„Neliniaritatea înseamnă că este dificil de rezolvat”, a spus odată Arthur Mattuck, un matematician la Massachusetts Institute of Technology (MIT).Dar ar trebui abordat atunci când neliniaritatea este aplicată sarcinilor electrice, deoarece generează curenți armonici și afectează negativ distribuția energiei - și este costisitor.Aici, Marek Lukaszczyk, manager de marketing pentru Europa și Orientul Mijlociu al WEG, un producător și furnizor global de tehnologie de motoare și antrenare, explică cum să atenuăm armonicile în aplicațiile cu invertor.
Lămpi fluorescente, surse de alimentare în comutație, cuptoare cu arc electric, redresoare și convertoare de frecvență.Toate acestea sunt exemple de dispozitive cu sarcini neliniare, ceea ce înseamnă că dispozitivul absoarbe tensiune și curent sub formă de impulsuri scurte bruște.Sunt diferite de dispozitivele care au sarcini liniare, cum ar fi motoare, încălzitoare, transformatoare care sunt sub tensiune și becuri cu incandescență.Pentru sarcini liniare, relația dintre formele de undă de tensiune și curent este sinusoidală, iar curentul în orice moment este proporțional cu tensiunea exprimată de legea lui Ohm.
O problemă cu toate sarcinile neliniare este că generează curenți armonici.Armonicele sunt componente de frecvență care sunt de obicei mai mari decât frecvența fundamentală a sursei de alimentare, între 50 sau 60 Hertz (Hz), și se adaugă la curentul fundamental.Acești curenți suplimentari vor provoca distorsiuni ale formei de undă a tensiunii sistemului și vor reduce factorul de putere al acesteia.
Curenții armonici care circulă în sistemul electric pot produce alte efecte nedorite, cum ar fi distorsiunea tensiunii în punctele de interconectare cu alte sarcini și supraîncălzirea cablurilor.În aceste cazuri, măsurarea distorsiunii armonice totale (THD) ne poate spune cât de mult din distorsiunea de tensiune sau curent este cauzată de armonici.
În acest articol, vom studia modul de reducere a armonicilor în aplicațiile invertoare pe baza recomandărilor din industrie pentru monitorizarea și interpretarea corectă a fenomenelor care cauzează probleme de calitate a energiei.
Regatul Unit folosește Recomandarea de inginerie (EREC) G5 a Asociației rețelelor de energie (ENA) ca o bună practică pentru gestionarea distorsiunii armonice a tensiunii în sistemele de transport și rețelele de distribuție.În Uniunea Europeană, aceste recomandări sunt de obicei cuprinse în directivele de compatibilitate electromagnetică (EMC), care includ diverse standarde ale Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC), cum ar fi IEC 60050. IEEE 519 este de obicei un standard nord-american, dar este de remarcat faptul că IEEE 519 se concentrează mai degrabă pe sistemele de distribuție decât pe dispozitivele individuale.
Odată ce nivelurile armonice sunt determinate prin simulare sau măsurare, există multe modalități de a le minimiza pentru a le menține în limite acceptabile.Dar care este limita acceptabilă?
Deoarece nu este fezabilă din punct de vedere economic sau imposibil să se elimine toate armonicile, există două standarde internaționale EMC care limitează distorsiunea tensiunii de alimentare prin specificarea valorii maxime a curentului armonic.Sunt standardul IEC 61000-3-2, potrivit pentru echipamente cu un curent nominal de până la 16 A (A) și ≤ 75 A pe fază, și standardul IEC 61000-3-12, potrivit pentru echipamente de peste 16 A.
Limita armonicilor de tensiune ar trebui să fie menținerea THD (V) a punctului de cuplare comun (PCC) la ≤ 5%.PCC este punctul în care conductorii electrici ai sistemului de distribuție a energiei electrice sunt conectați la conductorii clientului și orice transmisie de putere între client și sistemul de distribuție a energiei electrice.
O recomandare de ≤ 5% a fost folosită ca singura cerință pentru multe aplicații.Acesta este motivul pentru care, în multe cazuri, doar utilizarea unui invertor cu un redresor cu 6 impulsuri și reactanță de intrare sau inductor de curent continuu (DC) este suficientă pentru a îndeplini recomandarea de distorsiune maximă a tensiunii.Bineînțeles, în comparație cu un invertor cu 6 impulsuri fără inductor în legătură, utilizarea unui invertor cu un inductor DC link (cum ar fi CFW11, CFW700 și CFW500 de la WEG) poate reduce semnificativ radiația armonică.
În caz contrar, există câteva alte opțiuni pentru reducerea armonicilor sistemului în aplicațiile cu invertor, pe care le vom introduce aici.
O soluție pentru reducerea armonicilor este utilizarea unui invertor cu un redresor cu 12 impulsuri.Cu toate acestea, această metodă este de obicei utilizată numai atunci când un transformator este deja instalat;pentru mai multe invertoare conectate la aceeași legătură DC;sau daca o noua instalatie necesita un transformator dedicat invertorului.În plus, această soluție este potrivită pentru o putere care este de obicei mai mare de 500 de kilowați (kW).
