«Η μη γραμμικότητα σημαίνει ότι είναι δύσκολο να λυθεί», είπε κάποτε ο Άρθουρ Μάτουκ, μαθηματικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT).Αλλά θα πρέπει να αντιμετωπίζεται όταν εφαρμόζεται μη γραμμικότητα σε ηλεκτρικά φορτία, επειδή παράγει αρμονικά ρεύματα και επηρεάζει αρνητικά τη διανομή ισχύος - και είναι δαπανηρή.Εδώ, ο Marek Lukaszczyk, Διευθυντής Μάρκετινγκ Ευρώπης και Μέσης Ανατολής της WEG, ενός παγκόσμιου κατασκευαστή και προμηθευτή τεχνολογίας κινητήρων και μετάδοσης κίνησης, εξηγεί πώς να μειώσετε τις αρμονικές σε εφαρμογές μετατροπέων.
Λαμπτήρες φθορισμού, τροφοδοτικά μεταγωγής, κλίβανοι ηλεκτρικού τόξου, ανορθωτές και μετατροπείς συχνότητας.Όλα αυτά είναι παραδείγματα συσκευών με μη γραμμικά φορτία, που σημαίνει ότι η συσκευή απορροφά τάση και ρεύμα με τη μορφή ξαφνικών σύντομων παλμών.Διαφέρουν από συσκευές που έχουν γραμμικά φορτία—όπως κινητήρες, θερμαντήρες χώρου, μετασχηματιστές που ενεργοποιούνται και λαμπτήρες πυρακτώσεως.Για γραμμικά φορτία, η σχέση μεταξύ των κυματομορφών τάσης και ρεύματος είναι ημιτονοειδής και το ρεύμα ανά πάσα στιγμή είναι ανάλογο με την τάση που εκφράζεται από το νόμο του Ohm.
Ένα πρόβλημα με όλα τα μη γραμμικά φορτία είναι ότι παράγουν αρμονικά ρεύματα.Τα αρμονικά είναι στοιχεία συχνότητας που είναι συνήθως υψηλότερα από τη θεμελιώδη συχνότητα του τροφοδοτικού, μεταξύ 50 και 60 Hertz (Hz), και προστίθενται στο θεμελιώδες ρεύμα.Αυτά τα επιπλέον ρεύματα θα προκαλέσουν παραμόρφωση της κυματομορφής της τάσης του συστήματος και θα μειώσουν τον συντελεστή ισχύος του.
Τα αρμονικά ρεύματα που ρέουν στο ηλεκτρικό σύστημα μπορούν να προκαλέσουν άλλα ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως παραμόρφωση τάσης σε σημεία διασύνδεσης με άλλα φορτία και υπερθέρμανση των καλωδίων.Σε αυτές τις περιπτώσεις, η μέτρηση της ολικής αρμονικής παραμόρφωσης (THD) μπορεί να μας πει πόσο μεγάλο μέρος της παραμόρφωσης τάσης ή ρεύματος προκαλείται από αρμονικές.
Σε αυτό το άρθρο, θα μελετήσουμε πώς να μειώσουμε τις αρμονικές σε εφαρμογές μετατροπέων με βάση τις συστάσεις του κλάδου για τη σωστή παρακολούθηση και ερμηνεία φαινομένων που προκαλούν προβλήματα ποιότητας ενέργειας.
Το ΗΒ χρησιμοποιεί τη Σύσταση Μηχανικής (EREC) G5 του Energy Network Association (ENA) ως καλή πρακτική για τη διαχείριση της παραμόρφωσης της αρμονικής τάσης σε συστήματα μεταφοράς και δίκτυα διανομής.Στην Ευρωπαϊκή Ένωση, αυτές οι συστάσεις συνήθως περιέχονται σε οδηγίες ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC), οι οποίες περιλαμβάνουν διάφορα πρότυπα της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (IEC), όπως το IEC 60050. Το IEEE 519 είναι συνήθως ένα πρότυπο της Βόρειας Αμερικής, αλλά αξίζει να σημειωθεί ότι το IEEE Το 519 εστιάζει σε συστήματα διανομής και όχι σε μεμονωμένες συσκευές.
Μόλις καθοριστούν τα αρμονικά επίπεδα με προσομοίωση ή μέτρηση, υπάρχουν πολλοί τρόποι για να τα ελαχιστοποιήσετε ώστε να διατηρηθούν εντός αποδεκτών ορίων.Ποιο είναι όμως το αποδεκτό όριο;
Δεδομένου ότι δεν είναι οικονομικά εφικτό ή αδύνατο να εξαλειφθούν όλες οι αρμονικές, υπάρχουν δύο διεθνή πρότυπα EMC που περιορίζουν την παραμόρφωση της τάσης τροφοδοσίας προσδιορίζοντας τη μέγιστη τιμή του αρμονικού ρεύματος.Είναι το πρότυπο IEC 61000-3-2, κατάλληλο για εξοπλισμό με ονομαστικό ρεύμα έως 16 A (A) και ≤ 75 A ανά φάση, και το πρότυπο IEC 61000-3-12, κατάλληλο για εξοπλισμό άνω των 16 A.
