„Нелинейността означава, че е трудно да се разреши“, веднъж каза Артър Матък, математик от Масачузетския технологичен институт (MIT).Но трябва да се обърне внимание, когато нелинейността се прилага към електрически товари, защото генерира хармонични токове и влияе отрицателно на разпределението на мощността - и е скъпо.Тук Марек Лукашчик, маркетинг мениджър за Европа и Близкия изток на WEG, глобален производител и доставчик на двигателна и задвижваща технология, обяснява как да се смекчат хармониците в инверторните приложения.
Флуоресцентни лампи, импулсни захранвания, електродъгови пещи, токоизправители и честотни преобразуватели.Всичко това са примери за устройства с нелинейни товари, което означава, че устройството абсорбира напрежение и ток под формата на внезапни кратки импулси.Те се различават от устройства, които имат линейни товари - като двигатели, нагреватели, трансформатори, които са под напрежение, и крушки с нажежаема жичка.За линейни товари връзката между вълните на напрежението и тока е синусоидална и токът по всяко време е пропорционален на напрежението, изразено чрез закона на Ом.
Един проблем с всички нелинейни товари е, че те генерират хармонични токове.Хармониците са честотни компоненти, които обикновено са по-високи от основната честота на захранването, между 50 или 60 херца (Hz), и се добавят към основния ток.Тези допълнителни токове ще причинят изкривяване на формата на вълната на системното напрежение и ще намалят фактора на мощността.
Хармоничните токове, протичащи в електрическата система, могат да предизвикат други нежелани ефекти, като изкривяване на напрежението в точките на взаимно свързване с други товари и прегряване на кабелите.В тези случаи измерването на общото хармонично изкривяване (THD) може да ни каже каква част от изкривяването на напрежението или тока е причинено от хармоници.
В тази статия ще проучим как да намалим хармониците в инверторни приложения въз основа на индустриални препоръки за правилното наблюдение и тълкуване на явления, които причиняват проблеми с качеството на енергията.
Обединеното кралство използва Инженерната препоръка (EREC) G5 на Асоциацията за енергийни мрежи (ENA) като добра практика за управление на хармонично изкривяване на напрежението в преносни системи и разпределителни мрежи.В Европейския съюз тези препоръки обикновено се съдържат в директиви за електромагнитна съвместимост (EMC), които включват различни стандарти на Международната електротехническа комисия (IEC), като IEC 60050. IEEE 519 обикновено е северноамерикански стандарт, но си струва да се отбележи, че IEEE 519 се фокусира върху разпределителните системи, а не върху отделните устройства.
След като хармоничните нива се определят чрез симулация или измерване, има много начини те да бъдат сведени до минимум, за да се поддържат в приемливи граници.Но каква е допустимата граница?
Тъй като не е икономически осъществимо или невъзможно да се елиминират всички хармоници, има два международни стандарта за ЕМС, които ограничават изкривяването на захранващото напрежение чрез определяне на максималната стойност на хармоничния ток.Те са стандартът IEC 61000-3-2, подходящ за оборудване с номинален ток до 16 A (A) и ≤ 75 A на фаза, и стандартът IEC 61000-3-12, подходящ за оборудване над 16 A.
Ограничението на хармониците на напрежението трябва да бъде поддържане на THD (V) на точката на общо свързване (PCC) на ≤ 5%.PCC е точката, където електрическите проводници на електроразпределителната система са свързани към клиентските проводници и всяко предаване на енергия между клиента и електроразпределителната система.
Препоръка от ≤ 5% се използва като единствено изискване за много приложения.Ето защо в много случаи просто използването на инвертор с 6-импулсен токоизправител и входно реактивно съпротивление или индуктор на връзка с постоянен ток (DC) е достатъчно, за да се отговори на препоръката за максимално изкривяване на напрежението.Разбира се, в сравнение с 6-импулсен инвертор без индуктор във връзката, използването на инвертор с индуктор на DC връзка (като собствените CFW11, CFW700 и CFW500 на WEG) може значително да намали хармоничното излъчване.
В противен случай има няколко други опции за намаляване на системните хармоници в инверторни приложения, които ще представим тук.
Едно решение за намаляване на хармониците е използването на инвертор с 12-импулсен токоизправител.Въпреки това, този метод обикновено се използва само когато вече е инсталиран трансформатор;за множество инвертори, свързани към една и съща DC връзка;или ако нова инсталация изисква трансформатор, предназначен за инвертора.В допълнение, това решение е подходящо за мощност, която обикновено е по-голяма от 500 киловата (kW).
