آرتور ماتوک، ریاضیدان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، زمانی گفت: «غیر خطی بودن به این معنی است که حل آن دشوار است».اما زمانی که غیرخطی بودن برای بارهای الکتریکی اعمال می شود باید به آن پرداخت، زیرا جریان های هارمونیک تولید می کند و بر توزیع توان تأثیر منفی می گذارد - و هزینه بر است.در اینجا، Marek Lukaszczyk، مدیر بازاریابی اروپا و خاورمیانه WEG، تولید کننده و تامین کننده جهانی فناوری موتور و درایو، نحوه کاهش هارمونیک ها در کاربردهای اینورتر را توضیح می دهد.
لامپ های فلورسنت، منابع تغذیه سوئیچینگ، کوره های قوس الکتریکی، یکسو کننده ها و مبدل های فرکانس.همه اینها نمونه هایی از دستگاه هایی با بارهای غیر خطی هستند، به این معنی که دستگاه ولتاژ و جریان را به صورت پالس های کوتاه ناگهانی جذب می کند.آنها با دستگاه هایی که بارهای خطی دارند - مانند موتورها، بخاری های فضایی، ترانسفورماتورهای برق دار و لامپ های رشته ای متفاوت هستند.برای بارهای خطی، رابطه بین شکل موج ولتاژ و جریان سینوسی است و جریان در هر زمان متناسب با ولتاژ بیان شده توسط قانون اهم است.
یکی از مشکلات همه بارهای غیر خطی این است که جریان های هارمونیک تولید می کنند.هارمونیک ها اجزای فرکانسی هستند که معمولاً بالاتر از فرکانس اصلی منبع تغذیه، بین 50 یا 60 هرتز (هرتز) هستند و به جریان اصلی اضافه می شوند.این جریان های اضافی باعث اعوجاج شکل موج ولتاژ سیستم و کاهش ضریب توان آن می شود.
جریان های هارمونیک در سیستم الکتریکی می توانند اثرات نامطلوب دیگری مانند اعوجاج ولتاژ در نقاط اتصال با بارهای دیگر و گرم شدن بیش از حد کابل ها ایجاد کنند.در این موارد، اندازه گیری اعوجاج هارمونیک کل (THD) می تواند به ما بگوید که چه مقدار از اعوجاج ولتاژ یا جریان توسط هارمونیک ها ایجاد می شود.
در این مقاله به بررسی نحوه کاهش هارمونیک در کاربردهای اینورتر بر اساس توصیه‌های صنعت برای نظارت و تفسیر صحیح پدیده‌هایی که باعث مشکلات کیفیت انرژی می‌شوند، می‌پردازیم.
بریتانیا از توصیه مهندسی (EREC) G5 انجمن شبکه انرژی (ENA) به عنوان یک روش خوب برای مدیریت اعوجاج ولتاژ هارمونیک در سیستم های انتقال و شبکه های توزیع استفاده می کند.در اتحادیه اروپا، این توصیه‌ها معمولاً در دستورالعمل‌های سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) آمده است، که شامل استانداردهای مختلف کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیکی (IEC) مانند IEC 60050 است. IEEE 519 معمولاً یک استاندارد آمریکای شمالی است، اما شایان ذکر است که IEEE 519 بر سیستم های توزیع تمرکز دارد تا دستگاه های فردی.
هنگامی که سطوح هارمونیک توسط شبیه سازی یا اندازه گیری تعیین می شوند، راه های زیادی برای به حداقل رساندن آنها وجود دارد تا آنها را در محدوده های قابل قبول نگه دارند.اما حد قابل قبول چقدر است؟
از آنجایی که حذف همه هارمونیک ها از نظر اقتصادی امکان پذیر یا غیرممکن نیست، دو استاندارد بین المللی EMC وجود دارد که با تعیین حداکثر مقدار جریان هارمونیک، اعوجاج ولتاژ منبع تغذیه را محدود می کند.آنها استاندارد IEC 61000-3-2، مناسب برای تجهیزات با جریان نامی تا 16 A (A) و ≤ 75 A در هر فاز، و استاندارد IEC 61000-3-12، مناسب برای تجهیزات بالاتر از 16 A هستند.
