"Nelinearnost znači da ju je teško riješiti", jednom je rekao Arthur Mattuck, matematičar s Massachusetts Institute of Technology (MIT).Ali to treba riješiti kada se nelinearnost primjenjuje na električna opterećenja, jer stvara harmonijske struje i negativno utječe na distribuciju energije - a to je skupo.Ovdje Marek Lukaszczyk, voditelj marketinga za Europu i Bliski istok tvrtke WEG, globalnog proizvođača i dobavljača tehnologije motora i pogona, objašnjava kako ublažiti harmonike u aplikacijama pretvarača.
Fluorescentne svjetiljke, sklopni izvori napajanja, elektrolučne peći, ispravljači i frekvencijski pretvarači.Sve su ovo 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 valnih oblika napona i struje je sinusoidan, a struja u bilo kojem trenutku proporcionalna je naponu izraženom Ohmovim zakonom.
Jedan problem sa svim nelinearnim opterećenjima je taj što stvaraju harmoničke struje.Harmonici su frekvencijske komponente koje su obično više od osnovne frekvencije napajanja, između 50 ili 60 Hertza (Hz), i dodaju se osnovnoj struji.Ove dodatne struje uzrokovat će izobličenje valnog oblika napona sustava i smanjiti njegov faktor snage.
Harmonijske struje koje teku u električnom sustavu mogu proizvesti druge neželjene učinke, kao što je izobličenje napona na točkama međusobnog povezivanja s drugim opterećenjima i pregrijavanje kabela.U tim slučajevima, mjerenje ukupnog harmonijskog izobličenja (THD) može nam reći koliki je dio izobličenja napona ili struje uzrokovan harmonicima.
U ovom ćemo članku proučiti kako smanjiti harmonike u aplikacijama pretvarača na temelju industrijskih preporuka za ispravno praćenje i tumačenje pojava koje uzrokuju probleme s kvalitetom energije.
Ujedinjeno Kraljevstvo koristi Inženjersku preporuku (EREC) G5 Udruge energetskih mreža (ENA) kao dobru praksu za upravljanje harmoničnim izobličenjem napona u prijenosnim sustavima i distribucijskim mrežama.U Europskoj uniji te su preporuke obično sadržane u direktivama o elektromagnetskoj kompatibilnosti (EMC), koje uključuju razne standarde Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC), kao što je IEC 60050. IEEE 519 obično je sjevernoamerički standard, ali vrijedi napomenuti da IEEE 519 fokusira se na distribucijske sustave, a ne na pojedinačne uređaje.
Nakon što se harmonijske razine odrede simulacijom ili mjerenjem, postoji mnogo načina da ih se minimizira kako bi se zadržale unutar prihvatljivih granica.Ali koja je prihvatljiva granica?
Budući da nije ekonomski izvedivo ili nemoguće eliminirati sve harmonike, postoje dva međunarodna standarda EMC-a koji ograničavaju izobličenje napona napajanja određivanjem maksimalne vrijednosti struje harmonika.Oni su standard IEC 61000-3-2, prikladan za opremu s nazivnom strujom do 16 A (A) i ≤ 75 A po fazi, i standard IEC 61000-3-12, prikladan za opremu iznad 16 A.
Ograničenje harmonika napona trebalo bi biti održavanje THD (V) točke zajedničkog spajanja (PCC) na ≤ 5%.PCC je točka gdje su električni vodiči sustava distribucije električne energije spojeni na vodiče potrošača i svaki prijenos energije između kupca i sustava distribucije električne energije.
Preporuka od ≤ 5% korištena je kao jedini zahtjev za mnoge primjene.To je razlog zašto je u mnogim slučajevima samo korištenje pretvarača sa 6-pulsnim ispravljačem i ulaznom reaktancijom ili induktorom za jednosmjernu struju (DC) dovoljno da se zadovolji preporuka za maksimalno izobličenje napona.Naravno, u usporedbi sa 6-impulsnim pretvaračem bez induktora u vezi, korištenje pretvarača s induktorom istosmjernog međukruga (kao što su CFW11, CFW700 i CFW500 tvrtke WEG) može značajno smanjiti harmonijsko zračenje.
Inače, postoji nekoliko drugih opcija za smanjenje harmonika sustava u inverterskim aplikacijama, koje ćemo ovdje predstaviti.
