"Ikke-linearitet betyder, at det er svært at løse," sagde Arthur Mattuck, en matematiker ved Massachusetts Institute of Technology (MIT), engang.Men det bør behandles, når ikke-linearitet påføres elektriske belastninger, fordi det genererer harmoniske strømme og negativt påvirker strømfordelingen - og det er dyrt.Her forklarer Marek Lukaszczyk, europæisk og mellemøstlig marketingchef for WEG, en global producent og leverandør af motor- og drivteknologi, hvordan man afbøder harmoniske i inverterapplikationer.
Fluorescerende lamper, skiftende strømforsyninger, lysbueovne, ensrettere og frekvensomformere.Alle disse er eksempler på enheder med ikke-lineære belastninger, hvilket betyder, at enheden optager spænding og strøm i form af pludselige korte impulser.De er forskellige fra enheder, der har lineære belastninger - såsom motorer, rumvarmere, transformatorer, der er strømførende, og glødepærer.For lineære belastninger er forholdet mellem spændings- og strømbølgeformer sinusformet, og strømmen til enhver tid er proportional med den spænding, der udtrykkes af Ohms lov.
Et problem med alle ikke-lineære belastninger er, at de genererer harmoniske strømme.Overtoner er frekvenskomponenter, der normalt er højere end strømforsyningens grundfrekvens, mellem 50 eller 60 Hertz (Hz), og lægges til grundstrømmen.Disse ekstra strømme vil forårsage forvrængning af systemets spændingsbølgeform og reducere dens effektfaktor.
Harmoniske strømme, der flyder i det elektriske system, kan give andre uønskede virkninger, såsom spændingsforvrængning ved sammenkoblingspunkter med andre belastninger og overophedning af kabler.I disse tilfælde kan målingen af ​​total harmonisk forvrængning (THD) fortælle os, hvor meget af spændingen eller strømforvrængningen, der er forårsaget af harmoniske.
I denne artikel vil vi studere, hvordan man reducerer harmoniske i inverterapplikationer baseret på industrianbefalinger for korrekt overvågning og fortolkning af fænomener, der forårsager problemer med energikvaliteten.
Storbritannien bruger Engineering Recommendation (EREC) G5 fra Energy Network Association (ENA) som en god praksis til håndtering af harmonisk spændingsforvrængning i transmissionssystemer og distributionsnetværk.I Den Europæiske Union er disse anbefalinger normalt indeholdt i direktiver om elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), som omfatter forskellige standarder fra International Electrotechnical Commission (IEC), såsom IEC 60050. IEEE 519 er normalt en nordamerikansk standard, men det er værd at bemærke, at IEEE 519 fokuserer på distributionssystemer snarere end individuelle enheder.
Når først de harmoniske niveauer er bestemt ved simulering eller måling, er der mange måder at minimere dem på for at holde dem inden for acceptable grænser.Men hvad er den acceptable grænse?
Da det ikke er økonomisk muligt eller umuligt at eliminere alle harmoniske, er der to EMC internationale standarder, der begrænser forvrængning af strømforsyningsspændingen ved at specificere den maksimale værdi af den harmoniske strøm.De er IEC 61000-3-2-standarden, egnet til udstyr med en mærkestrøm på op til 16 A (A) og ≤ 75 A pr. fase, og IEC 61000-3-12-standarden, egnet til udstyr over 16 A.
Grænsen for spændingsharmoniske bør være at holde THD (V) for punktet for fælles kobling (PCC) på ≤ 5 %.PCC er det punkt, hvor strømdistributionssystemets elektriske ledere er forbundet med kundelederne og enhver kraftoverførsel mellem kunden og strømdistributionssystemet.
En anbefaling på ≤ 5% er blevet brugt som det eneste krav til mange applikationer.Derfor er det i mange tilfælde tilstrækkeligt at bruge en inverter med en 6-puls ensretter og indgangsreaktans eller jævnstrømsforbindelse (DC) til at opfylde den maksimale spændingsforvrængningsanbefaling.Sammenlignet med en 6-puls inverter uden induktor i forbindelsen, kan brug af en inverter med en DC-link induktor (såsom WEGs egen CFW11, CFW700 og CFW500) naturligvis reducere harmonisk stråling betydeligt.
Ellers er der flere andre muligheder for at reducere systemharmoniske i inverterapplikationer, som vi vil introducere her.
En løsning til at reducere harmoniske er at bruge en inverter med en 12-puls ensretter.Denne metode bruges dog normalt kun, når en transformer allerede er installeret;for flere invertere forbundet til samme DC-link;eller hvis en ny installation kræver en transformer dedikeret til inverteren.Derudover er denne løsning velegnet til effekt, der normalt er større end 500 kilowatt (kW).
