„A nemlinearitás azt jelenti, hogy nehéz megoldani” – mondta egyszer Arthur Mattuck, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) matematikusa.De foglalkozni kell vele, amikor a nemlinearitást elektromos terhelésekre alkalmazzák, mert harmonikus áramokat generál, és negatívan befolyásolja az energiaelosztást – és ez költséges.Marek Lukaszczyk, a WEG európai és közel-keleti marketingmenedzsere, a motor- és hajtástechnológia globális gyártója és szállítója, elmagyarázza, hogyan lehet csökkenteni a harmonikusokat az inverteres alkalmazásokban.
Fénycsövek, kapcsolóüzemű tápegységek, elektromos ívkemencék, egyenirányítók és frekvenciaváltók.Mindezek példák nemlineáris terhelésű eszközökre, ami azt jelenti, hogy az eszköz hirtelen rövid impulzusok formájában veszi fel a feszültséget és az áramot.Eltérnek a lineáris terhelésű eszközöktől – például motoroktól, térfűtőktől, feszültség alatt lévő transzformátoroktól és izzólámpáktól.Lineáris terheléseknél a feszültség és az áram hullámalakjai közötti kapcsolat szinuszos, és az áram mindenkor arányos az Ohm törvénye által kifejezett feszültséggel.
Az egyik probléma minden nemlineáris terhelésnél az, hogy harmonikus áramokat generálnak.A harmonikusok olyan frekvenciakomponensek, amelyek általában magasabbak, mint a tápegység alapfrekvenciája, 50 és 60 Hertz (Hz) között, és hozzáadódnak az alapáramhoz.Ezek az extra áramok torzítják a rendszer feszültség hullámformáját és csökkentik a teljesítménytényezőt.
Az elektromos rendszerben áramló harmonikus áramok egyéb nemkívánatos hatásokat is okozhatnak, például feszültségtorzulást más terhelésekkel való összekapcsolási pontokon és a kábelek túlmelegedését.Ezekben az esetekben a teljes harmonikus torzítás (THD) mérése meg tudja mondani, hogy a feszültség- vagy áramtorzulás mekkora részét okozzák a harmonikusok.
Ebben a cikkben azt tanulmányozzuk, hogyan csökkenthetjük a harmonikusokat inverteres alkalmazásokban az energiaminőségi problémákat okozó jelenségek helyes megfigyelésére és értelmezésére vonatkozó iparági ajánlások alapján.
Az Egyesült Királyság az Energy Network Association (ENA) G5 mérnöki ajánlását (EREC) használja jó gyakorlatként az átviteli rendszerekben és az elosztó hálózatokban a harmonikus feszültségtorzulás kezelésére.Az Európai Unióban ezeket az ajánlásokat általában az elektromágneses kompatibilitási (EMC) irányelvek tartalmazzák, amelyek a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) különféle szabványait, például az IEC 60050 szabványt tartalmazzák. Az IEEE 519 általában egy észak-amerikai szabvány, de érdemes megjegyezni, hogy az IEEE Az 519 az elosztórendszerekre összpontosít, nem pedig az egyes eszközökre.
Ha a harmonikus szinteket szimulációval vagy méréssel határozták meg, számos módja van annak minimalizálására, hogy elfogadható határokon belül maradjanak.De mi az elfogadható határ?
Mivel az összes harmonikus kiküszöbölése gazdaságilag nem kivitelezhető vagy lehetetlen, ezért két EMC nemzetközi szabvány is korlátozza a tápfeszültség torzítását a harmonikus áram maximális értékének megadásával.Ezek az IEC 61000-3-2 szabvány, amely legfeljebb 16 A (A) és ≤ 75 A névleges áramerősségű berendezésekhez alkalmas, valamint az IEC 61000-3-12 szabvány, amely 16 A feletti berendezésekhez alkalmas.
A feszültségharmonikusok határértéke az, hogy a közös csatolási pont (PCC) THD-jét (V) ≤ 5%-on kell tartani.A PCC az a pont, ahol az áramelosztó rendszer elektromos vezetői a fogyasztói vezetékekhez, valamint a fogyasztó és az áramelosztó rendszer közötti áramátvitelhez csatlakoznak.
Számos alkalmazásnál az egyetlen követelmény a ≤ 5%-os ajánlás.Ez az oka annak, hogy sok esetben már csak egy 6 impulzusos egyenirányítóval és bemeneti reaktanciával vagy egyenáramú (DC) induktorral ellátott inverter használata elegendő a maximális feszültségtorzítási ajánlás teljesítéséhez.Természetesen egy 6 impulzusos inverterhez képest, ahol nincs induktor a linkben, egy egyenáramú induktorral rendelkező inverter (például a WEG saját CFW11, CFW700 és CFW500) használata jelentősen csökkentheti a harmonikus sugárzást.
Egyébként az inverteres alkalmazásokban számos más lehetőség is van a rendszerharmonikusok csökkentésére, amelyeket itt bemutatunk.
A felharmonikusok csökkentésének egyik megoldása egy 12 impulzusos egyenirányítóval ellátott inverter.Ezt a módszert azonban általában csak akkor alkalmazzák, ha a transzformátor már telepítve van;több inverterhez, amelyek ugyanarra a DC-körre vannak csatlakoztatva;vagy ha egy új telepítéshez az inverterhez dedikált transzformátorra van szükség.Ezenkívül ez a megoldás általában 500 kilowattnál (kW) nagyobb teljesítményre is alkalmas.
