"Nelinearita znamená, že je obtížné ji vyřešit," řekl kdysi Arthur Mattuck, matematik z Massachusetts Institute of Technology (MIT).Mělo by se to však řešit, když se na elektrické zátěže aplikuje nelinearita, protože generuje harmonické proudy a negativně ovlivňuje distribuci energie – a je to nákladné.Zde Marek Lukaszczyk, marketingový manažer pro Evropu a Střední východ společnosti WEG, globálního výrobce a dodavatele motorové a pohonné techniky, vysvětluje, jak zmírnit harmonické v aplikacích měničů.
Zářivky, spínané zdroje, elektrické obloukové pece, usměrňovače a frekvenční měniče.To vše jsou příklady zařízení s nelineární zátěží, což znamená, že zařízení absorbuje napětí a proud ve formě náhlých krátkých impulsů.Liší se od zařízení, která mají lineární zátěž – jako jsou motory, ohřívače prostoru, transformátory, které jsou pod napětím, a žárovky.Pro lineární zátěže je vztah mezi průběhy napětí a proudu sinusový a proud v každém okamžiku je úměrný napětí vyjádřenému Ohmovým zákonem.
Jedním z problémů všech nelineárních zátěží je to, že generují harmonické proudy.Harmonické jsou frekvenční složky, které jsou obvykle vyšší než základní frekvence napájecího zdroje, mezi 50 nebo 60 Hz (Hz), a přidávají se k základnímu proudu.Tyto extra proudy způsobí zkreslení průběhu systémového napětí a sníží jeho účiník.
Harmonické proudy tekoucí v elektrickém systému mohou vyvolat další nežádoucí účinky, jako je zkreslení napětí v místech propojení s jinými zátěžemi a přehřátí kabelů.V těchto případech nám měření celkového harmonického zkreslení (THD) může říci, jak velká část zkreslení napětí nebo proudu je způsobena harmonickými.
V tomto článku budeme studovat, jak snížit harmonické v aplikacích střídačů na základě průmyslových doporučení pro správné monitorování a interpretaci jevů, které způsobují problémy s kvalitou energie.
Spojené království používá Engineering Recommendation (EREC) G5 Asociace energetických sítí (ENA) jako osvědčený postup pro řízení harmonického zkreslení napětí v přenosových soustavách a distribučních sítích.V Evropské unii jsou tato doporučení obvykle obsažena ve směrnicích o elektromagnetické kompatibilitě (EMC), které zahrnují různé normy International Electrotechnical Commission (IEC), jako je IEC 60050. IEEE 519 je obvykle severoamerický standard, ale stojí za zmínku, že IEEE 519 se zaměřuje spíše na distribuční systémy než na jednotlivá zařízení.
Jakmile jsou harmonické úrovně určeny simulací nebo měřením, existuje mnoho způsobů, jak je minimalizovat, aby byly v přijatelných mezích.Jaká je ale přijatelná hranice?
Protože není ekonomicky proveditelné nebo nemožné eliminovat všechny harmonické, existují dvě mezinárodní normy EMC, které omezují zkreslení napájecího napětí určením maximální hodnoty harmonického proudu.Jsou to norma IEC 61000-3-2 vhodná pro zařízení se jmenovitým proudem do 16 A (A) a ≤ 75 A na fázi a norma IEC 61000-3-12 vhodná pro zařízení nad 16 A.
Omezení harmonických složek napětí by mělo být takové, aby THD (V) bodu společné vazby (PCC) bylo ≤ 5 %.PCC je místo, kde jsou elektrické vodiče elektrorozvodu připojeny k zákaznickým vodičům a případnému přenosu energie mezi zákazníkem a elektrorozvodem.
Doporučení ≤ 5 % bylo použito jako jediný požadavek pro mnoho aplikací.To je důvod, proč v mnoha případech stačí ke splnění doporučení maximálního zkreslení napětí pouhé použití měniče s 6pulzním usměrňovačem a vstupní reaktancí nebo induktorem stejnosměrného proudu (DC).Samozřejmě ve srovnání s 6-pulzním měničem bez induktoru ve spoji může použití měniče s induktorem DC meziobvodu (jako je vlastní WEG CFW11, CFW700 a CFW500) výrazně snížit harmonické vyzařování.
Jinak existuje několik dalších možností pro snížení systémových harmonických v aplikacích měničů, které zde představíme.
Jedním z řešení pro snížení harmonických je použití měniče s 12pulzním usměrňovačem.Tato metoda se však obvykle používá pouze tehdy, když je již nainstalován transformátor;pro více měničů připojených ke stejnému meziobvodu;nebo pokud nová instalace vyžaduje transformátor určený pro měnič.Toto řešení je navíc vhodné pro výkon, který je obvykle větší než 500 kilowattů (kW).
