"Nelinearnost pomeni, da jo je težko rešiti," je nekoč dejal Arthur Mattuck, matematik na Tehnološkem inštitutu Massachusetts (MIT).Toda to je treba obravnavati, ko se nelinearnost uporablja za električne obremenitve, ker ustvarja harmonične tokove in negativno vpliva na distribucijo moči – in je drago.Tukaj Marek Lukaszczyk, vodja trženja za Evropo in Bližnji vzhod podjetja WEG, svetovnega proizvajalca in dobavitelja tehnologije motorjev in pogonov, razlaga, kako ublažiti harmonike v aplikacijah pretvornikov.
Fluorescentne sijalke, stikalni napajalniki, elektroobločne peči, usmerniki in frekvenčni pretvorniki.Vse to so primeri naprav z nelinearnimi obremenitvami, kar pomeni, da naprava absorbira napetost in tok v obliki nenadnih kratkih impulzov.Razlikujejo se od naprav, ki imajo linearne obremenitve, kot so motorji, grelniki prostorov, transformatorji pod napetostjo in žarnice z žarilno nitko.Pri linearnih obremenitvah je razmerje med valovno obliko napetosti in toka sinusno, tok pa je kadar koli sorazmeren z napetostjo, izraženo z Ohmovim zakonom.
Ena od težav z vsemi nelinearnimi obremenitvami je, da ustvarjajo harmonične tokove.Harmoniki so frekvenčne komponente, ki so običajno višje od osnovne frekvence napajanja, med 50 ali 60 Hertz (Hz), in se dodajo osnovnemu toku.Ti dodatni tokovi bodo povzročili popačenje valovne oblike sistemske napetosti in zmanjšali njegov faktor moči.
Harmonični tokovi, ki tečejo v električnem sistemu, lahko povzročijo druge neželene učinke, kot je popačenje napetosti na povezovalnih točkah z drugimi obremenitvami in pregrevanje kablov.V teh primerih nam lahko meritev celotnega harmoničnega popačenja (THD) pove, koliko popačenja napetosti ali toka povzročajo harmoniki.
V tem članku bomo preučili, kako zmanjšati harmonike v inverterskih aplikacijah na podlagi industrijskih priporočil za pravilno spremljanje in razlago pojavov, ki povzročajo težave s kakovostjo energije.
Združeno kraljestvo uporablja inženirsko priporočilo (EREC) G5 Združenja za energetska omrežja (ENA) kot dobro prakso za obvladovanje harmoničnega popačenja napetosti v prenosnih sistemih in distribucijskih omrežjih.V Evropski uniji so ta priporočila običajno vsebovana v direktivah o elektromagnetni združljivosti (EMC), ki vključujejo različne standarde Mednarodne elektrotehnične komisije (IEC), kot je IEC 60050. IEEE 519 je običajno severnoameriški standard, vendar velja omeniti, da IEEE 519 se osredotoča na distribucijske sisteme in ne na posamezne naprave.
Ko so harmonične ravni določene s simulacijo ali meritvijo, obstaja veliko načinov za njihovo zmanjšanje, da ostanejo v sprejemljivih mejah.Toda kakšna je sprejemljiva meja?
Ker ni ekonomsko izvedljivo ali nemogoče odpraviti vse harmonike, obstajata dva mednarodna standarda EMC, ki omejujeta popačenje napajalne napetosti z določitvijo največje vrednosti harmoničnega toka.To sta standard IEC 61000-3-2, primeren za opremo z nazivnim tokom do 16 A (A) in ≤ 75 A na fazo, in standard IEC 61000-3-12, primeren za opremo nad 16 A.
Omejitev napetostnih harmonikov mora biti ohranjanje THD (V) skupne točke sklopitve (PCC) pri ≤ 5 %.PCC je točka, kjer so električni vodniki sistema za distribucijo električne energije povezani z vodniki odjemalca in morebitnim prenosom moči med odjemalcem in sistemom za distribucijo električne energije.
Priporočilo ≤ 5 % je bilo uporabljeno kot edina zahteva za številne aplikacije.Zato v mnogih primerih zadostuje samo uporaba pretvornika s 6-impulznim usmernikom in vhodno reaktanco ali induktorjem enosmernega toka (DC), da se doseže največje priporočilo za popačenje napetosti.Seveda lahko v primerjavi s 6-impulznim pretvornikom brez induktorja v povezavi uporaba pretvornika z induktorjem vmesnega tokokroga (kot so CFW11, CFW700 in CFW500 podjetja WEG) znatno zmanjša harmonično sevanje.
Sicer obstaja več drugih možnosti za zmanjšanje sistemskih harmonikov v inverterskih aplikacijah, ki jih bomo predstavili tukaj.
Ena od rešitev za zmanjšanje harmonikov je uporaba pretvornika z 12-impulznim usmernikom.Vendar se ta metoda običajno uporablja le, če je transformator že nameščen;za več pretvornikov, priključenih na isti vmesni tok;ali če nova namestitev zahteva transformator, namenjen pretvorniku.Poleg tega je ta rešitev primerna za moč, ki je običajno večja od 500 kilovatov (kW).