Jedno rješenje za smanjenje harmonika je uporaba pretvarača s 12-pulsnim ispravljačem.Međutim, ova metoda se obično koristi samo kada je transformator već instaliran;za više pretvarača spojenih na isti međukrug;ili ako nova instalacija zahtijeva transformator posvećen pretvaraču.Osim toga, ovo je rješenje prikladno za snagu koja je obično veća od 500 kilovata (kW).
Druga metoda je korištenje 6-pulsnog pretvarača aktivne struje (AC) s pasivnim filtrom na ulazu.Ova metoda može koordinirati različite razine napona - harmonijske napone između srednjeg (MV), visokog napona (HV) i ekstra visokog napona (EHV) - te podržava kompatibilnost i eliminira štetne učinke 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 s 18-pulsnim ispravljačem, ili posebno DC-AC pogon napajan istosmjernom međukrugom preko 18-pulsnog ispravljača i transformatora za pomicanje faze.Impulsni ispravljač je isto rješenje bilo da je 12-pulsni ili 18-pulsni.Iako je ovo tradicionalno rješenje za smanjenje harmonika, zbog svoje visoke cijene obično se koristi samo kada je instaliran transformator ili je za novu instalaciju potreban poseban transformator za pretvarač.Snaga je obično veća od 500 kW.
Neke metode potiskivanja harmonika povećavaju gubitak topline i smanjuju faktor snage, dok druge metode mogu poboljšati performanse sustava.Dobro rješenje koje preporučujemo je korištenje WEG aktivnih filtara sa 6-pulsnim AC pogonima.Ovo je izvrsno rješenje za uklanjanje harmonika koje stvaraju različiti uređaji
Konačno, kada se struja može regenerirati u mrežu ili kada više motora pokreće jedan istosmjerni međukrug, drugo je rješenje privlačno.Odnosno, koriste se aktivni prednji (AFE) regenerativni pogon i LCL filter.U ovom slučaju, pokretački program ima aktivni ispravljač na ulazu i u skladu je s preporučenim ograničenjima.
Za pretvarače bez istosmjerne veze - kao što su WEG-ovi pretvarači CFW500, CFW300, CFW100 i MW500 - ključ za smanjenje harmonika je reaktancija mreže.Ovo ne samo da rješava problem harmonika, već također rješava problem energije koja se skladišti u reaktivnom dijelu pretvarača i postaje neučinkovita.Uz pomoć reaktancije mreže, visokofrekventni jednofazni pretvarač opterećen rezonantnom mrežom može se koristiti za ostvarivanje reaktancije koju je moguće kontrolirati.Prednost ove metode je u tome što je energija pohranjena u elementu reaktancije niža i harmonijsko izobličenje je manje.
Postoje i drugi praktični načini rješavanja harmonika.Jedan je povećanje broja linearnih opterećenja u odnosu na nelinearna opterećenja.Druga metoda je odvajanje sustava napajanja za linearna i nelinearna opterećenja tako da postoje različita ograničenja THD napona između 5% i 10%.Ova metoda je u skladu s gore navedenim inženjerskim preporukama (EREC) G5 i EREC G97, koje se koriste za procjenu harmonijskog izobličenja napona nelinearnih i rezonantnih postrojenja i opreme.
Drugi način je koristiti ispravljač s većim brojem impulsa i uvesti ga u transformator s više sekundarnih stupnjeva.Transformatori s više namota i višestrukim primarnim ili sekundarnim namotajima mogu se međusobno spojiti u posebnoj vrsti konfiguracije kako bi se osigurala potrebna razina izlaznog napona ili pokrenulo višestruka opterećenja na izlazu, čime se pruža više opcija u distribuciji energije i sustavu fleksibilnosti.
Konačno, tu je gore spomenuti regenerativni pogon AFE.Osnovni izmjenični pogoni nisu obnovljivi, što znači da ne mogu vratiti energiju izvoru napajanja - to posebno nije dovoljno, jer je u nekim aplikacijama obnavljanje vraćene energije poseban zahtjev.Ako se regenerativna energija treba vratiti u izvor izmjenične struje, to je uloga regenerativnog pogona.Jednostavni ispravljači zamijenjeni su AFE inverterima, a energija se može povratiti na ovaj način.
Ove metode pružaju niz opcija za borbu protiv harmonika i prikladne su za različite vrste sustava distribucije električne 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 inverterska 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 predanih ili eksterno proizvedenih članaka i slika.Kliknite ovdje kako biste nam poslali e-poruku u kojoj nas obavještavate o svim pogreškama ili propustima sadržanim u ovom članku.