"Epälineaarisuus tarkoittaa, että sitä on vaikea ratkaista", sanoi Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) matemaatikko Arthur Mattuck.Mutta siihen pitäisi puuttua, kun epälineaarisuutta sovelletaan sähkökuormiin, koska se tuottaa harmonisia virtoja ja vaikuttaa negatiivisesti virranjakoon - ja se on kallista.Tässä Marek Lukaszczyk, Euroopan ja Lähi-idän markkinointipäällikkö WEG:stä, joka on maailmanlaajuinen moottori- ja käyttöteknologian valmistaja ja toimittaja, selittää, kuinka taajuusmuuttajasovelluksissa voidaan vähentää harmonisia yliaaltoja.
Loistelamput, hakkuriteholähteet, valokaariuunit, tasasuuntaajat ja taajuusmuuttajat.Kaikki nämä ovat esimerkkejä laitteista, joilla on epälineaarinen kuorma, mikä tarkoittaa, että laite absorboi jännitettä ja virtaa äkillisten lyhyiden pulssien muodossa.Ne eroavat laitteista, joissa on lineaarinen kuormitus, kuten moottorit, tilanlämmittimet, jännitteiset muuntajat ja hehkulamput.Lineaarisilla kuormilla jännitteen ja virran aaltomuotojen välinen suhde on sinimuotoinen, ja virta milloin tahansa on verrannollinen Ohmin lain ilmaisemaan jännitteeseen.
Yksi ongelma kaikissa epälineaarisissa kuormissa on, että ne tuottavat harmonisia virtoja.Yliaallot ovat taajuuskomponentteja, jotka ovat yleensä korkeampia kuin teholähteen perustaajuus, välillä 50–60 Hz (Hz), ja ne lisätään perusvirtaan.Nämä ylimääräiset virrat aiheuttavat vääristymiä järjestelmän jännitteen aaltomuodossa ja pienentävät sen tehokerrointa.
Sähköjärjestelmässä kulkevat harmoniset virrat voivat aiheuttaa muita ei-toivottuja vaikutuksia, kuten jännitteen vääristymiä liitäntäpisteissä muiden kuormien kanssa ja kaapeleiden ylikuumenemista.Näissä tapauksissa kokonaisharmonisen vääristymän (THD) mittaus voi kertoa meille, kuinka suuri osa jännitteen tai virran vääristymisestä on yliaaltojen aiheuttamaa.
Tässä artikkelissa tutkimme, kuinka yliaaltoja voidaan vähentää invertterisovelluksissa perustuen alan suosituksiin energianlaatuongelmia aiheuttavien ilmiöiden oikeaan seurantaan ja tulkintaan.
Iso-Britannia käyttää Energy Network Associationin (ENA) Engineering Recommendation (EREC) G5:tä hyvänä käytäntönä siirtojärjestelmien ja jakeluverkkojen harmonisten jännitevääristymien hallinnassa.Euroopan unionissa nämä suositukset sisältyvät yleensä sähkömagneettista yhteensopivuutta (EMC) koskeviin direktiiveihin, jotka sisältävät erilaisia ​​International Electrotechnical Commissionin (IEC) standardeja, kuten IEC 60050. IEEE 519 on yleensä pohjoisamerikkalainen standardi, mutta on syytä huomata, että IEEE 519 keskittyy jakelujärjestelmiin yksittäisten laitteiden sijaan.
Kun harmoniset tasot on määritetty simuloinnilla tai mittauksilla, on monia tapoja minimoida ne pitämään ne hyväksyttävissä rajoissa.Mutta mikä on hyväksyttävä raja?
Koska kaikkien harmonisten poistaminen ei ole taloudellisesti mahdollista tai mahdotonta, on olemassa kaksi kansainvälistä EMC-standardia, jotka rajoittavat teholähteen jännitteen vääristymistä määrittelemällä harmonisen virran maksimiarvon.Ne ovat IEC 61000-3-2 -standardi, joka soveltuu laitteille, joiden nimellisvirta on enintään 16 A (A) ja ≤ 75 A vaihetta kohti, ja IEC 61000-3-12 -standardi, joka soveltuu yli 16 A:n laitteille.
