„Nelinearita znamená, že je ťažké ju vyriešiť,“ povedal raz Arthur Mattuck, matematik z Massachusettského technologického inštitútu (MIT).Malo by sa to však riešiť, keď sa na elektrické záťaže aplikuje nelinearita, pretože generuje harmonické prúdy a negatívne ovplyvňuje distribúciu energie – a je to nákladné.Marek Lukaszczyk, marketingový manažér pre Európu a Stredný východ spoločnosti WEG, globálneho výrobcu a dodávateľa motorovej a pohonnej techniky, tu vysvetľuje, ako zmierniť harmonické zložky v aplikáciách meničov.
Žiarivky, spínané zdroje, elektrické oblúkové pece, usmerňovače a frekvenčné meniče.Toto všetko sú príklady zariadení s nelineárnym zaťažením, čo znamená, že zariadenie absorbuje napätie a prúd vo forme náhlych krátkych impulzov.Líšia sa od zariadení, ktoré majú lineárne zaťaženie – ako sú motory, ohrievače priestoru, transformátory, ktoré sú pod napätím, a žiarovky.Pri lineárnych zaťaženiach je vzťah medzi priebehom napätia a prúdu sínusový a prúd je kedykoľvek úmerný napätiu vyjadrenému Ohmovým zákonom.
Jedným z problémov všetkých nelineárnych záťaží je to, že generujú harmonické prúdy.Harmonické sú frekvenčné zložky, ktoré sú zvyčajne vyššie ako základná frekvencia napájacieho zdroja, medzi 50 až 60 Hz (Hz), a pripočítavajú sa k základnému prúdu.Tieto extra prúdy spôsobia skreslenie tvaru vlny systémového napätia a znížia jeho účinník.
Harmonické prúdy tečúce v elektrickom systéme môžu spôsobiť ďalšie nežiaduce účinky, ako je skreslenie napätia v miestach prepojenia s inými záťažami a prehrievanie káblov.V týchto prípadoch nám meranie celkového harmonického skreslenia (THD) môže povedať, aká veľká časť skreslenia napätia alebo prúdu je spôsobená harmonickými.
V tomto článku budeme študovať, ako znížiť harmonické v invertorových aplikáciách na základe priemyselných odporúčaní pre správne monitorovanie a interpretáciu javov, ktoré spôsobujú problémy s kvalitou energie.
Spojené kráľovstvo používa odporúčanie Engineering Recommendation (EREC) G5 Asociácie energetických sietí (ENA) ako osvedčený postup na riadenie harmonického skreslenia napätia v prenosových sústavách a distribučných sieťach.V Európskej únii sú tieto odporúčania zvyčajne obsiahnuté v smerniciach o elektromagnetickej kompatibilite (EMC), ktoré zahŕňajú rôzne normy Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC), ako napríklad IEC 60050. IEEE 519 je zvyčajne severoamerický štandard, ale stojí za zmienku, že IEEE 519 sa zameriava skôr na distribučné systémy ako na jednotlivé zariadenia.
Keď sú harmonické úrovne určené simuláciou alebo meraním, existuje mnoho spôsobov, ako ich minimalizovať, aby sa udržali v prijateľných medziach.Aký je však prijateľný limit?
Pretože nie je ekonomicky možné alebo nemožné eliminovať všetky harmonické, existujú dve medzinárodné normy EMC, ktoré obmedzujú skreslenie napájacieho napätia špecifikovaním maximálnej hodnoty harmonického prúdu.Ide o normu IEC 61000-3-2, vhodnú pre zariadenia s menovitým prúdom do 16 A (A) a ≤ 75 A na fázu, a normu IEC 61000-3-12, vhodnú pre zariadenia nad 16 A.
Limit harmonických napätí by mal byť taký, aby THD (V) bodu spoločnej väzby (PCC) bolo ≤ 5 %.PCC je bod, kde sú elektrické vodiče elektrizačnej sústavy spojené s odberateľskými vodičmi a akýkoľvek prenos energie medzi odberateľom a elektrizačnou rozvodnou sústavou.
Odporúčanie ≤ 5 % sa používa ako jediná požiadavka pre mnohé aplikácie.To je dôvod, prečo v mnohých prípadoch stačí použiť menič so 6-impulzným usmerňovačom a vstupnou reaktanciou alebo induktorom jednosmerného prúdu (DC) na splnenie odporúčaného maximálneho skreslenia napätia.Samozrejme, v porovnaní so 6-pulzným meničom bez tlmivky v linke, použitie meniča s tlmivkou medziobvodu (ako je vlastný WEG CFW11, CFW700 a CFW500) môže výrazne znížiť harmonické žiarenie.
V opačnom prípade existuje niekoľko ďalších možností na zníženie systémových harmonických v invertorových aplikáciách, ktoré si tu predstavíme.
Jedným z riešení na zníženie harmonických je použitie meniča s 12-pulzným usmerňovačom.Táto metóda sa však zvyčajne používa iba vtedy, keď je už nainštalovaný transformátor;pre viacero meničov pripojených k rovnakému medziobvodu;alebo ak si nová inštalácia vyžaduje transformátor určený pre menič.Okrem toho je toto riešenie vhodné pre výkon, ktorý je zvyčajne väčší ako 500 kilowattov (kW).
