«Нелінійність означає, що її важко розв’язати», – якось сказав Артур Меттак, математик із Массачусетського технологічного інституту (MIT).Але це слід враховувати, коли нелінійність застосовується до електричних навантажень, оскільки вона генерує гармонічні струми та негативно впливає на розподіл електроенергії, а це дорого.Тут Марек Лукащик, менеджер з маркетингу в Європі та на Близькому Сході WEG, глобального виробника та постачальника двигунів і приводних технологій, пояснює, як пом’якшити гармоніки в інверторних системах.
Люмінесцентні лампи, імпульсні джерела живлення, електродугові печі, випрямлячі та перетворювачі частоти.Усе це приклади пристроїв з нелінійним навантаженням, тобто пристрій поглинає напругу та струм у вигляді раптових коротких імпульсів.Вони відрізняються від пристроїв, які мають лінійне навантаження, наприклад двигунів, обігрівачів, трансформаторів під напругою та ламп розжарювання.Для лінійних навантажень зв’язок між формами хвилі напруги та струму є синусоїдальним, а струм у будь-який момент пропорційний напрузі, вираженій за законом Ома.
Однією з проблем усіх нелінійних навантажень є те, що вони генерують гармонічні струми.Гармоніки — це частотні компоненти, які зазвичай вищі за основну частоту джерела живлення, між 50 або 60 герц (Гц), і додаються до основної частоти струму.Ці додаткові струми призведуть до спотворення форми сигналу напруги системи та зменшать її коефіцієнт потужності.
Гармонійні струми, що протікають в електричній системі, можуть викликати інші небажані ефекти, такі як спотворення напруги в точках з’єднання з іншими навантаженнями та перегрів кабелів.У цих випадках вимірювання повного гармонійного спотворення (THD) може сказати нам, яка частина спотворень напруги або струму спричинена гармоніками.
У цій статті ми вивчимо, як зменшити гармоніки в інверторних додатках на основі галузевих рекомендацій щодо правильного моніторингу та інтерпретації явищ, які викликають проблеми з якістю енергії.
Великобританія використовує Технічні рекомендації (EREC) G5 Асоціації енергетичних мереж (ENA) як хорошу практику для управління гармонійними спотвореннями напруги в системах передачі та розподільних мережах.У Європейському Союзі ці рекомендації зазвичай містяться в директивах щодо електромагнітної сумісності (EMC), які включають різні стандарти Міжнародної електротехнічної комісії (IEC), такі як IEC 60050. IEEE 519 зазвичай є північноамериканським стандартом, але варто зазначити, що IEEE 519 фокусується на системах розподілу, а не на окремих пристроях.
Коли рівні гармонік визначено моделюванням або вимірюванням, існує багато способів мінімізувати їх, щоб утримувати їх у прийнятних межах.Але яка допустима межа?
Оскільки економічно недоцільно або неможливо усунути всі гармоніки, існують два міжнародні стандарти ЕМС, які обмежують спотворення напруги джерела живлення шляхом визначення максимального значення струму гармонік.Це стандарт IEC 61000-3-2, придатний для обладнання з номінальним струмом до 16 A (A) і ≤ 75 A на фазу, і стандарт IEC 61000-3-12, придатний для обладнання понад 16 A.
Обмеження гармонік напруги повинно бути таким, щоб підтримувати THD (V) точки загального зв’язку (PCC) на рівні ≤ 5%.PCC — це точка, де електричні провідники системи розподілу електроенергії з’єднані з провідниками споживача та будь-якою передачею електроенергії між споживачем і системою розподілу електроенергії.
Рекомендація ≤ 5% використовувалася як єдина вимога для багатьох програм.Ось чому в багатьох випадках просто використання інвертора з 6-імпульсним випрямлячем і вхідним реактивним опором або індуктором ланцюга постійного струму (DC) достатньо для виконання рекомендацій щодо максимального спотворення напруги.Звичайно, у порівнянні з 6-імпульсним інвертором без котушки індуктивності в ланці, використання інвертора з індуктором ланки постійного струму (наприклад, CFW11, CFW700 і CFW500 компанії WEG) може значно зменшити гармонічне випромінювання.
В іншому випадку існує кілька інших варіантів зменшення системних гармонік в інверторних додатках, які ми представимо тут.
Одним із рішень зменшення гармонік є використання інвертора з 12-імпульсним випрямлячем.Однак цей метод зазвичай використовується лише тоді, коли трансформатор уже встановлено;для кількох інверторів, підключених до однієї ланки постійного струму;або якщо для нової установки потрібен трансформатор, призначений для інвертора.Крім того, це рішення підходить для потужності, яка зазвичай перевищує 500 кіловат (кВт).