Jännitteen harmonisten rajan tulisi olla yhteisen kytkentäpisteen (PCC) THD (V) pitäminen ≤ 5 %:ssa.PCC on paikka, jossa sähkönjakelujärjestelmän sähköjohtimet liitetään asiakkaan johtimiin ja mahdolliseen sähkönsiirtoon asiakkaan ja sähkönjakelujärjestelmän välillä.
Suositusta ≤ 5 % on käytetty ainoana vaatimuksena monissa sovelluksissa.Tästä syystä monissa tapauksissa pelkkä invertterin käyttö 6-pulssisella tasasuuntaajalla ja tuloreaktanssilla tai tasavirtalinkillä (DC) riittää täyttämään maksimijännitteen vääristymissuosituksen.Tietenkin verrattuna 6-pulssiseen invertteriin, jossa ei ole induktoria linkissä, DC-linkin kelalla (kuten WEG:n omalla CFW11:llä, CFW700:lla ja CFW500:lla) varustetun invertterin käyttö voi tietysti vähentää merkittävästi harmonista säteilyä.
Muuten on olemassa useita muita vaihtoehtoja järjestelmän harmonisten vähentämiseen invertterisovelluksissa, jotka esittelemme tässä.
Yksi ratkaisu yliaaltojen vähentämiseen on käyttää 12-pulssisella tasasuuntaajalla varustettua invertteriä.Tätä menetelmää käytetään kuitenkin yleensä vain, kun muuntaja on jo asennettu;useille taajuusmuuttajille, jotka on kytketty samaan tasavirtapiiriin;tai jos uusi asennus vaatii taajuusmuuttajalle tarkoitetun muuntajan.Lisäksi tämä ratkaisu soveltuu teholle, joka on yleensä yli 500 kilowattia (kW).
Toinen tapa on käyttää 6-pulssista aktiivivirta- (AC) taajuusmuuttajaa, jonka tulossa on passiivinen suodatin.Tällä menetelmällä voidaan koordinoida erilaisia ​​jännitetasoja - harmonisia jännitteitä keskijännite (MV), korkeajännite (HV) ja erittäin korkea jännite (EHV) välillä. Se tukee yhteensopivuutta ja eliminoi haitalliset vaikutukset asiakkaiden herkkiin laitteisiin.Vaikka tämä on perinteinen ratkaisu yliaaltojen vähentämiseen, se lisää lämpöhäviöitä ja vähentää tehokerrointa.
Tämä vie meidät kustannustehokkaampaan tapaan vähentää yliaaltoja: käytä 18-pulssisella tasasuuntaajalla varustettua invertteriä tai erityisesti DC-AC-taajuusmuuttajaa, joka saa virtansa DC-linkistä 18-pulssisen tasasuuntaajan ja vaiheensiirtomuuntajan kautta.Pulssitasasuuntaaja on sama ratkaisu, oli se sitten 12- tai 18-pulssinen.Vaikka tämä onkin perinteinen ratkaisu yliaaltojen vähentämiseen, sitä käytetään korkeiden kustannustensa vuoksi yleensä vain silloin, kun muuntaja on asennettu tai uuteen asennukseen tarvitaan erityinen muuntaja vaihtosuuntaajalle.Teho on yleensä yli 500 kW.
