«Нелинейность означает, что ее трудно решить», — сказал однажды Артур Маттак, математик из Массачусетского технологического института (MIT).Но это следует учитывать, когда нелинейность применяется к электрическим нагрузкам, потому что она генерирует гармонические токи и отрицательно влияет на распределение мощности, а это дорого обходится.Здесь Марек Лукащик, менеджер по маркетингу в Европе и на Ближнем Востоке компании WEG, мирового производителя и поставщика технологий двигателей и приводов, объясняет, как уменьшить гармоники в инверторных приложениях.
Люминесцентные лампы, импульсные источники питания, электродуговые печи, выпрямители и преобразователи частоты.Все это примеры устройств с нелинейными нагрузками, что означает, что устройство поглощает напряжение и ток в виде внезапных коротких импульсов.Они отличаются от устройств с линейной нагрузкой, таких как двигатели, обогреватели, трансформаторы под напряжением и лампы накаливания.Для линейных нагрузок соотношение между формами сигналов напряжения и тока является синусоидальным, а ток в любой момент времени пропорционален напряжению, выраженному законом Ома.
Одна проблема со всеми нелинейными нагрузками заключается в том, что они генерируют гармонические токи.Гармоники — это частотные составляющие, которые обычно выше основной частоты источника питания, в диапазоне от 50 до 60 герц (Гц), и добавляются к основной частоте тока.Эти дополнительные токи вызовут искажение формы сигнала напряжения системы и снизят ее коэффициент мощности.
Гармонические токи, протекающие в электрической системе, могут вызывать другие нежелательные эффекты, такие как искажение напряжения в точках соединения с другими нагрузками и перегрев кабелей.В этих случаях измерение полного гармонического искажения (THD) может сказать нам, какая часть искажения напряжения или тока вызвана гармониками.
В этой статье мы изучим, как уменьшить гармоники в инверторных приложениях на основе отраслевых рекомендаций по правильному мониторингу и интерпретации явлений, вызывающих проблемы с качеством энергии.
Великобритания использует Техническую рекомендацию (EREC) G5 Ассоциации энергетических сетей (ENA) в качестве передового метода управления гармоническими искажениями напряжения в системах передачи и распределительных сетях.В Европейском Союзе эти рекомендации обычно содержатся в директивах по электромагнитной совместимости (ЭМС), которые включают в себя различные стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК), такие как IEC 60050. IEEE 519 обычно является стандартом Северной Америки, но стоит отметить, что IEEE 519 фокусируется на системах распределения, а не на отдельных устройствах.
После того как уровни гармоник определены с помощью моделирования или измерений, существует множество способов минимизировать их, чтобы удерживать в допустимых пределах.Но каков допустимый предел?
Поскольку устранить все гармоники экономически нецелесообразно или невозможно, существуют два международных стандарта ЭМС, которые ограничивают искажения напряжения питания, указывая максимальное значение гармонического тока.Это стандарт IEC 61000-3-2, подходящий для оборудования с номинальным током до 16 А (А) и ≤ 75 А на фазу, и стандарт IEC 61000-3-12, подходящий для оборудования свыше 16 А.
Ограничение гармоник напряжения должно поддерживать THD (V) точки общего соединения (PCC) на уровне ≤ 5%.PCC - это точка, в которой электрические проводники системы распределения электроэнергии соединяются с проводниками потребителя и любой передачей электроэнергии между потребителем и системой распределения электроэнергии.
Рекомендация ≤ 5% использовалась как единственное требование для многих применений.Вот почему во многих случаях достаточно просто использовать инвертор с 6-импульсным выпрямителем и входным реактивным сопротивлением или дросселем постоянного тока, чтобы выполнить рекомендации по максимальному искажению напряжения.Конечно, по сравнению с 6-импульсным инвертором без дросселя в звене, использование инвертора с индуктором в звене постоянного тока (например, CFW11, CFW700 и CFW500 собственной разработки WEG) может значительно уменьшить излучение гармоник.
В противном случае есть несколько других вариантов снижения системных гармоник в инверторных приложениях, которые мы представим здесь.
Одним из решений по снижению гармоник является использование инвертора с 12-импульсным выпрямителем.Однако этот метод обычно используется только в том случае, если трансформатор уже установлен;для нескольких инверторов, подключенных к одному звену постоянного тока;или если для новой установки требуется трансформатор, предназначенный для инвертора.Кроме того, это решение подходит для мощности, которая обычно превышает 500 киловатт (кВт).
