"Niet-lineariteit betekent dat het moeilijk op te lossen is", zei Arthur Mattuck, een wiskundige aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), ooit.Maar het moet worden aangepakt wanneer niet-lineariteit wordt toegepast op elektrische belastingen, omdat het harmonische stromen genereert en de stroomverdeling negatief beïnvloedt - en het is kostbaar.Hier legt Marek Lukaszczyk, marketingmanager voor Europa en het Midden-Oosten van WEG, een wereldwijde fabrikant en leverancier van motor- en aandrijftechnologie, uit hoe harmonischen in invertertoepassingen kunnen worden beperkt.
Fluorescentielampen, schakelende voedingen, vlamboogovens, gelijkrichters en frequentieomvormers.Dit zijn allemaal voorbeelden van apparaten met niet-lineaire belastingen, wat betekent dat het apparaat spanning en stroom absorbeert in de vorm van plotselinge korte pulsen.Ze verschillen van apparaten met lineaire belastingen, zoals motoren, ruimteverwarmingstoestellen, transformatoren die onder spanning staan ​​en gloeilampen.Voor lineaire belastingen is de relatie tussen spannings- en stroomgolfvormen sinusvormig en is de stroom op elk moment evenredig met de spanning uitgedrukt door de wet van Ohm.
Een probleem met alle niet-lineaire belastingen is dat ze harmonische stromen genereren.Harmonischen zijn frequentiecomponenten die meestal hoger zijn dan de grondfrequentie van de voeding, tussen 50 of 60 Hertz (Hz), en worden toegevoegd aan de grondstroom.Deze extra stromen veroorzaken vervorming van de systeemspanningsgolfvorm en verminderen de arbeidsfactor.
Harmonische stromen die in het elektrische systeem stromen, kunnen andere ongewenste effecten veroorzaken, zoals spanningsvervorming op verbindingspunten met andere belastingen en oververhitting van kabels.In deze gevallen kan de meting van de totale harmonische vervorming (THD) ons vertellen hoeveel van de spannings- of stroomvervorming wordt veroorzaakt door harmonischen.
In dit artikel zullen we bestuderen hoe harmonischen in invertertoepassingen kunnen worden verminderd op basis van aanbevelingen uit de industrie voor de juiste monitoring en interpretatie van fenomenen die problemen met de energiekwaliteit veroorzaken.
Het VK gebruikt de Engineering Recommendation (EREC) G5 van de Energy Network Association (ENA) als een goede praktijk voor het beheer van harmonische spanningsvervorming in transmissiesystemen en distributienetwerken.In de Europese Unie zijn deze aanbevelingen meestal opgenomen in richtlijnen voor elektromagnetische compatibiliteit (EMC), die verschillende normen van de International Electrotechnical Commission (IEC) omvatten, zoals IEC 60050. IEEE 519 is meestal een Noord-Amerikaanse norm, maar het is vermeldenswaard dat IEEE 519 richt zich op distributiesystemen in plaats van op individuele apparaten.
Zodra de harmonische niveaus zijn bepaald door simulatie of meting, zijn er veel manieren om ze te minimaliseren om ze binnen aanvaardbare grenzen te houden.Maar wat is de acceptabele grens?
Aangezien het economisch niet haalbaar of onmogelijk is om alle harmonischen te elimineren, zijn er twee internationale EMC-normen die de vervorming van de voedingsspanning beperken door de maximale waarde van de harmonische stroom te specificeren.Ze zijn de norm IEC 61000-3-2, geschikt voor apparatuur met een nominale stroom tot 16 A (A) en ≤ 75 A per fase, en de norm IEC 61000-3-12, geschikt voor apparatuur boven 16 A.
De limiet voor spanningsharmonischen moet zijn om de THD (V) van het gemeenschappelijke koppelingspunt (PCC) op ≤ 5% te houden.PCC is het punt waar de elektrische geleiders van het energiedistributiesysteem zijn verbonden met de klantgeleiders en elke stroomtransmissie tussen de klant en het energiedistributiesysteem.
Voor veel toepassingen is een aanbeveling van ≤ 5% als enige vereiste gehanteerd.Dit is de reden waarom in veel gevallen alleen het gebruik van een omvormer met een 6-pulsgelijkrichter en ingangsreactantie of gelijkstroom (DC) tusseninductor voldoende is om te voldoen aan de maximale aanbevolen spanningsvervorming.Natuurlijk, in vergelijking met een 6-pulsomvormer zonder inductor in de link, kan het gebruik van een omvormer met een DC-link-inductor (zoals WEG's eigen CFW11, CFW700 en CFW500) de harmonische straling aanzienlijk verminderen.
Anders zijn er verschillende andere opties om systeemharmonischen in omvormertoepassingen te verminderen, die we hier zullen introduceren.
Een oplossing om harmonischen te verminderen is het gebruik van een omvormer met een 12-pulsgelijkrichter.Deze methode wordt echter meestal alleen gebruikt als er al een transformator is geïnstalleerd;voor meerdere omvormers aangesloten op dezelfde DC-tussenkring;of als voor een nieuwe installatie een speciale transformator voor de omvormer nodig is.Daarnaast is deze oplossing geschikt voor een vermogen dat doorgaans groter is dan 500 kilowatt (kW).