Další metodou je použití 6-pulzního měniče s aktivním proudem (AC) s pasivním filtrem na vstupu.Tato metoda dokáže koordinovat různé úrovně napětí – harmonická napětí mezi středním (VN), vysokým napětím (VN) a velmi vysokým napětím (EHV) – a podporuje kompatibilitu a eliminuje nepříznivé vlivy na citlivá zařízení zákazníků.Přestože se jedná o tradiční řešení pro snížení harmonických, zvýší tepelné ztráty a sníží účiník.
Tím se dostáváme k cenově výhodnějšímu způsobu snížení harmonických: použijte měnič s 18pulzním usměrňovačem, nebo zejména stejnosměrný střídavý pohon napájený stejnosměrným meziobvodem přes 18pulzní usměrňovač a transformátor s fázovým posunem.Pulzní usměrňovač je stejné řešení, ať už je 12-pulzní nebo 18-pulzní.Ačkoli se jedná o tradiční řešení pro snížení harmonických, vzhledem k jeho vysokým nákladům se obvykle používá pouze tehdy, když byl instalován transformátor nebo je pro novou instalaci vyžadován speciální transformátor pro střídač.Výkon je obvykle větší než 500 kW.
Některé metody potlačení harmonických zvyšují tepelné ztráty a snižují účiník, zatímco jiné metody mohou zlepšit výkon systému.Dobrým řešením, které doporučujeme, je použití aktivních filtrů WEG s 6-pulzními AC pohony.Toto je vynikající řešení pro eliminaci harmonických generovaných různými zařízeními
A konečně, když lze energii regenerovat do sítě nebo když je více motorů poháněno jedním stejnosměrným meziobvodem, je atraktivní jiné řešení.To znamená, že se používá aktivní přední (AFE) rekuperační pohon a LCL filtr.V tomto případě má driver na vstupu aktivní usměrňovač a vyhovuje doporučeným limitům.
U měničů bez stejnosměrného meziobvodu – jako jsou vlastní měniče WEG CFW500, CFW300, CFW100 a MW500 – je klíčem ke snížení harmonických složek reaktance sítě.To nejen řeší harmonický problém, ale také řeší problém energie, která se ukládá v reaktivní části střídače a stává se neúčinnou.Pomocí reaktance sítě lze k realizaci řiditelné reaktance použít vysokofrekvenční jednofázový střídač zatížený rezonanční sítí.Výhodou této metody je, že energie uložená v reaktančním prvku je nižší a harmonické zkreslení je nižší.
Existují další praktické způsoby, jak se vypořádat s harmonickými.Jedním z nich je zvýšení počtu lineárních zatížení vzhledem k nelineárním zatížením.Další metodou je oddělení napájecích systémů pro lineární a nelineární zátěže tak, aby existovaly různé meze napětí THD mezi 5 % a 10 %.Tato metoda je v souladu s výše uvedenými inženýrskými doporučeními (EREC) G5 a EREC G97, která se používá k vyhodnocení harmonického napěťového zkreslení nelineárních a rezonančních zařízení a zařízení.
Další metodou je použití usměrňovače s větším počtem impulsů a jeho přivedení do transformátoru s více sekundárními stupni.Vícevinuté transformátory s více primárními nebo sekundárními vinutími mohou být vzájemně propojeny ve speciálním typu konfigurace pro zajištění požadované úrovně výstupního napětí nebo pro řízení více zátěží na výstupu, čímž poskytují více možností v distribuci energie a systému flexibility.
Konečně je zde výše zmíněný regenerativní pohon AFE.Základní střídavé pohony nejsou obnovitelné, což znamená, že nemohou vracet energii do zdroje energie – to zvláště nestačí, protože v některých aplikacích je rekuperace vrácené energie specifickým požadavkem.Pokud je potřeba vrátit regenerační energii do zdroje střídavého proudu, je to úloha rekuperačního pohonu.Jednoduché usměrňovače jsou nahrazeny měniči AFE a tímto způsobem lze rekuperovat energii.
Tyto metody poskytují různé možnosti pro boj s harmonickými a jsou vhodné pro různé typy systémů distribuce energie.Mohou však také výrazně ušetřit energii a náklady v různých aplikacích a splňují mezinárodní normy.Tyto příklady ukazují, že pokud bude použita správná invertorová technologie, nebude obtížné vyřešit problém nelinearity.
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 nenese odpovědnost za obsah zaslaných nebo externě vyrobených článků a obrázků.Kliknutím sem nám pošlete e-mail s informacemi o všech chybách nebo opomenutích obsažených v tomto článku.