„Nelinearnost znači da ju je teško riješiti“, jednom je rekao Arthur Mattuck, matematičar sa Massachusetts Institute of Technology (MIT).Ali to se treba pozabaviti kada se nelinearnost primjenjuje na električna opterećenja, jer stvara harmonijske struje i negativno utječe na distribuciju energije - a to je i skupo.Ovdje Marek Lukaszczyk, evropski i bliskoistočni marketing menadžer WEG-a, globalnog proizvođača i dobavljača tehnologije motora i pogona, objašnjava kako ublažiti harmonike u primjenama pretvarača.
Fluorescentne sijalice, prekidački izvori napajanja, elektrolučne peći, ispravljači i frekventni pretvarači.Sve su to primjeri uređaja s nelinearnim opterećenjem, što znači da uređaj apsorbira napon i struju u obliku iznenadnih kratkih impulsa.Razlikuju se od uređaja koji imaju linearna opterećenja—kao što su motori, grijači prostora, transformatori koji su pod naponom i žarulje sa žarnom niti.Za linearna opterećenja, odnos između talasnih oblika napona i struje je sinusoidan, a struja u svakom trenutku je proporcionalna naponu izraženom Ohmovim zakonom.
Jedan od problema sa svim nelinearnim opterećenjima je taj što stvaraju harmonijske struje.Harmonici su frekvencijske komponente koje su obično veće od osnovne frekvencije izvora napajanja, između 50 ili 60 Herca (Hz), i koje se dodaju osnovnoj struji.Ove dodatne struje će uzrokovati izobličenje talasnog oblika napona sistema i smanjiti njegov faktor snage.
Harmonične struje koje teku u električnom sistemu mogu proizvesti druge neželjene efekte, kao što su izobličenje napona u tačkama međusobnog povezivanja sa drugim opterećenjima i pregrijavanje kablova.U ovim slučajevima, mjerenje ukupne harmonijske distorzije (THD) može nam reći koliki dio izobličenja napona ili struje uzrokuju harmonici.
U ovom članku ćemo proučiti kako smanjiti harmonike u inverterskim aplikacijama na osnovu preporuka industrije za ispravno praćenje i interpretaciju pojava koje uzrokuju probleme s kvalitetom energije.
Velika Britanija koristi Inženjersku preporuku (EREC) G5 Udruženja energetskih mreža (ENA) kao dobru praksu za upravljanje harmonijskim izobličenjem napona u prenosnim sistemima i distributivnim mrežama.U Evropskoj uniji ove preporuke su obično sadržane u direktivama o elektromagnetnoj kompatibilnosti (EMC), koje uključuju različite standarde Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC), kao što je IEC 60050. IEEE 519 je obično sjevernoamerički standard, ali vrijedi napomenuti da IEEE 519 se fokusira na distributivne sisteme, a ne na pojedinačne uređaje.
Jednom kada se nivoi harmonika odrede simulacijom ili mjerenjem, postoji mnogo načina da se oni minimiziraju kako bi bili u prihvatljivim granicama.Ali koja je prihvatljiva granica?
Budući da nije ekonomski izvodljivo ili nemoguće eliminisati sve harmonike, postoje dva EMC međunarodna standarda koji ograničavaju izobličenje napona napajanja specificirajući maksimalnu vrijednost harmoničke struje.Oni su standard IEC 61000-3-2, pogodan za opremu sa nazivnom strujom do 16 A (A) i ≤ 75 A po fazi, i standard IEC 61000-3-12, pogodan za opremu iznad 16 A.
Ograničenje harmonika napona treba da bude održavanje THD (V) tačke zajedničkog spajanja (PCC) na ≤ 5%.PCC je tačka u kojoj su električni provodnici sistema za distribuciju električne energije povezani sa provodnicima korisnika i bilo kojim prenosom energije između korisnika i distributivnog sistema.
Preporuka od ≤ 5% korištena je kao jedini zahtjev za mnoge primjene.Zbog toga je u mnogim slučajevima dovoljna samo upotreba pretvarača sa 6-impulsnim ispravljačem i ulaznom reaktancijom ili induktorom jednosmjerne struje (DC) da bi se ispunile preporuke za maksimalno izobličenje napona.Naravno, u poređenju sa 6-impulsnim pretvaračem bez induktora u linku, korištenje pretvarača sa induktorom DC veze (kao što su WEG-ovi CFW11, CFW700 i CFW500) može značajno smanjiti harmonijsko zračenje.
Inače, postoji nekoliko drugih opcija za smanjenje sistemskih harmonika u inverterskim aplikacijama, koje ćemo ovdje predstaviti.
Jedno rješenje za smanjenje harmonika je korištenje pretvarača s 12-impulsnim ispravljačem.Međutim, ova metoda se obično koristi samo kada je transformator već instaliran;za više pretvarača povezanih na isti DC link;ili ako nova instalacija zahtijeva transformator namijenjen pretvaraču.Osim toga, ovo rješenje je pogodno za snagu koja je obično veća od 500 kilovata (kW).