Το όριο στις αρμονικές τάσης θα πρέπει να είναι η διατήρηση του THD (V) του σημείου κοινής σύζευξης (PCC) στο ≤ 5%.Το PCC είναι το σημείο όπου οι ηλεκτρικοί αγωγοί του συστήματος διανομής ηλεκτρικής ενέργειας συνδέονται με τους αγωγούς του πελάτη και οποιαδήποτε μετάδοση ισχύος μεταξύ του πελάτη και του συστήματος διανομής ισχύος.
Μια σύσταση ≤ 5% έχει χρησιμοποιηθεί ως η μόνη απαίτηση για πολλές εφαρμογές.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σε πολλές περιπτώσεις, αρκεί μόνο η χρήση ενός μετατροπέα με ανορθωτή 6 παλμών και πηνίο σύνδεσης με αντίσταση εισόδου ή συνεχούς ρεύματος (DC) για να ικανοποιηθεί η σύσταση μέγιστης παραμόρφωσης τάσης.Φυσικά, σε σύγκριση με έναν μετατροπέα 6 παλμών χωρίς επαγωγέα στη ζεύξη, η χρήση ενός μετατροπέα με επαγωγέα σύνδεσης DC (όπως τα CFW11, CFW700 και CFW500 της ίδιας της WEG) μπορεί να μειώσει σημαντικά την αρμονική ακτινοβολία.
Διαφορετικά, υπάρχουν πολλές άλλες επιλογές για τη μείωση των αρμονικών συστημάτων σε εφαρμογές μετατροπέων, τις οποίες θα παρουσιάσουμε εδώ.
Μια λύση για τη μείωση των αρμονικών είναι η χρήση μετατροπέα με ανορθωτή 12 παλμών.Ωστόσο, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως μόνο όταν έχει ήδη εγκατασταθεί ένας μετασχηματιστής.για πολλαπλούς μετατροπείς συνδεδεμένους στην ίδια ζεύξη DC.ή εάν μια νέα εγκατάσταση απαιτεί μετασχηματιστή αφιερωμένο στον μετατροπέα.Επιπλέον, αυτή η λύση είναι κατάλληλη για ισχύ που είναι συνήθως μεγαλύτερη από 500 κιλοβάτ (kW).
Μια άλλη μέθοδος είναι να χρησιμοποιήσετε έναν μετατροπέα κίνησης 6 παλμών ενεργού ρεύματος (AC) με ένα παθητικό φίλτρο στην είσοδο.Αυτή η μέθοδος μπορεί να συντονίσει διαφορετικά επίπεδα τάσης - αρμονικές τάσεις μεταξύ μέσης (MV), υψηλής τάσης (HV) και εξαιρετικά υψηλής τάσης (EHV) - και υποστηρίζει τη συμβατότητα και εξαλείφει τις δυσμενείς επιπτώσεις στον ευαίσθητο εξοπλισμό των πελατών.Αν και αυτή είναι μια παραδοσιακή λύση για τη μείωση των αρμονικών, θα αυξήσει την απώλεια θερμότητας και θα μειώσει τον συντελεστή ισχύος.
Αυτό μας οδηγεί σε έναν πιο οικονομικό τρόπο μείωσης των αρμονικών: χρησιμοποιήστε έναν μετατροπέα με ανορθωτή 18 παλμών ή ειδικά μια μονάδα DC-AC που τροφοδοτείται από μια σύνδεση DC μέσω ενός ανορθωτή 18 παλμών και ενός μετασχηματιστή αλλαγής φάσης.Ο ανορθωτής παλμών είναι η ίδια λύση είτε είναι 12-παλμικός είτε 18-παλμός.Αν και αυτή είναι μια παραδοσιακή λύση για τη μείωση των αρμονικών, λόγω του υψηλού κόστους της, συνήθως χρησιμοποιείται μόνο όταν έχει εγκατασταθεί μετασχηματιστής ή απαιτείται ειδικός μετασχηματιστής για τον μετατροπέα για μια νέα εγκατάσταση.Η ισχύς είναι συνήθως μεγαλύτερη από 500 kW.
Ορισμένες μέθοδοι αρμονικής καταστολής αυξάνουν την απώλεια θερμότητας και μειώνουν τον συντελεστή ισχύος, ενώ άλλες μέθοδοι μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση του συστήματος.Μια καλή λύση που προτείνουμε είναι η χρήση ενεργών φίλτρων WEG με μονάδες εναλλασσόμενου ρεύματος 6 παλμών.Αυτή είναι μια εξαιρετική λύση για την εξάλειψη των αρμονικών που δημιουργούνται από διάφορες συσκευές
Τέλος, όταν η ισχύς μπορεί να αναγεννηθεί στο δίκτυο ή όταν πολλαπλοί κινητήρες κινούνται από μία μόνο σύνδεση DC, μια άλλη λύση είναι ελκυστική.Δηλαδή, χρησιμοποιείται μια ενεργή μπροστινή μονάδα (AFE) αναγεννητική μονάδα και φίλτρο LCL.Σε αυτήν την περίπτωση, ο οδηγός έχει ενεργό ανορθωτή στην είσοδο και συμμορφώνεται με τα συνιστώμενα όρια.