O altă metodă este utilizarea unui invertor de acţionare cu curent activ (AC) cu 6 impulsuri cu un filtru pasiv la intrare.Această metodă poate coordona diferite niveluri de tensiune - tensiuni armonice între tensiune medie (MV), tensiune înaltă (HV) și tensiune extraînaltă (EHV) - și sprijină compatibilitatea și elimină efectele adverse asupra echipamentelor sensibile ale clienților.Deși aceasta este o soluție tradițională de reducere a armonicilor, va crește pierderea de căldură și va reduce factorul de putere.
Acest lucru ne aduce la o modalitate mai rentabilă de a reduce armonicile: folosiți un invertor cu un redresor cu 18 impulsuri, sau mai ales un drive DC-AC alimentat de o legătură DC printr-un redresor cu 18 impulsuri și un transformator cu defazare.Redresorul de impulsuri este aceeași soluție, indiferent dacă este cu 12 sau 18 impulsuri.Deși aceasta este o soluție tradițională de reducere a armonicilor, datorită costului ridicat, este de obicei folosită doar atunci când a fost instalat un transformator sau este necesar un transformator special pentru invertor pentru o nouă instalație.Puterea este de obicei mai mare de 500 kW.
Unele metode de suprimare armonică măresc pierderile de căldură și reduc factorul de putere, în timp ce alte metode pot îmbunătăți performanța sistemului.O soluție bună pe care o recomandăm este să folosiți filtre active WEG cu unități AC cu 6 impulsuri.Aceasta este o soluție excelentă pentru a elimina armonicile generate de diverse dispozitive
În cele din urmă, atunci când puterea poate fi regenerată în rețea sau când mai multe motoare sunt conduse de o singură legătură DC, o altă soluție este atractivă.Adică, se utilizează o unitate regenerativă activă frontală (AFE) și un filtru LCL.În acest caz, șoferul are un redresor activ la intrare și respectă limitele recomandate.
Pentru invertoarele fără o legătură DC, cum ar fi invertoarele WEG CFW500, CFW300, CFW100 și MW500, cheia pentru reducerea armonicilor este reactanța rețelei.Acest lucru nu numai că rezolvă problema armonică, dar rezolvă și problema stocării energiei în partea reactivă a invertorului și a deveni ineficientă.Cu ajutorul reactanței rețelei, un invertor monofazat de înaltă frecvență încărcat de o rețea rezonantă poate fi utilizat pentru a realiza reactanța controlabilă.Avantajul acestei metode este că energia stocată în elementul de reactanță este mai mică, iar distorsiunea armonică este mai mică.
Există și alte moduri practice de a face față armonicilor.Una este creșterea numărului de sarcini liniare în raport cu sarcinile neliniare.O altă metodă este separarea sistemelor de alimentare pentru sarcini liniare și neliniare, astfel încât să existe limite diferite ale THD de tensiune între 5% și 10%.Această metodă respectă recomandările de inginerie menționate mai sus (EREC) G5 și EREC G97, care este utilizată pentru a evalua distorsiunea de tensiune armonică a instalațiilor și echipamentelor neliniare și rezonante.
O altă metodă este să folosiți un redresor cu un număr mai mare de impulsuri și să îl alimentați într-un transformator cu mai multe trepte secundare.Transformatoarele cu mai multe înfășurări cu mai multe înfășurări primare sau secundare pot fi conectate între ele într-un tip special de configurație pentru a furniza nivelul necesar de tensiune de ieșire sau pentru a conduce mai multe sarcini la ieșire, oferind astfel mai multe opțiuni în distribuția energiei și sistem de flexibilitate.
În cele din urmă, există funcționarea de acționare regenerativă a AFE menționată mai sus.Unitățile de curent alternativ de bază nu sunt regenerabile, ceea ce înseamnă că nu pot returna energie la sursa de alimentare - acest lucru nu este suficient, deoarece în unele aplicații, recuperarea energiei returnate este o cerință specifică.Dacă energia regenerativă trebuie returnată la sursa de curent alternativ, acesta este rolul unității regenerative.Redresoarele simple sunt înlocuite cu invertoare AFE, iar energia poate fi recuperată în acest fel.
Aceste metode oferă o varietate de opțiuni pentru combaterea armonicilor și sunt potrivite pentru diferite tipuri de sisteme de distribuție a energiei.Dar, de asemenea, pot economisi energie și pot costa în mod semnificativ în diverse aplicații și pot respecta standardele internaționale.Aceste exemple arată că atâta timp cât se utilizează tehnologia corectă a invertorului, problema neliniarității nu va fi dificil de rezolvat.
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 și control Today nu este responsabil pentru conținutul articolelor și imaginilor transmise sau produse extern.Faceți clic aici pentru a ne trimite un e-mail prin care ne informăm despre orice erori sau omisiuni conținute în acest articol.