Jotkut harmonisten vaimennusmenetelmät lisäävät lämpöhäviöitä ja vähentävät tehokerrointa, kun taas toiset menetelmät voivat parantaa järjestelmän suorituskykyä.Hyvä ratkaisu, jota suosittelemme, on käyttää WEG-aktiivisia suodattimia 6-pulssisilla taajuusmuuttajilla.Tämä on erinomainen ratkaisu erilaisten laitteiden synnyttämien harmonisten yliaaltojen poistamiseen
Lopuksi toinen ratkaisu on houkutteleva, kun verkkoon voidaan palauttaa virtaa tai kun useita moottoreita käytetään yhdellä tasavirtapiirillä.Toisin sanoen käytetään aktiivista etupäätä (AFE) regeneratiivista käyttövoimaa ja LCL-suodatinta.Tässä tapauksessa ohjaimen tulossa on aktiivinen tasasuuntaaja ja se noudattaa suositeltuja rajoja.
Inverttereissä, joissa ei ole DC-linkkiä, kuten WEG:n omat CFW500-, CFW300-, CFW100- ja MW500-invertterit, avain harmonisten yliaaltojen vähentämiseen on verkon reaktanssi.Tämä ei ainoastaan ​​ratkaise harmonista ongelmaa, vaan myös energian varastoitumista invertterin reaktiiviseen osaan ja siitä tulee tehoton.Verkkoreaktanssin avulla voidaan käyttää resonanssiverkon kuormitettua suurtaajuista yksivaiheinvertteriä ohjattavan reaktanssin toteuttamiseen.Tämän menetelmän etuna on, että reaktanssielementtiin varastoitunut energia on pienempi ja harmoninen särö pienempi.
On muitakin käytännöllisiä tapoja käsitellä harmonisia.Yksi on lisätä lineaaristen kuormien määrää suhteessa epälineaarisiin kuormiin.Toinen tapa on erottaa lineaaristen ja epälineaaristen kuormien tehonsyöttöjärjestelmät siten, että jännitteen THD-rajat vaihtelevat 5 % ja 10 % välillä.Tämä menetelmä noudattaa edellä mainittuja teknisiä suosituksia (EREC) G5 ja EREC G97, joita käytetään epälineaaristen ja resonanssien laitosten ja laitteiden harmonisen jännitteen vääristymän arvioimiseen.
Toinen tapa on käyttää tasasuuntaajaa suuremmalla pulssimäärällä ja syöttää se muuntajaan, jossa on useita toisioasteita.Monikäämimuuntajia, joissa on useita ensiö- tai toisiokäämiä, voidaan liittää toisiinsa erityisellä konfiguraatiolla vaaditun lähtöjännitetason aikaansaamiseksi tai useiden kuormien käyttämiseksi lähdössä, mikä tarjoaa enemmän vaihtoehtoja tehonjakelu- ja joustavuusjärjestelmässä.
Lopuksi on edellä mainittu AFE:n regeneratiivinen käyttötoiminto.Perustaajuusmuuttajat eivät ole uusiutuvia, joten ne eivät voi palauttaa energiaa virtalähteeseen - tämä ei varsinkaan riitä, koska joissakin sovelluksissa palautetun energian talteenotto on erityinen vaatimus.Jos regeneratiivinen energia on palautettava vaihtovirtalähteeseen, tämä on regeneratiivisen käytön tehtävä.Yksinkertaiset tasasuuntaajat korvataan AFE-inverttereillä, ja energia voidaan ottaa talteen tällä tavalla.
Nämä menetelmät tarjoavat erilaisia ​​vaihtoehtoja yliaaltojen torjumiseksi ja sopivat erilaisiin sähkönjakelujärjestelmiin.Mutta ne voivat myös säästää energiaa ja kustannuksia merkittävästi erilaisissa sovelluksissa ja noudattaa kansainvälisiä standardeja.Nämä esimerkit osoittavat, että niin kauan kuin käytetään oikeaa invertteritekniikkaa, epälineaarisuusongelmaa ei ole vaikea ratkaista.
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
Prosessi ja valvonta Today ei ole vastuussa lähetettyjen tai ulkopuolisesti tuotettujen artikkeleiden ja kuvien sisällöstä.Napsauta tätä lähettääksesi meille sähköpostin, jossa kerrotaan kaikista tämän artikkelin sisältämistä virheistä tai puutteista.