Egy másik módszer egy 6 impulzusos aktív áramú (AC) hajtásszabályozó használata passzív szűrővel a bemeneten.Ez a módszer képes a különböző feszültségszintek összehangolására – a közepes (MV), a nagyfeszültségű (HV) és az extra magas feszültség (EHV) közötti harmonikus feszültségek –, valamint támogatja a kompatibilitást és kiküszöböli az ügyfelek érzékeny berendezéseire gyakorolt ​​káros hatásokat.Bár ez egy hagyományos megoldás a harmonikusok csökkentésére, növeli a hőveszteséget és csökkenti a teljesítménytényezőt.
Ezzel elérkeztünk a felharmonikusok csökkentésének költséghatékonyabb módjához: használjunk 18 impulzusos egyenirányítóval ellátott invertert, vagy különösen egy DC-AC hajtást, amelyet egy 18 impulzusos egyenirányítón és egy fázisváltó transzformátoron keresztül egyenáramú kapcsolat táplál.Az impulzus egyenirányító ugyanaz a megoldás, akár 12-, akár 18-impulzusról van szó.Bár ez egy hagyományos megoldás a felharmonikusok csökkentésére, magas költsége miatt általában csak akkor alkalmazzák, ha transzformátort szereltek be, vagy új telepítéshez speciális transzformátor szükséges az inverterhez.A teljesítmény általában nagyobb, mint 500 kW.
Egyes harmonikus elnyomási módszerek növelik a hőveszteséget és csökkentik a teljesítménytényezőt, míg más módszerek javíthatják a rendszer teljesítményét.Az általunk javasolt jó megoldás a WEG aktív szűrők használata 6 impulzusos váltóáramú meghajtókkal.Ez egy kiváló megoldás a különféle eszközök által generált harmonikusok kiküszöbölésére
Végül, amikor az áramot vissza lehet állítani a hálózatra, vagy ha több motort egyetlen egyenáramú kapcsolat hajt meg, egy másik megoldás vonzó.Vagyis aktív előlapi (AFE) regeneratív hajtást és LCL szűrőt használnak.Ebben az esetben a meghajtó aktív egyenirányítóval rendelkezik a bemeneten, és megfelel az ajánlott határértékeknek.
Az egyenáramú kapcsolat nélküli invertereknél – mint például a WEG saját CFW500, CFW300, CFW100 és MW500 inverterei – a felharmonikusok csökkentésének kulcsa a hálózati reaktancia.Ez nemcsak a harmonikus problémát oldja meg, hanem az inverter reaktív részében tárolódó energia hatástalanságát is.A hálózati reaktancia segítségével egy rezonáns hálózattal terhelt, nagyfrekvenciás egyfázisú inverterrel szabályozható reaktancia valósítható meg.Ennek a módszernek az az előnye, hogy kisebb a reaktanciaelemben tárolt energia és kisebb a harmonikus torzítás.
Vannak más gyakorlati módszerek is a harmonikusok kezelésére.Az egyik a lineáris terhelések számának növelése a nem lineáris terhelésekhez képest.Egy másik módszer a lineáris és nemlineáris terhelések tápellátó rendszereinek szétválasztása úgy, hogy 5% és 10% között különböző THD feszültséghatárok legyenek.Ez a módszer megfelel a fent említett műszaki ajánlásoknak (EREC) G5 és EREC G97, amelyek a nemlineáris és rezonáns berendezések és berendezések harmonikus feszültségtorzításának értékelésére szolgálnak.
Egy másik módszer az, hogy nagyobb impulzusszámú egyenirányítót használnak, és több másodlagos fokozatú transzformátorba táplálják.A többtekercses, több primer vagy szekunder tekercses transzformátorok speciális konfigurációban csatlakoztathatók egymáshoz, hogy biztosítsák a kívánt kimeneti feszültségszintet vagy több terhelést hajtsanak meg a kimeneten, ezáltal több lehetőséget biztosítanak az energiaelosztásban és a rugalmassági rendszerben.
Végül ott van az AFE fent említett regeneratív hajtási működése.Az alap váltóáramú hajtások nem megújulóak, ami azt jelenti, hogy nem tudják visszaadni az energiát az áramforrásba – ez különösen nem elég, mert egyes alkalmazásokban a visszanyert energia visszanyerése speciális követelmény.Ha a visszatápláló energiát vissza kell juttatni a váltakozó áramú áramforráshoz, akkor ez a visszatápláló hajtás feladata.Az egyszerű egyenirányítókat felváltják az AFE inverterek, így az energia visszanyerhető.
Ezek a módszerek számos lehetőséget kínálnak a harmonikusok leküzdésére, és különböző típusú áramelosztó rendszerekhez alkalmasak.De jelentősen megtakaríthatják az energiát és a költségeket különböző alkalmazásokban, és megfelelnek a nemzetközi szabványoknak.Ezek a példák azt mutatják, hogy mindaddig, amíg a megfelelő inverter technológiát alkalmazzák, a nemlinearitási problémát nem lesz nehéz megoldani.
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
Folyamat és ellenőrzés A Today nem vállal felelősséget a beküldött vagy külsőleg előállított cikkek és képek tartalmáért.Kattintson ide, ha e-mailt szeretne küldeni nekünk, amelyben tájékoztat bennünket a cikkben található hibákról vagy hiányosságokról.