En anden metode er at bruge en 6-puls aktiv strøm (AC) omformer med et passivt filter ved indgangen.Denne metode kan koordinere forskellige spændingsniveauer - harmoniske spændinger mellem medium (MV), højspænding (HV) og ekstra høj spænding (EHV) - og understøtter kompatibilitet og eliminerer negative virkninger på kundernes følsomme udstyr.Selvom dette er en traditionel løsning til at reducere harmoniske, vil det øge varmetabet og reducere effektfaktoren.
Dette bringer os til en mere omkostningseffektiv måde at reducere harmoniske på: Brug en inverter med en 18-puls ensretter, eller især et DC-AC-drev drevet af et DC-link gennem en 18-puls ensretter og en faseskiftende transformer.Impulsensretteren er den samme løsning uanset om den er 12-puls eller 18-puls.Selvom dette er en traditionel løsning til at reducere harmoniske, bruges den på grund af dens høje omkostninger normalt kun, når der er installeret en transformer, eller der kræves en speciel transformer til inverteren til en ny installation.Effekten er normalt større end 500 kW.
Nogle harmoniske undertrykkelsesmetoder øger varmetabet og reducerer effektfaktoren, mens andre metoder kan forbedre systemets ydeevne.En god løsning, vi anbefaler, er at bruge WEG aktive filtre med 6-puls AC-drev.Dette er en fremragende løsning til at eliminere harmoniske genereret af forskellige enheder
Endelig, når strøm kan regenereres til nettet, eller når flere motorer drives af et enkelt DC-link, er en anden løsning attraktiv.Det vil sige, at der bruges en aktiv frontend (AFE) regenerativ drev og LCL-filter.I dette tilfælde har driveren en aktiv ensretter ved indgangen og overholder de anbefalede grænser.
For invertere uden et DC-link - såsom WEG's egne CFW500, CFW300, CFW100 og MW500 invertere - er nøglen til at reducere harmoniske netværksreaktansen.Dette løser ikke kun det harmoniske problem, men løser også problemet med, at energi bliver lagret i den reaktive del af inverteren og bliver ineffektiv.Ved hjælp af netværksreaktans kan en højfrekvent enfaset inverter belastet af et resonansnetværk bruges til at realisere kontrollerbar reaktans.Fordelen ved denne metode er, at energien lagret i reaktanselementet er lavere, og den harmoniske forvrængning er lavere.
Der er andre praktiske måder at håndtere harmoniske på.Den ene er at øge antallet af lineære belastninger i forhold til ikke-lineære belastninger.En anden metode er at adskille strømforsyningssystemerne for lineære og ikke-lineære belastninger, så der er forskellige spændings-THD-grænser mellem 5% og 10%.Denne metode overholder de ovennævnte tekniske anbefalinger (EREC) G5 og EREC G97, som bruges til at evaluere den harmoniske spændingsforvrængning af ikke-lineære og resonante anlæg og udstyr.
En anden metode er at bruge en ensretter med et større antal impulser og føre den ind i en transformer med flere sekundære trin.Multiviklingstransformatorer med flere primære eller sekundære viklinger kan forbindes til hinanden i en speciel type konfiguration for at give det nødvendige udgangsspændingsniveau eller for at drive flere belastninger ved udgangen, og derved give flere muligheder inden for strømfordeling og fleksibilitetssystem.
Endelig er der den regenerative drivdrift af AFE nævnt ovenfor.Grundlæggende AC-drev er ikke vedvarende, hvilket betyder, at de ikke kan returnere energi til strømkilden - dette er især ikke nok, for i nogle applikationer er genvinding af den returnerede energi et specifikt krav.Hvis den regenerative energi skal returneres til AC-strømkilden, er det det regenerative drevs rolle.Simple ensrettere erstattes af AFE-invertere, og energi kan genvindes på denne måde.
Disse metoder giver en række muligheder for at bekæmpe harmoniske og er velegnede til forskellige typer strømfordelingssystemer.Men de kan også spare energi og omkostninger betydeligt i forskellige applikationer og overholde internationale standarder.Disse eksempler viser, at så længe den korrekte inverterteknologi anvendes, vil ikke-linearitetsproblemet ikke være svært at 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
Proces og kontrol Today er ikke ansvarlig for indholdet af indsendte eller eksternt producerede artikler og billeder.Klik her for at sende os en e-mail, der informerer os om eventuelle fejl eller udeladelser i denne artikel.