محدودیت هارمونیک های ولتاژ باید این باشد که THD (V) نقطه کوپلینگ مشترک (PCC) در ≤ 5٪ نگه داشته شود.PCC نقطه ای است که هادی های الکتریکی سیستم توزیع برق به هادی های مشتری و هرگونه انتقال برق بین مشتری و سیستم توزیع برق متصل می شود.
توصیه ≤ 5٪ به عنوان تنها نیاز برای بسیاری از برنامه ها استفاده شده است.به همین دلیل است که در بسیاری از موارد، فقط استفاده از یک اینورتر با یکسو کننده 6 پالس و راکتانس ورودی یا سلف اتصال جریان مستقیم (DC) برای برآورده کردن حداکثر توصیه اعوجاج ولتاژ کافی است.البته، در مقایسه با یک اینورتر 6 پالسی بدون سلف در لینک، استفاده از یک اینورتر با یک سلف پیوند DC (مانند CFW11، CFW700 و CFW500 خود WEG) می تواند تابش هارمونیک را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
در غیر این صورت چندین گزینه دیگر برای کاهش هارمونیک سیستم در کاربردهای اینورتر وجود دارد که در اینجا به معرفی آنها می پردازیم.
یک راه حل برای کاهش هارمونیک ها استفاده از اینورتر با یکسو کننده 12 پالس است.با این حال، این روش معمولا فقط زمانی استفاده می شود که یک ترانسفورماتور از قبل نصب شده باشد.برای چندین اینورتر متصل به یک لینک DC؛یا اگر یک نصب جدید نیاز به ترانسفورماتور اختصاص داده شده به اینورتر دارد.علاوه بر این، این محلول برای توانی که معمولاً بیشتر از 500 کیلووات (کیلووات) است مناسب است.
روش دیگر استفاده از یک اینورتر درایو جریان فعال 6 پالس (AC) با فیلتر غیرفعال در ورودی است.این روش می تواند سطوح مختلف ولتاژ را هماهنگ کند - ولتاژهای هارمونیک بین متوسط ​​(MV)، ولتاژ بالا (HV) و ولتاژ فوق العاده بالا (EHV) - و از سازگاری پشتیبانی می کند و اثرات نامطلوب بر تجهیزات حساس مشتریان را حذف می کند.اگرچه این یک راه حل سنتی برای کاهش هارمونیک است، اما باعث افزایش تلفات حرارتی و کاهش ضریب توان می شود.
این ما را به راه مقرون به صرفه تری برای کاهش هارمونیک ها می رساند: استفاده از یک اینورتر با یکسو کننده 18 پالس، یا به ویژه یک درایو DC-AC که توسط یک پیوند DC از طریق یکسوساز 18 پالس و یک ترانسفورماتور تغییر فاز تغذیه می شود.یکسو کننده پالس چه 12 پالسی یا 18 پالس همان راه حل است.اگرچه این یک راه حل سنتی برای کاهش هارمونیک است، اما به دلیل هزینه بالای آن، معمولاً تنها زمانی استفاده می شود که ترانسفورماتور نصب شده باشد یا ترانسفورماتور مخصوص اینورتر برای نصب جدید مورد نیاز باشد.قدرت معمولاً بیشتر از 500 کیلو وات است.
برخی از روش های سرکوب هارمونیک باعث افزایش تلفات حرارتی و کاهش ضریب توان می شوند، در حالی که روش های دیگر می توانند عملکرد سیستم را بهبود بخشند.راه حل خوبی که پیشنهاد می کنیم استفاده از فیلترهای فعال WEG با درایوهای AC 6 پالس است.این یک راه حل عالی برای حذف هارمونیک های تولید شده توسط دستگاه های مختلف است
در نهایت، زمانی که توان دوباره به شبکه تولید شود، یا زمانی که چندین موتور توسط یک لینک DC به حرکت در می‌آیند، راه‌حل دیگری جذاب است.یعنی از یک درایو احیا کننده جلو فعال (AFE) و فیلتر LCL استفاده می شود.در این حالت، درایور دارای یک یکسو کننده فعال در ورودی است و با محدودیت های توصیه شده مطابقت دارد.