Другой метод заключается в использовании 6-импульсного инвертора активного тока (AC) с пассивным фильтром на входе.Этот метод может координировать различные уровни напряжения — гармонические напряжения между средним (СН), высоким напряжением (ВН) и сверхвысоким напряжением (СВН) — и поддерживает совместимость и устраняет неблагоприятное воздействие на чувствительное оборудование клиентов.Хотя это традиционное решение для снижения гармоник, оно увеличивает потери тепла и снижает коэффициент мощности.
Это приводит нас к более экономичному способу снижения гармоник: использовать инвертор с 18-импульсным выпрямителем или особенно привод постоянного тока, питаемый от звена постоянного тока через 18-импульсный выпрямитель и фазосдвигающий трансформатор.Импульсный выпрямитель — это одно и то же решение, независимо от того, 12-пульсный он или 18-пульсный.Хотя это традиционное решение для снижения гармоник, из-за его высокой стоимости оно обычно используется только тогда, когда уже установлен трансформатор или для новой установки требуется специальный трансформатор для инвертора.Мощность обычно превышает 500 кВт.
Некоторые методы подавления гармоник увеличивают потери тепла и снижают коэффициент мощности, в то время как другие методы могут улучшить производительность системы.Хорошим решением, которое мы рекомендуем, является использование активных фильтров WEG с 6-импульсными приводами переменного тока.Это отличное решение для устранения гармоник, создаваемых различными устройствами.
Наконец, когда энергию можно регенерировать в сеть или когда несколько двигателей приводятся в действие одним звеном постоянного тока, привлекательно другое решение.То есть используется рекуперативный привод с активным передним концом (AFE) и фильтр LCL.В этом случае драйвер имеет на входе активный выпрямитель и соблюдает рекомендуемые ограничения.
Для инверторов без звена постоянного тока, таких как собственные инверторы WEG CFW500, CFW300, CFW100 и MW500, ключом к снижению гармоник является реактивное сопротивление сети.Это не только решает проблему гармоник, но также решает проблему накопления энергии в реактивной части инвертора и ее потери.С помощью реактивного сопротивления сети можно использовать высокочастотный однофазный инвертор, нагруженный резонансной сетью, для реализации управляемого реактивного сопротивления.Преимущество этого метода заключается в том, что энергия, запасенная в реактивном элементе, ниже, а гармонические искажения ниже.
Есть и другие практические способы борьбы с гармониками.Один из них заключается в увеличении количества линейных нагрузок по сравнению с нелинейными нагрузками.Другой метод заключается в разделении систем электропитания для линейных и нелинейных нагрузок таким образом, чтобы существовали разные пределы THD напряжения от 5% до 10%.Этот метод соответствует вышеупомянутым инженерным рекомендациям (EREC) G5 и EREC G97, которые используются для оценки гармонических искажений напряжения нелинейных и резонансных установок и оборудования.
Другой метод заключается в использовании выпрямителя с большим числом импульсов и подаче его на трансформатор с несколькими вторичными каскадами.Многообмоточные трансформаторы с несколькими первичными или вторичными обмотками могут быть соединены друг с другом в конфигурации особого типа для обеспечения требуемого уровня выходного напряжения или для управления несколькими нагрузками на выходе, тем самым предоставляя больше возможностей в распределении мощности и гибкости системы.
Наконец, существует рекуперативная работа привода упомянутого выше AFE.Базовые приводы переменного тока не являются возобновляемыми, что означает, что они не могут возвращать энергию в источник питания — этого особенно недостаточно, поскольку в некоторых приложениях рекуперация возвращенной энергии является особым требованием.Если регенеративная энергия должна быть возвращена в источник питания переменного тока, это роль рекуперативного привода.Простые выпрямители заменяются инверторами AFE, и таким образом можно рекуперировать энергию.
Эти методы обеспечивают множество вариантов борьбы с гармониками и подходят для различных типов систем распределения электроэнергии.Но они также могут значительно экономить энергию и затраты в различных приложениях и соответствовать международным стандартам.Эти примеры показывают, что если используется правильная инверторная технология, решить проблему нелинейности будет нетрудно.
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
Обработка и контроль Today не несет ответственности за содержание представленных или созданных извне статей и изображений.Нажмите здесь, чтобы отправить нам электронное письмо с информацией о любых ошибках или упущениях, содержащихся в этой статье.