energii są podłączone do przewodów klienta i wszelkiej transmisji energii między klientem a systemem dystrybucji energii.
Zalecenie ≤ 5% było jedynym wymogiem w wielu zastosowaniach.Dlatego w wielu przypadkach samo użycie falownika z prostownikiem 6-pulsowym i reaktancją wejściową lub cewką indukcyjną prądu stałego (DC) wystarczy, aby spełnić zalecenia dotyczące maksymalnego zniekształcenia napięcia.Oczywiście w porównaniu z falownikiem 6-impulsowym bez cewki indukcyjnej w łączu, użycie falownika z cewką indukcyjną DC (takich jak CFW11, CFW700 i CFW500 firmy WEG) może znacznie zredukować promieniowanie harmoniczne.
W przeciwnym razie istnieje kilka innych opcji redukcji harmonicznych systemu w zastosowaniach inwerterowych, które przedstawimy tutaj.
Jednym ze sposobów redukcji harmonicznych jest zastosowanie falownika z prostownikiem 12-pulsowym.Jednak ta metoda jest zwykle stosowana tylko wtedy, gdy transformator jest już zainstalowany;dla wielu falowników podłączonych do tego samego obwodu DC;lub jeśli nowa instalacja wymaga transformatora dedykowanego do falownika.Ponadto rozwiązanie to jest odpowiednie dla mocy zwykle większej niż 500 kilowatów (kW).
Inną metodą jest użycie 6-pulsowego falownika prądu czynnego (AC) z pasywnym filtrem na wejściu.Ta metoda może koordynować różne poziomy napięcia — napięcia harmoniczne między średnim (MV), wysokim napięciem (HV) i bardzo wysokim napięciem (EHV) — oraz zapewnia kompatybilność i eliminuje niekorzystny wpływ na wrażliwy sprzęt klienta.Chociaż jest to tradycyjne rozwiązanie zmniejszające harmoniczne, zwiększy straty ciepła i zmniejszy współczynnik mocy.
To prowadzi nas do bardziej opłacalnego sposobu redukcji harmonicznych: użyj falownika z 18-pulsowym prostownikiem, a zwłaszcza napędu DC-AC zasilanego przez obwód DC przez 18-pulsowy prostownik i transformator z przesunięciem fazowym.Prostownik impulsowy jest takim samym rozwiązaniem, niezależnie od tego, czy jest 12-pulsowy, czy 18-pulsowy.Chociaż jest to tradycyjne rozwiązanie do redukcji harmonicznych, ze względu na wysoki koszt jest zwykle stosowane tylko wtedy, gdy zainstalowano transformator lub gdy do nowej instalacji wymagany jest specjalny transformator do falownika.Moc jest zwykle większa niż 500 kW.
Niektóre metody tłumienia harmonicznych zwiększają straty ciepła i zmniejszają współczynnik mocy, podczas gdy inne metody mogą poprawić wydajność systemu.Dobrym rozwiązaniem, które rekomendujemy, jest zastosowanie filtrów aktywnych WEG przy 6-pulsowych napędach AC.Jest to doskonałe rozwiązanie do eliminacji harmonicznych generowanych przez różne urządzenia
Wreszcie, gdy energia może być regenerowana do sieci lub gdy wiele silników jest napędzanych jednym łączem prądu stałego, atrakcyjne jest inne rozwiązanie.Oznacza to, że używany jest aktywny napęd regeneracyjny z przodu (AFE) i filtr LCL.W takim przypadku sterownik ma aktywny prostownik na wejściu i mieści się w zalecanych granicach.
W przypadku falowników bez obwodu DC, takich jak falowniki CFW500, CFW300, CFW100 i MW500 firmy WEG, kluczem do redukcji harmonicznych jest reaktancja sieci.To nie tylko rozwiązuje problem harmonicznych, ale także rozwiązuje problem magazynowania energii w części biernej falownika i stania się nieefektywnym.Za pomocą reaktancji sieciowej można wykorzystać jednofazowy falownik wysokiej częstotliwości obciążony przez sieć rezonansową do realizacji kontrolowanej reaktancji.Zaletą tej metody jest to, że energia zmagazynowana w elemencie reaktancyjnym jest mniejsza, a zniekształcenia harmoniczne mniejsze.
Istnieją inne praktyczne sposoby radzenia sobie z harmonicznymi.Jednym z nich jest zwiększenie liczby obciążeń liniowych w stosunku do obciążeń nieliniowych.Inną metodą jest rozdzielenie układów zasilania dla obciążeń liniowych i nieliniowych tak, aby istniały różne limity THD napięcia między 5% a 10%.Metoda ta jest zgodna z wyżej wymienionymi zaleceniami inżynierskimi (EREC) G5 i EREC G97, które są stosowane do oceny odkształceń harmonicznych napięcia nieliniowych i rezonansowych instalacji i urządzeń.
Inną metodą jest użycie prostownika z większą liczbą impulsów i wprowadzenie go do transformatora z wieloma stopniami wtórnymi.Transformatory wielouzwojeniowe z wieloma uzwojeniami pierwotnymi lub wtórnymi można łączyć ze sobą w specjalnej konfiguracji, aby zapewnić wymagany poziom napięcia wyjściowego lub napędzać wiele obciążeń na wyjściu, zapewniając w ten sposób więcej opcji dystrybucji energii i elastyczności systemu.
Wreszcie, wspomniana powyżej praca napędu regeneracyjnego AFE.Podstawowe napędy prądu przemiennego nie są odnawialne, co oznacza, że ​​nie mogą zwrócić energii do źródła zasilania – to szczególnie mało, ponieważ w niektórych zastosowaniach odzyskiwanie zwracanej energii jest szczególnym wymogiem.Jeśli energia regeneracyjna musi zostać zwrócona do źródła prądu przemiennego, jest to rola napędu regeneracyjnego.Proste prostowniki zastępowane są falownikami AFE i można w ten sposób odzyskiwać energię.
Metody te zapewniają różnorodne możliwości zwalczania harmonicznych i są odpowiednie dla różnych typów systemów dystrybucji energii.Ale mogą również znacznie oszczędzać energię i koszty w różnych zastosowaniach i są zgodne z międzynarodowymi normami.Te przykłady pokazują, że tak długo, jak stosowana jest właściwa technologia inwerterowa, problem nieliniowości nie będzie trudny do rozwiązania.
For more information, please contact: WEG (UK) LtdBroad Ground RoadLakesideRedditch WorcestershireB98 8YPT Tel: +44 (0)1527 513800 Email: info-uk@weg.net Website: https://www.weg.net
Przetwarzanie i kontrola Today nie ponosi odpowiedzialności za treść przesłanych lub wyprodukowanych zewnętrznie artykułów i obrazów.Kliknij tutaj, aby wysłać do nas wiadomość e-mail z informacją o wszelkich błędach lub pominięciach zawartych w tym artykule.