برای اینورترهای بدون پیوند DC - مانند اینورترهای CFW500، CFW300، CFW100 و MW500 خود WEG - کلید کاهش هارمونیک، راکتانس شبکه است.این نه تنها مشکل هارمونیک را حل می کند، بلکه مشکل ذخیره شدن انرژی در بخش راکتیو اینورتر و بی اثر شدن را نیز حل می کند.با کمک راکتانس شبکه، یک اینورتر تک فاز با فرکانس بالا که توسط یک شبکه تشدید بارگذاری شده است، می تواند برای تحقق راکتانس قابل کنترل استفاده شود.مزیت این روش این است که انرژی ذخیره شده در عنصر راکتانس کمتر و اعوجاج هارمونیک کمتر است.
راه های عملی دیگری برای مقابله با هارمونیک ها وجود دارد.یکی افزایش تعداد بارهای خطی نسبت به بارهای غیر خطی است.روش دیگر جداسازی سیستم های منبع تغذیه برای بارهای خطی و غیر خطی است به طوری که محدودیت های THD ولتاژ متفاوتی بین 5 تا 10 درصد وجود داشته باشد.این روش با توصیه های مهندسی فوق الذکر (EREC) G5 و EREC G97 مطابقت دارد که برای ارزیابی اعوجاج ولتاژ هارمونیک نیروگاه ها و تجهیزات غیرخطی و رزونانسی استفاده می شود.
روش دیگر استفاده از یکسو کننده با تعداد پالس بیشتر و تغذیه آن به ترانسفورماتور با چند مرحله ثانویه است.ترانسفورماتورهای چند سیم پیچ با چند سیم پیچ اولیه یا ثانویه می توانند در نوع خاصی از پیکربندی به یکدیگر متصل شوند تا سطح ولتاژ خروجی مورد نیاز را فراهم کنند یا بارهای متعدد را در خروجی هدایت کنند و از این طریق گزینه های بیشتری را در سیستم توزیع برق و انعطاف پذیری ارائه دهند.
در نهایت، عملیات درایو احیا کننده AFE که در بالا ذکر شد وجود دارد.درایوهای اصلی AC قابل تجدید نیستند، به این معنی که نمی توانند انرژی را به منبع برق برگردانند - این به ویژه کافی نیست، زیرا در برخی از برنامه ها، بازیابی انرژی برگشتی یک نیاز خاص است.اگر انرژی احیا کننده نیاز به بازگشت به منبع برق AC باشد، این نقش درایو احیا کننده است.یکسو کننده های ساده با اینورترهای AFE جایگزین می شوند و از این طریق می توان انرژی را بازیابی کرد.
این روش ها گزینه های مختلفی را برای مبارزه با هارمونیک ها ارائه می دهند و برای انواع مختلف سیستم های توزیع برق مناسب هستند.اما همچنین می توانند در کاربردهای مختلف در مصرف انرژی و هزینه به میزان قابل توجهی صرفه جویی کنند و با استانداردهای بین المللی مطابقت داشته باشند.این مثال‌ها نشان می‌دهند که تا زمانی که از فناوری صحیح اینورتر استفاده شود، حل مسئله غیرخطی دشوار نخواهد بود.
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
فرآیند و کنترل Today هیچ مسئولیتی در قبال محتوای مقالات و تصاویر ارسالی یا تولید شده خارجی ندارد.اینجا را کلیک کنید تا یک ایمیل برای ما ارسال کنید و به ما از هرگونه خطا یا حذفیات موجود در این مقاله اطلاع دهید.