"Ikke-linearitet betyr at det er vanskelig å løse," sa Arthur Mattuck, en matematiker ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), en gang.Men det bør tas opp når ikke-linearitet påføres elektriske belastninger, fordi det genererer harmoniske strømmer og negativt påvirker kraftfordelingen - og det er kostbart.Her forklarer Marek Lukaszczyk, markedssjef i Europa og Midtøsten i WEG, en global produsent og leverandør av motor- og drivteknologi, hvordan man kan dempe harmoniske i inverterapplikasjoner.
Fluorescerende lamper, vekslende strømforsyninger, lysbueovner, likerettere og frekvensomformere.Alle disse er eksempler på enheter med ikke-lineær belastning, som betyr at enheten absorberer spenning og strøm i form av plutselige korte pulser.De er forskjellige fra enheter som har lineære belastninger – for eksempel motorer, varmeovner, transformatorer som er strømførende og glødepærer.For lineære belastninger er forholdet mellom spennings- og strømbølgeformer sinusformet, og strømmen til enhver tid er proporsjonal med spenningen uttrykt av Ohms lov.
Et problem med alle ikke-lineære belastninger er at de genererer harmoniske strømmer.Overtoner er frekvenskomponenter som vanligvis er høyere enn grunnfrekvensen til strømforsyningen, mellom 50 eller 60 Hertz (Hz), og legges til grunnstrømmen.Disse ekstra strømmene vil forårsake forvrengning av systemets spenningsbølgeform og redusere effektfaktoren.
Harmoniske strømmer som flyter i det elektriske systemet kan gi andre uønskede effekter, som spenningsforvrengning ved sammenkoblingspunkter med andre belastninger, og overoppheting av kabler.I disse tilfellene kan målingen av total harmonisk forvrengning (THD) fortelle oss hvor mye av spennings- eller strømforvrengningen som er forårsaket av harmoniske.
I denne artikkelen vil vi studere hvordan man kan redusere harmoniske i inverterapplikasjoner basert på industrianbefalinger for riktig overvåking og tolkning av fenomener som forårsaker problemer med energikvaliteten.
Storbritannia bruker Engineering Recommendation (EREC) G5 fra Energy Network Association (ENA) som en god praksis for å håndtere harmonisk spenningsforvrengning i overføringssystemer og distribusjonsnettverk.I EU er disse anbefalingene vanligvis inneholdt i direktiver om elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), som inkluderer ulike standarder fra International Electrotechnical Commission (IEC), for eksempel IEC 60050. IEEE 519 er vanligvis en nordamerikansk standard, men det er verdt å merke seg at IEEE 519 fokuserer på distribusjonssystemer i stedet for individuelle enheter.
Når de harmoniske nivåene er bestemt ved simulering eller måling, er det mange måter å minimere dem på for å holde dem innenfor akseptable grenser.Men hva er den akseptable grensen?
Siden det ikke er økonomisk mulig eller umulig å eliminere alle harmoniske, er det to internasjonale EMC-standarder som begrenser forvrengningen av strømforsyningsspenningen ved å spesifisere maksimalverdien av den harmoniske strømmen.De er IEC 61000-3-2-standarden, egnet for utstyr med merkestrøm opp til 16 A (A) og ≤ 75 A per fase, og IEC 61000-3-12-standarden, egnet for utstyr over 16 A.
Grensen for spenningsharmoniske bør være å holde THD (V) for punktet for felles kopling (PCC) på ≤ 5 %.PCC er punktet hvor de elektriske lederne til kraftfordelingssystemet er koblet til kundelederne og eventuell kraftoverføring mellom kunden og kraftfordelingssystemet.
En anbefaling på ≤ 5 % har blitt brukt som eneste krav for mange applikasjoner.Dette er grunnen til at det i mange tilfeller er tilstrekkelig å bare bruke en omformer med en 6-puls likeretter og inngangsreaktans eller likestrøm (DC) linkinduktor for å oppfylle anbefalingene for maksimal spenningsforvrengning.Selvfølgelig, sammenlignet med en 6-puls omformer uten induktor i linken, kan bruk av en inverter med en DC linkinduktor (som WEGs egen CFW11, CFW700 og CFW500) redusere harmonisk stråling betydelig.
Ellers er det flere andre alternativer for å redusere systemharmoniske i inverterapplikasjoner, som vi vil introdusere her.
En løsning for å redusere harmoniske er å bruke en omformer med en 12-puls likeretter.Imidlertid brukes denne metoden vanligvis bare når en transformator allerede er installert;for flere omformere koblet til samme DC-link;eller hvis en ny installasjon krever en transformator dedikert til omformeren.I tillegg er denne løsningen egnet for effekt som vanligvis er større enn 500 kilowatt (kW).