Druga metoda je uporaba 6-pulznega pogonskega pretvornika z aktivnim tokom (AC) s pasivnim filtrom na vhodu.Ta metoda lahko usklajuje različne nivoje napetosti – harmonične napetosti med srednjo (MV), visoko napetostjo (HV) in izjemno visoko napetostjo (EHV) – ter podpira združljivost in odpravlja škodljive učinke na občutljivo opremo strank.Čeprav je to tradicionalna rešitev za zmanjšanje harmonikov, bo povečala toplotne izgube in zmanjšala faktor moči.
To nas pripelje do stroškovno učinkovitejšega načina za zmanjšanje harmonikov: uporabite pretvornik z 18-impulznim usmernikom ali zlasti pogon DC-AC, ki ga napaja enosmerni vmesni tok prek 18-impulznega usmernika in faznega transformatorja.Impulzni usmernik je enaka rešitev, ne glede na to, ali je 12- ali 18-pulzni.Čeprav je to tradicionalna rešitev za zmanjšanje harmonikov, se zaradi visokih stroškov običajno uporablja le, ko je bil nameščen transformator ali je za novo namestitev potreben poseben transformator za pretvornik.Moč je običajno večja od 500 kW.
Nekatere metode dušenja harmonikov povečajo izgubo toplote in zmanjšajo faktor moči, medtem ko lahko druge metode izboljšajo delovanje sistema.Dobra rešitev, ki jo priporočamo, je uporaba aktivnih filtrov WEG s 6-pulznimi AC pretvorniki.To je odlična rešitev za odpravo harmonikov, ki jih ustvarjajo različne naprave
Nazadnje, ko je moč regenerirati v omrežje ali ko več motorjev poganja en sam DC-veznik, je privlačna druga rešitev.To pomeni, da sta uporabljena aktivni sprednji del (AFE) regenerativni pogon in filter LCL.V tem primeru ima gonilnik aktiven usmernik na vhodu in ustreza priporočenim omejitvam.
Pri pretvornikih brez povezave z enosmernim tokom – kot so lastni pretvorniki WEG CFW500, CFW300, CFW100 in MW500 – je ključ do zmanjšanja harmonikov reaktanca omrežja.To ne rešuje le harmoničnega problema, ampak rešuje tudi problem energije, ki je shranjena v reaktivnem delu pretvornika in postane neučinkovita.S pomočjo omrežnega reaktanca se lahko visokofrekvenčni enofazni pretvornik, obremenjen z resonančnim omrežjem, uporabi za realizacijo nadzorovane reaktanse.Prednost te metode je, da je energija, shranjena v reaktančnem elementu, manjša, harmonično popačenje pa manjše.
Obstajajo tudi drugi praktični načini za obravnavo harmonikov.Ena je povečati število linearnih obremenitev glede na nelinearne obremenitve.Druga metoda je ločevanje napajalnih sistemov za linearne in nelinearne obremenitve, tako da obstajajo različne napetostne meje THD med 5% in 10%.Ta metoda je skladna z zgoraj omenjenimi inženirskimi priporočili (EREC) G5 in EREC G97, ki se uporablja za vrednotenje harmoničnega napetostnega popačenja nelinearnih in resonančnih naprav in opreme.
Druga metoda je, da uporabimo usmernik z večjim številom impulzov in ga napajamo v transformator z več sekundarnimi stopnjami.Transformatorje z več navitji z več primarnimi ali sekundarnimi navitji je mogoče povezati med seboj v posebno vrsto konfiguracije, da se zagotovi zahtevana raven izhodne napetosti ali za pogon več bremen na izhodu, s čimer se zagotovi več možnosti pri distribuciji moči in sistemu prilagodljivosti.
Nazadnje je tukaj zgoraj omenjeno delovanje regenerativnega pogona AFE.Osnovni AC pogoni niso obnovljivi, kar pomeni, da ne morejo vrniti energije viru napajanja - to še posebej ni dovolj, ker je v nekaterih aplikacijah rekuperacija vrnjene energije posebna zahteva.Če je treba regenerativno energijo vrniti v vir izmeničnega toka, je to vloga regenerativnega pogona.Enostavne usmernike nadomestijo pretvorniki AFE in na ta način se lahko obnovi energija.
Te metode nudijo različne možnosti za boj proti harmonikom in so primerne za različne vrste sistemov za distribucijo električne energije.Lahko pa tudi znatno prihranijo energijo in stroške v različnih aplikacijah ter so v skladu z mednarodnimi standardi.Ti primeri kažejo, da dokler se uporablja pravilna inverterska tehnologija, težave z nelinearnostjo ne bo težko rešiti.
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
Proces in nadzor Today ni odgovoren za vsebino predloženih ali zunanjih produktov in slik.Kliknite tukaj, da nam pošljete e-poštno sporočilo, v katerem nas obvestite o morebitnih napakah ali opustitvah v tem članku.