Друг метод е да се използва 6-импулсен инвертор с активен ток (AC) с пасивен филтър на входа.Този метод може да координира различни нива на напрежение - хармонични напрежения между средно (MV), високо напрежение (HV) и изключително високо напрежение (EHV) - и поддържа съвместимост и елиминира неблагоприятните ефекти върху чувствителното оборудване на клиентите.Въпреки че това е традиционно решение за намаляване на хармониците, то ще увеличи топлинните загуби и ще намали фактора на мощността.
Това ни води до по-рентабилен начин за намаляване на хармониците: използвайте инвертор с 18-импулсен токоизправител или по-специално DC-AC задвижване, захранвано от DC връзка чрез 18-импулсен токоизправител и фазово-изместващ трансформатор.Импулсният токоизправител е едно и също решение, независимо дали е 12-импулсен или 18-импулсен.Въпреки че това е традиционно решение за намаляване на хармониците, поради високата си цена, обикновено се използва само когато е инсталиран трансформатор или е необходим специален трансформатор за инвертора за нова инсталация.Мощността обикновено е по-голяма от 500 kW.
Някои методи за потискане на хармониците увеличават загубата на топлина и намаляват фактора на мощността, докато други методи могат да подобрят производителността на системата.Добро решение, което препоръчваме, е използването на активни филтри WEG с 6-импулсни AC задвижвания.Това е отлично решение за елиминиране на хармоници, генерирани от различни устройства
И накрая, когато мощността може да се регенерира към мрежата или когато множество двигатели се задвижват от една DC връзка, друго решение е привлекателно.Тоест, използва се активно регенеративно задвижване от предния край (AFE) и LCL филтър.В този случай драйверът има активен токоизправител на входа и отговаря на препоръчителните граници.
За инвертори без DC връзка - като собствените инвертори CFW500, CFW300, CFW100 и MW500 на WEG - ключът към намаляване на хармониците е реактивното съпротивление на мрежата.Това не само решава проблема с хармониците, но също така решава проблема с енергията, която се съхранява в реактивната част на инвертора и става неефективна.С помощта на реактивното съпротивление на мрежата, високочестотен еднофазен инвертор, зареден от резонансна мрежа, може да се използва за реализиране на контролируемо реактивно съпротивление.Предимството на този метод е, че енергията, съхранявана в реактивния елемент, е по-ниска и хармоничното изкривяване е по-ниско.
Има и други практически начини за справяне с хармониците.Единият е да се увеличи броят на линейните товари спрямо нелинейните товари.Друг метод е да се разделят захранващите системи за линейни и нелинейни товари, така че да има различни граници на THD на напрежението между 5% и 10%.Този метод е в съответствие с гореспоменатите инженерни препоръки (EREC) G5 и EREC G97, които се използват за оценка на хармоничното изкривяване на напрежението на нелинейни и резонансни инсталации и оборудване.
Друг метод е да използвате токоизправител с по-голям брой импулси и да го подадете в трансформатор с множество вторични стъпала.Многонамотъчните трансформатори с множество първични или вторични намотки могат да бъдат свързани помежду си в специален тип конфигурация, за да осигурят необходимото ниво на изходно напрежение или да задвижват множество товари на изхода, като по този начин осигуряват повече възможности за разпределение на мощността и гъвкавост на системата.
И накрая, има регенеративното задвижване на AFE, споменато по-горе.Основните променливотокови задвижвания не са възобновяеми, което означава, че не могат да върнат енергия към източника на захранване - това не е достатъчно, тъй като в някои приложения възстановяването на върнатата енергия е специфично изискване.Ако регенеративната енергия трябва да се върне към източника на променлив ток, това е ролята на регенеративното задвижване.Простите токоизправители се заменят с AFE инвертори и енергията може да бъде възстановена по този начин.
Тези методи предоставят различни възможности за борба с хармониците и са подходящи за различни видове системи за разпределение на енергия.Но те също могат да спестят енергия и разходи значително в различни приложения и да отговарят на международните стандарти.Тези примери показват, че докато се използва правилната инверторна технология, проблемът с нелинейността няма да бъде труден за разрешаване.
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
Процес и контрол Today не носи отговорност за съдържанието на предоставени или произведени отвън статии и изображения.Щракнете тук, за да ни изпратите имейл, който ни информира за всякакви грешки или пропуски, съдържащи се в тази статия.