En annen metode er å bruke en 6-puls aktiv strøm (AC) omformer med et passivt filter på inngangen.Denne metoden kan koordinere ulike spenningsnivåer - harmoniske spenninger mellom medium (MV), høy spenning (HV) og ekstra høy spenning (EHV) - og støtter kompatibilitet og eliminerer negative effekter på kundenes sensitive utstyr.Selv om dette er en tradisjonell løsning for å redusere harmoniske, vil det øke varmetapet og redusere effektfaktoren.
Dette bringer oss til en mer kostnadseffektiv måte å redusere harmoniske på: bruk en omformer med en 18-puls likeretter, eller spesielt en DC-AC-drive drevet av en DC-link gjennom en 18-puls likeretter og en faseskiftende transformator.Pulslikeretteren er den samme løsningen enten den er 12-puls eller 18-puls.Selv om dette er en tradisjonell løsning for å redusere harmoniske, på grunn av dens høye kostnad, brukes den vanligvis kun når en transformator er installert eller en spesiell transformator for vekselretteren er nødvendig for en ny installasjon.Effekten er vanligvis større enn 500 kW.
Noen harmoniske undertrykkingsmetoder øker varmetapet og reduserer effektfaktoren, mens andre metoder kan forbedre systemets ytelse.En god løsning vi anbefaler er å bruke aktive WEG-filtre med 6-puls AC-frekvensomformere.Dette er en utmerket løsning for å eliminere harmoniske generert av ulike enheter
Til slutt, når strøm kan regenereres til nettet, eller når flere motorer drives av en enkelt DC-link, er en annen løsning attraktiv.Det vil si at en aktiv frontend (AFE) regenerativ stasjon og LCL-filter brukes.I dette tilfellet har driveren en aktiv likeretter ved inngangen og overholder de anbefalte grensene.
For vekselrettere uten DC-link - som WEGs egne CFW500, CFW300, CFW100 og MW500 - vekselrettere - nøkkelen til å redusere harmoniske er nettverksreaktansen.Dette løser ikke bare det harmoniske problemet, men løser også problemet med at energi lagres i den reaktive delen av omformeren og blir ineffektiv.Ved hjelp av nettverksreaktans kan en høyfrekvent enfase omformer lastet av et resonansnettverk brukes til å realisere kontrollerbar reaktans.Fordelen med denne metoden er at energien som er lagret i reaktanselementet er lavere og den harmoniske forvrengningen er lavere.
Det finnes andre praktiske måter å håndtere harmoniske på.Den ene er å øke antall lineære laster i forhold til ikke-lineære laster.En annen metode er å skille strømforsyningssystemene for lineære og ikke-lineære belastninger slik at det er forskjellige spennings-THD-grenser mellom 5 % og 10 %.Denne metoden samsvarer med de ovennevnte ingeniøranbefalingene (EREC) G5 og EREC G97, som brukes til å evaluere den harmoniske spenningsforvrengningen til ikke-lineære og resonante anlegg og utstyr.
En annen metode er å bruke en likeretter med et større antall pulser og mate den inn i en transformator med flere sekundærtrinn.Flerviklingstransformatorer med flere primær- eller sekundærviklinger kan kobles til hverandre i en spesiell type konfigurasjon for å gi det nødvendige utgangsspenningsnivået eller for å drive flere belastninger ved utgangen, og dermed gi flere alternativer i kraftdistribusjon og fleksibilitetssystem.
Til slutt er det den regenerative drivdriften til AFE nevnt ovenfor.Grunnleggende frekvensomformere er ikke fornybare, noe som betyr at de ikke kan returnere energi til strømkilden - dette er spesielt ikke nok, fordi i noen applikasjoner er gjenvinning av den returnerte energien et spesifikt krav.Hvis den regenerative energien må returneres til AC-strømkilden, er dette rollen til den regenerative stasjonen.Enkle likerettere erstattes av AFE-omformere, og energi kan gjenvinnes på denne måten.
Disse metodene gir en rekke alternativer for å bekjempe harmoniske og er egnet for forskjellige typer kraftdistribusjonssystemer.Men de kan også spare energi og kostnader betydelig i ulike applikasjoner og overholde internasjonale standarder.Disse eksemplene viser at så lenge riktig inverterteknologi brukes, vil ikke-linearitetsproblemet ikke være vanskelig å løse.
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
Prosess og kontroll Today er ikke ansvarlig for innholdet i innsendte eller eksternt produserte artikler og bilder.Klikk her for å sende oss en e-post som informerer oss om eventuelle feil eller utelatelser i denne artikkelen.