Інший метод полягає у використанні 6-імпульсного інвертора активного струму (AC) з пасивним фільтром на вході.Цей метод може координувати різні рівні напруги – гармонічні напруги між середньою (MV), високою (HV) і надвисокою напругою (EHV) – і підтримує сумісність та усуває негативний вплив на чутливе обладнання клієнтів.Хоча це традиційне рішення для зменшення гармонік, воно збільшить втрати тепла та зменшить коефіцієнт потужності.
Це підводить нас до економічно ефективнішого способу зменшення гармонік: використання інвертора з 18-імпульсним випрямлячем або, особливо, приводу постійного і змінного струму, що живиться від ланки постійного струму через 18-імпульсний випрямляч і фазозсувний трансформатор.Імпульсний випрямляч є однаковим рішенням, будь він 12-імпульсним або 18-імпульсним.Незважаючи на те, що це традиційне рішення для зменшення гармонік, через високу вартість воно зазвичай використовується лише тоді, коли вже встановлено трансформатор або для нової установки потрібен спеціальний трансформатор для інвертора.Потужність зазвичай перевищує 500 кВт.
Деякі методи придушення гармонік збільшують втрати тепла та знижують коефіцієнт потужності, тоді як інші методи можуть покращити продуктивність системи.Хорошим рішенням, яке ми рекомендуємо, є використання активних фільтрів WEG з 6-імпульсними приводами змінного струму.Це відмінне рішення для усунення гармонік, створюваних різними пристроями
Нарешті, коли електроенергія може бути регенерована в мережу, або коли кілька двигунів керуються одним ланкою постійного струму, інше рішення є привабливим.Тобто використовується активний передній (AFE) регенеративний привід і фільтр LCL.У цьому випадку драйвер має активний випрямляч на вході і відповідає рекомендованим межам.
Для інверторів без зв’язку постійного струму, таких як власні інвертори WEG CFW500, CFW300, CFW100 і MW500, ключем до зменшення гармонік є реактивний опір мережі.Це не тільки вирішує проблему гармоній, але й проблему накопичення енергії в реактивній частині інвертора та її втрати.За допомогою реактивного опору мережі високочастотний однофазний інвертор, навантажений резонансною мережею, може бути використаний для реалізації керованого реактивного опору.Перевага цього методу полягає в тому, що енергія, збережена в реактивному елементі, нижча, а гармонічні спотворення нижчі.
Є й інші практичні способи боротьби з гармоніками.Один полягає в збільшенні кількості лінійних навантажень відносно нелінійних навантажень.Інший метод полягає в розділенні систем живлення для лінійних і нелінійних навантажень таким чином, щоб існували різні межі THD напруги між 5% і 10%.Цей метод відповідає вищезазначеним інженерним рекомендаціям (EREC) G5 та EREC G97, які використовуються для оцінки гармонійних спотворень напруги нелінійних і резонансних установок і обладнання.
Інший спосіб полягає в тому, щоб використовувати випрямляч з більшою кількістю імпульсів і подавати його в трансформатор з кількома вторинними каскадами.Багатообмоткові трансформатори з декількома первинними або вторинними обмотками можна з’єднувати один з одним у особливий тип конфігурації, щоб забезпечити необхідний рівень вихідної напруги або керувати кількома навантаженнями на виході, забезпечуючи таким чином більше можливостей у розподілі електроенергії та гнучкість системи.
Нарешті, є робота рекуперативного приводу AFE, згадана вище.Основні приводи змінного струму не є відновлюваними, що означає, що вони не можуть повертати енергію до джерела живлення - цього особливо недостатньо, оскільки в деяких додатках відновлення повернутої енергії є особливою вимогою.Якщо регенеративну енергію потрібно повернути до джерела змінного струму, це роль регенеративного приводу.Прості випрямлячі замінюють інверторами AFE, і таким чином можна рекуперувати енергію.
Ці методи пропонують різноманітні варіанти боротьби з гармоніками та підходять для різних типів систем розподілу електроенергії.Але вони також можуть значно економити енергію та витрати в різних сферах застосування та відповідати міжнародним стандартам.Ці приклади показують, що доки використовується правильна інверторна технологія, проблему нелінійності не складе труднощів вирішити.
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 і контроль Today не несе відповідальності за зміст надісланих або створених зовнішніх статей і зображень.Натисніть тут, щоб надіслати нам електронний лист із повідомленням про будь-які помилки чи пропуски, які містяться в цій статті.