Ďalšou metódou je použitie 6-pulzného meniča s aktívnym prúdom (AC) s pasívnym filtrom na vstupe.Táto metóda dokáže koordinovať rôzne úrovne napätia – harmonické napätia medzi stredným (VN), vysokým napätím (VN) a veľmi vysokým napätím (VN) – a podporuje kompatibilitu a eliminuje nepriaznivé vplyvy na citlivé zariadenia zákazníkov.Hoci ide o tradičné riešenie na zníženie harmonických, zvýši tepelné straty a zníži účinník.
Tým sa dostávame k cenovo výhodnejšiemu spôsobu znižovania harmonických: použite menič s 18-impulzným usmerňovačom, alebo najmä DC-AC pohon napájaný jednosmerným medziobvodom cez 18-pulzný usmerňovač a transformátor s fázovým posunom.Impulzný usmerňovač je rovnaké riešenie, či už je 12-pulzný alebo 18-pulzný.Aj keď ide o tradičné riešenie na zníženie harmonických, vzhľadom na jeho vysoké náklady sa zvyčajne používa len vtedy, keď je nainštalovaný transformátor alebo je potrebný špeciálny transformátor pre menič pre novú inštaláciu.Výkon je zvyčajne väčší ako 500 kW.
Niektoré metódy potláčania harmonických zvyšujú tepelné straty a znižujú účinník, zatiaľ čo iné metódy môžu zlepšiť výkon systému.Dobrým riešením, ktoré odporúčame, je použiť aktívne filtre WEG so 6-pulznými striedavými pohonmi.Je to vynikajúce riešenie na elimináciu harmonických generovaných rôznymi zariadeniami
Nakoniec, keď je možné energiu regenerovať do siete alebo keď je jedným jednosmerným medziobvodom poháňaných viacero motorov, je atraktívne iné riešenie.To znamená, že sa používa aktívny predný (AFE) regeneračný pohon a filter LCL.V tomto prípade má vodič na vstupe aktívny usmerňovač a spĺňa odporúčané limity.
Pre invertory bez jednosmerného medziobvodu – ako sú vlastné meniče WEG CFW500, CFW300, CFW100 a MW500 – je kľúčom k zníženiu harmonických zložiek reaktancia siete.To nielenže rieši harmonický problém, ale rieši aj problém, že energia je akumulovaná v reaktívnej časti meniča a stáva sa neúčinnou.Pomocou reaktancie siete možno na realizáciu regulovateľnej reaktancie použiť vysokofrekvenčný jednofázový menič zaťažený rezonančnou sieťou.Výhodou tejto metódy je, že energia uložená v reaktantnom prvku je nižšia a harmonické skreslenie je nižšie.
Existujú aj iné praktické spôsoby, ako sa vysporiadať s harmonickými.Jedným z nich je zvýšenie počtu lineárnych zaťažení v porovnaní s nelineárnymi zaťaženiami.Ďalšou metódou je oddelenie napájacích systémov pre lineárne a nelineárne záťaže tak, aby existovali rôzne limity napätia THD medzi 5 % a 10 %.Táto metóda je v súlade s vyššie uvedenými technickými odporúčaniami (EREC) G5 a EREC G97, ktorá sa používa na vyhodnotenie harmonického skreslenia napätia nelineárnych a rezonančných zariadení a zariadení.
Ďalšou metódou je použitie usmerňovača s väčším počtom impulzov a jeho napájanie do transformátora s viacerými sekundárnymi stupňami.Viacvinuté transformátory s viacerými primárnymi alebo sekundárnymi vinutiami môžu byť navzájom spojené v špeciálnom type konfigurácie, aby poskytli požadovanú úroveň výstupného napätia alebo poháňali viac záťaží na výstupe, čím poskytujú viac možností distribúcie energie a systému flexibility.
Nakoniec je tu vyššie uvedená prevádzka regeneratívneho pohonu AFE.Základné striedavé pohony nie sú obnoviteľné, čo znamená, že nemôžu vracať energiu do zdroja energie – to obzvlášť nestačí, pretože v niektorých aplikáciách je rekuperácia vrátenej energie špecifickou požiadavkou.Ak je potrebné vrátiť regeneračnú energiu do zdroja striedavého prúdu, je to úloha rekuperačného pohonu.Jednoduché usmerňovače sú nahradené invertormi AFE a týmto spôsobom je možné rekuperovať energiu.
Tieto metódy poskytujú rôzne možnosti boja proti harmonickým a sú vhodné pre rôzne typy systémov distribúcie energie.Ale môžu tiež výrazne ušetriť energiu a náklady v rôznych aplikáciách a sú v súlade s medzinárodnými normami.Tieto príklady ukazujú, že pokiaľ sa používa správna invertorová technológia, problém nelinearity nebude ťažké vyriešiť.
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 a kontrola Today nezodpovedá za obsah predložených alebo externe vyrobených článkov a obrázkov.Kliknite sem a pošlite nám e-mail s informáciami o akýchkoľvek chybách alebo vynechaniach uvedených v tomto článku.