Για μετατροπείς χωρίς σύνδεση DC - όπως οι μετατροπείς CFW500, CFW300, CFW100 και MW500 της ίδιας της WEG - το κλειδί για τη μείωση των αρμονικών είναι η αντίδραση δικτύου.Αυτό όχι μόνο λύνει το πρόβλημα των αρμονικών, αλλά λύνει και το πρόβλημα της αποθήκευσης ενέργειας στο αντιδραστικό τμήμα του μετατροπέα και καθίσταται αναποτελεσματική.Με τη βοήθεια της αντίδρασης δικτύου, ένας μονοφασικός μετατροπέας υψηλής συχνότητας φορτωμένος από ένα δίκτυο συντονισμού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πραγματοποίηση ελεγχόμενης αντίδρασης.Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η ενέργεια που αποθηκεύεται στο στοιχείο αντίδρασης είναι μικρότερη και η αρμονική παραμόρφωση είναι χαμηλότερη.
Υπάρχουν άλλοι πρακτικοί τρόποι αντιμετώπισης των αρμονικών.Το ένα είναι να αυξηθεί ο αριθμός των γραμμικών φορτίων σε σχέση με τα μη γραμμικά φορτία.Μια άλλη μέθοδος είναι ο διαχωρισμός των συστημάτων τροφοδοσίας για γραμμικά και μη γραμμικά φορτία έτσι ώστε να υπάρχουν διαφορετικά όρια τάσης THD μεταξύ 5% και 10%.Αυτή η μέθοδος συμμορφώνεται με τις προαναφερθείσες συστάσεις μηχανικής (EREC) G5 και EREC G97, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της αρμονικής παραμόρφωσης τάσης μη γραμμικών και συντονισμένων εγκαταστάσεων και εξοπλισμού.
Μια άλλη μέθοδος είναι να χρησιμοποιήσετε έναν ανορθωτή με μεγαλύτερο αριθμό παλμών και να τον τροφοδοτήσετε σε έναν μετασχηματιστή με πολλαπλά δευτερεύοντα στάδια.Οι μετασχηματιστές πολλαπλών περιελίξεων με πολλαπλές πρωτεύουσες ή δευτερεύουσες περιελίξεις μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους σε ειδικό τύπο διαμόρφωσης για να παρέχουν το απαιτούμενο επίπεδο τάσης εξόδου ή να οδηγούν πολλαπλά φορτία στην έξοδο, παρέχοντας έτσι περισσότερες επιλογές στο σύστημα διανομής ισχύος και ευελιξίας.
Τέλος, υπάρχει η λειτουργία αναγεννητικής κίνησης του AFE που αναφέρθηκε παραπάνω.Οι βασικές μονάδες εναλλασσόμενου ρεύματος δεν είναι ανανεώσιμες, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούν να επιστρέψουν ενέργεια στην πηγή ενέργειας - αυτό δεν είναι ιδιαίτερα αρκετό, επειδή σε ορισμένες εφαρμογές, η ανάκτηση της επιστρεφόμενης ενέργειας είναι μια ειδική απαίτηση.Εάν η αναγεννητική ενέργεια πρέπει να επιστραφεί στην πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτός είναι ο ρόλος της μονάδας αναγέννησης.Οι απλοί ανορθωτές αντικαθίστανται από μετατροπείς AFE και η ενέργεια μπορεί να ανακτηθεί με αυτόν τον τρόπο.
Αυτές οι μέθοδοι παρέχουν μια ποικιλία επιλογών για την καταπολέμηση των αρμονικών και είναι κατάλληλες για διαφορετικούς τύπους συστημάτων διανομής ισχύος.Αλλά μπορούν επίσης να εξοικονομήσουν ενέργεια και κόστος σε διάφορες εφαρμογές και να συμμορφώνονται με τα διεθνή πρότυπα.Αυτά τα παραδείγματα δείχνουν ότι όσο χρησιμοποιείται η σωστή τεχνολογία μετατροπέα, το πρόβλημα της μη γραμμικότητας δεν θα είναι δύσκολο να λυθεί.
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
Διαδικασία και έλεγχος Η Today δεν είναι υπεύθυνη για το περιεχόμενο άρθρων και εικόνων που υποβάλλονται ή παράγονται εξωτερικά.Κάντε κλικ εδώ για να μας στείλετε ένα email ενημερώνοντάς μας για τυχόν σφάλματα ή παραλείψεις που περιλαμβάνονται σε αυτό το άρθρο.