Een andere methode is het gebruik van een 6-puls actieve stroomomvormer (AC) met een passief filter aan de ingang.Deze methode kan verschillende spanningsniveaus coördineren - harmonische spanningen tussen middenspanning (MV), hoge spanning (HV) en extra hoge spanning (EHV) - en ondersteunt compatibiliteit en elimineert nadelige effecten op de gevoelige apparatuur van klanten.Hoewel dit een traditionele oplossing is om harmonischen te verminderen, zal het warmteverlies verhogen en de arbeidsfactor verminderen.
Dit brengt ons bij een meer kosteneffectieve manier om harmonischen te verminderen: gebruik een omvormer met een 18-pulsgelijkrichter, of vooral een DC-AC-aandrijving die wordt gevoed door een DC-tussenkring via een 18-pulsgelijkrichter en een faseverschuivende transformator.De pulsgelijkrichter is dezelfde oplossing, of het nu 12-puls of 18-puls is.Hoewel dit een traditionele oplossing is om harmonischen te verminderen, wordt het vanwege de hoge kosten meestal alleen gebruikt als er een transformator is geïnstalleerd of als er een speciale transformator voor de omvormer nodig is voor een nieuwe installatie.Het vermogen is meestal groter dan 500 kW.
Sommige methoden voor het onderdrukken van harmonischen verhogen het warmteverlies en verminderen de vermogensfactor, terwijl andere methoden de systeemprestaties kunnen verbeteren.Een goede oplossing die wij aanbevelen is het gebruik van WEG actieve filters met 6-puls frequentieregelaars.Dit is een uitstekende oplossing om harmonischen te elimineren die door verschillende apparaten worden gegenereerd
Tot slot, wanneer stroom kan worden geregenereerd naar het net, of wanneer meerdere motoren worden aangedreven door een enkele DC-tussenkring, is een andere oplossing aantrekkelijk.Dat wil zeggen, er worden een actieve front-end (AFE) regeneratieve aandrijving en een LCL-filter gebruikt.In dit geval heeft de driver een actieve gelijkrichter aan de ingang en voldoet hij aan de aanbevolen limieten.
Voor omvormers zonder een DC-link, zoals WEG's eigen CFW500-, CFW300-, CFW100- en MW500-omvormers, is de netwerkreactantie de sleutel tot het verminderen van harmonischen.Dit lost niet alleen het harmonische probleem op, maar lost ook het probleem op dat energie wordt opgeslagen in het reactieve deel van de omvormer en ineffectief wordt.Met behulp van netwerkreactantie kan een hoogfrequente eenfasige omvormer die wordt belast door een resonerend netwerk worden gebruikt om regelbare reactantie te realiseren.Het voordeel van deze methode is dat de in het reactantie-element opgeslagen energie lager is en de harmonische vervorming lager.
Er zijn andere praktische manieren om met harmonischen om te gaan.Een daarvan is het verhogen van het aantal lineaire belastingen ten opzichte van niet-lineaire belastingen.Een andere methode is om de voedingssystemen te scheiden voor lineaire en niet-lineaire belastingen, zodat er verschillende spannings-THD-limieten zijn tussen 5% en 10%.Deze methode voldoet aan de bovengenoemde technische aanbevelingen (EREC) G5 en EREC G97, die worden gebruikt om de harmonische spanningsvervorming van niet-lineaire en resonerende installaties en apparatuur te evalueren.
Een andere methode is om een ​​gelijkrichter met een groter aantal pulsen te gebruiken en deze in een transformator met meerdere secundaire trappen te voeren.Transformatoren met meerdere wikkelingen met meerdere primaire of secundaire wikkelingen kunnen met elkaar worden verbonden in een speciaal type configuratie om het vereiste uitgangsspanningsniveau te leveren of om meerdere belastingen aan de uitgang aan te drijven, waardoor er meer opties zijn voor de stroomverdeling en het flexibiliteitssysteem.
Ten slotte is er de regeneratieve aandrijving van de hierboven genoemde AFE.Standaard frequentieregelaars zijn niet hernieuwbaar, wat betekent dat ze geen energie kunnen terugvoeren naar de stroombron. Dit is vooral niet genoeg, omdat in sommige toepassingen het terugwinnen van de teruggevoerde energie een specifieke vereiste is.Als de regeneratieve energie moet worden teruggevoerd naar de wisselstroombron, is dit de rol van de regeneratieve aandrijving.Eenvoudige gelijkrichters worden vervangen door AFE-omvormers en zo kan energie worden teruggewonnen.
Deze methoden bieden verschillende mogelijkheden om harmonischen tegen te gaan en zijn geschikt voor verschillende soorten stroomverdeelsystemen.Maar ze kunnen ook aanzienlijk energie en kosten besparen in verschillende toepassingen en voldoen aan internationale normen.Deze voorbeelden laten zien dat zolang de juiste invertertechnologie wordt gebruikt, het niet-lineariteitsprobleem niet moeilijk op te lossen zal zijn.
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 en controle Today is niet verantwoordelijk voor de inhoud van ingezonden of extern geproduceerde artikelen en afbeeldingen.Klik hier om ons een e-mail te sturen waarin u ons op de hoogte stelt van eventuele fouten of weglatingen in dit artikel.