Druga metoda je korištenje pogonskog pretvarača sa 6 impulsa aktivne struje (AC) s pasivnim filterom na ulazu.Ova metoda može koordinirati različite nivoe napona - harmonične napone između srednjeg (MV), visokog napona (HV) i ekstra visokog napona (EHV) - i podržava kompatibilnost i eliminiše štetne efekte na osjetljivu opremu kupaca.Iako je ovo tradicionalno rješenje za smanjenje harmonika, ono će povećati gubitak topline i smanjiti faktor snage.
Ovo nas dovodi do isplativijeg načina za smanjenje harmonika: koristite pretvarač sa 18-impulsnim ispravljačem, ili posebno DC-AC pogonom koji se napaja DC vezom preko 18-pulsnog ispravljača i transformatora za pomjeranje faze.Impulsni ispravljač je isto rješenje bilo da je 12-pulsni ili 18-pulsni.Iako je ovo tradicionalno rješenje za smanjenje harmonika, zbog visoke cijene, obično se koristi samo kada je instaliran transformator ili je za novu instalaciju potreban poseban transformator za inverter.Snaga je obično veća od 500 kW.
Neke metode potiskivanja harmonika povećavaju gubitak toplote i smanjuju faktor snage, dok druge metode mogu poboljšati performanse sistema.Dobro rješenje koje preporučujemo je korištenje WEG aktivnih filtera sa 6-pulsnim AC pogonima.Ovo je odlično rješenje za uklanjanje harmonika koje stvaraju različiti uređaji
Konačno, kada se energija može regenerisati u mrežu, ili kada više motora pokreće jedan DC link, drugo rješenje je atraktivno.To jest, koristi se aktivni prednji kraj (AFE) regenerativni pogon i LCL filter.U ovom slučaju, upravljački program ima aktivni ispravljač na ulazu i zadovoljava preporučena ograničenja.
Za pretvarače bez DC veze – kao što su WEG-ovi invertori CFW500, CFW300, CFW100 i MW500 – ključ za smanjenje harmonika je reaktancija mreže.Time se ne rješava samo problem harmonika, već se rješava i problem skladištenja energije u reaktivnom dijelu pretvarača i neefikasnosti.Uz pomoć mrežne reaktancije, visokofrekventni jednofazni inverter opterećen rezonantnom mrežom može se koristiti za realizaciju kontrolirane reaktancije.Prednost ove metode je što je energija pohranjena u elementu reaktancije niža i harmonijska distorzija je manja.
Postoje i drugi praktični načini za rješavanje harmonika.Jedan je povećanje broja linearnih opterećenja u odnosu na nelinearna opterećenja.Druga metoda je razdvajanje sistema napajanja za linearna i nelinearna opterećenja tako da postoje različite granice THD napona između 5% i 10%.Ova metoda je u skladu sa gore navedenim inženjerskim preporukama (EREC) G5 i EREC G97, koji se koriste za procjenu harmonijskog izobličenja napona nelinearnih i rezonantnih postrojenja i opreme.
Druga metoda je korištenje ispravljača sa većim brojem impulsa i dovođenje u transformator s više sekundarnih stupnjeva.Transformatori sa više namotaja sa više primarnih ili sekundarnih namotaja mogu se međusobno povezati u posebnom tipu konfiguracije kako bi se obezbedio potreban nivo izlaznog napona ili za pokretanje višestrukih opterećenja na izlazu, čime se pruža više opcija u distribuciji energije i fleksibilnosti sistema.
Konačno, tu je gore spomenuti regenerativni pogon AFE.Osnovni pogoni naizmjenične struje nisu obnovljivi, što znači da ne mogu vratiti energiju izvoru napajanja - to posebno nije dovoljno, jer je u nekim aplikacijama povrat vraćene energije specifičan zahtjev.Ako se regenerativna energija treba vratiti u izvor izmjenične struje, to je uloga regenerativnog pogona.Jednostavne ispravljače zamjenjuju AFE invertori, a energija se može povratiti na ovaj način.
Ove metode pružaju različite mogućnosti za borbu protiv harmonika i pogodne su za različite tipove sistema za distribuciju energije.Ali oni također mogu značajno uštedjeti energiju i troškove u različitim primjenama i biti u skladu s međunarodnim standardima.Ovi primjeri pokazuju da sve dok se koristi ispravna invertorska tehnologija, problem nelinearnosti neće biti teško riješiti.
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 i kontrola Today nije odgovoran za sadržaj dostavljenih ili eksterno proizvedenih članaka i slika.Kliknite ovdje da biste nam poslali e-poštu s obavijestima o svim greškama ili propustima sadržanim u ovom članku.