Przetwornice częstotliwości są szeroko stosowane w branży systemów przekładni o zmiennej prędkości w produkcji przemysłowej.Ze względu na charakterystykę przełączania mocy obwodu prostownika falownika, na jego zasilaczu impulsowym generowane jest typowe dyskretne obciążenie systemu.Przetwornica częstotliwości zwykle działa jednocześnie z innymi urządzeniami, takimi jak komputery i czujniki znajdujące się na miejscu.Urządzenia te są najczęściej instalowane w pobliżu i mogą na siebie oddziaływać.Dlatego sprzęt energoelektroniczny reprezentowany przez przetwornicę częstotliwości jest jednym z ważnych źródeł harmonicznych w publicznej sieci elektroenergetycznej, a zanieczyszczenie harmoniczne generowane przez sprzęt energoelektroniczny stało się główną przeszkodą w rozwoju samej technologii energoelektronicznej.
1.1 Czym są harmoniczne
Podstawową przyczyną harmonicznych jest dyskretne obciążenie systemu.Kiedy prąd przepływa przez obciążenie, nie ma liniowej zależności z przyłożonym napięciem i przepływa prąd inny niż fala sinusoidalna, generując wyższe harmoniczne.Częstotliwości harmoniczne są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej.Zgodnie z zasadą analizy francuskiego matematyka Fouriera (M.Fouriera) każdy powtarzalny kształt fali można rozłożyć na składowe sinusoidalne, w tym częstotliwość podstawową i harmoniczne szeregu wielokrotności częstotliwości podstawowej.Harmoniczne to przebiegi sinusoidalne, a każdy przebieg sinusoidalny często ma inną częstotliwość, amplitudę i kąt fazowy.Harmoniczne można podzielić na parzyste i nieparzyste, trzecia, piąta i siódma liczba to nieparzyste harmoniczne, a druga, czternasta, szósta i ósma liczba to parzyste harmoniczne.Na przykład, gdy fala podstawowa wynosi 50 Hz, druga harmoniczna ma częstotliwość 10 Hz, a trzecia harmoniczna ma częstotliwość 150 Hz.Ogólnie rzecz biorąc, harmoniczne nieparzyste są bardziej szkodliwe niż harmoniczne parzyste.W zrównoważonym układzie trójfazowym, ze względu na symetrię, wyeliminowano parzyste harmoniczne i istnieją tylko nieparzyste.W przypadku obciążenia prostownika trójfazowego prąd harmoniczny wynosi 6n 1 harmoniczna, np. 5, 7, 11, 13, 17, 19 itd. Klucz softstartera powoduje pojawienie się 5. i 7. harmonicznej.
1.2 Odpowiednie normy dotyczące kontroli harmonicznych
Przy kontroli harmonicznych falownika należy zwrócić uwagę na następujące normy: normy przeciwzakłóceniowe: EN50082-1, -2, EN61800-3: normy promieniowania: EN5008l-1, -2, EN61800-3.Zwłaszcza IEC10003, IEC1800-3 (EN61800-3), IEC555 (EN60555) i IEEE519-1992.
Ogólne normy przeciwzakłóceniowe EN50081 i EN50082 oraz norma dotycząca przetwornic częstotliwości EN61800 (1ECl800-3) definiują poziomy promieniowania i przeciwzakłóceniowe urządzeń pracujących w różnych środowiskach.Powyższe normy określają dopuszczalne poziomy promieniowania w różnych warunkach środowiskowych: poziom L, brak limitu promieniowania.Jest odpowiedni dla użytkowników, którzy używają softstartów w nienaruszonym środowisku naturalnym oraz użytkowników, którzy samodzielnie rozwiązują ograniczenia źródeł promieniowania.Klasa h to limit określony w normie EN61800-3, pierwsze środowisko: rozkład graniczny, drugie środowisko.Jako opcja dla filtra częstotliwości radiowych, wyposażony w filtr częstotliwości radiowych, softstarter może spełnić wymagania komercyjne, które są zwykle stosowane w środowisku nieprzemysłowym.
2 Środki kontroli harmonicznych
Można rozwiązać problemy harmoniczne, można stłumić zakłócenia promieniowania i zakłócenia systemu zasilania, a także zastosować środki techniczne, takie jak ekranowanie, izolacja, uziemienie i filtrowanie.
(1) Zastosuj filtr pasywny lub filtr aktywny;
(2) Podnieś transformator, zmniejsz impedancję charakterystyczną obwodu i odłącz linię zasilającą;
(3) Użyj zielonego softstartera, bez zanieczyszczeń prądu impulsowego.
2.1 Stosowanie filtrów pasywnych lub aktywnych
Filtry pasywne nadają się do zmiany impedancji charakterystycznej zasilaczy impulsowych przy specjalnych częstotliwościach i nadają się do systemów, które są stabilne i niezmienne.Filtry aktywne nadają się do kompensacji dyskretnych obciążeń systemu.
Filtry pasywne nadają się do metod tradycyjnych.Filtr pasywny pojawił się jako pierwszy ze względu na prostą i przejrzystą konstrukcję, niskie inwestycje w projekt, wysoką niezawodność działania i niskie koszty eksploatacji.Pozostają kluczowym sposobem tłumienia prądów pulsacyjnych.Filtr LC jest tradycyjnym pasywnym urządzeniem tłumiącym harmoniczne wysokiego rzędu.Jest to odpowiednia kombinacja kondensatorów filtrujących, dławików i rezystorów, połączona równolegle ze źródłem harmonicznych wyższego rzędu.Oprócz funkcji filtrowania posiada również funkcję kompensacji nieprawidłowej.Takie urządzenia mają pewne wady nie do pokonania.Klucz jest bardzo łatwy do przeciążenia i wypali się po przeciążeniu, co spowoduje przekroczenie współczynnika mocy standardowego, kompensację i karę.Ponadto filtry pasywne wymknęły się spod kontroli, więc z biegiem czasu dodatkowa kruchość lub zmiany obciążenia sieci zmienią rezonans szeregowy i zmniejszą efekt filtra.Co ważniejsze, filtr pasywny może filtrować tylko jedną składową harmoniczną wyższego rzędu (jeśli istnieje filtr, może filtrować tylko trzecią harmoniczną), więc jeśli filtrowane są różne częstotliwości harmonicznych wyższego rzędu, można zastosować różne filtry w celu zwiększenia inwestycja w sprzęt.
W różnych krajach na świecie dostępnych jest wiele rodzajów filtrów aktywnych, które umożliwiają śledzenie i kompensację prądów impulsowych o różnych częstotliwościach i amplitudach, a impedancja charakterystyczna sieci energetycznej nie ma wpływu na charakterystykę kompensacji.Podstawowa teoria filtrów w energetyce czynnej narodziła się w latach 60-tych XX wieku, po czym nastąpiło udoskonalenie technologii układów scalonych o pełnej kontroli dużej, średniej i małej mocy wyjściowej, udoskonalenie układu sterowania z modulacją szerokości impulsu oraz harmonicznych w oparciu o teoria obciążenia biernego prędkości chwilowej.Jasna propozycja aktualnej metody monitorowania prędkości chwilowej doprowadziła do szybkiego rozwoju aktywnych filtrów elektroenergetycznych.Jego podstawową koncepcją jest monitorowanie prądu harmonicznego pochodzącego z celu kompensacji, a sprzęt kompensacyjny tworzy pasmo częstotliwości prądu kompensacyjnego o tej samej wielkości i przeciwnej polaryzacji co prąd harmoniczny, aby zrównoważyć prąd impulsowy powodowany przez prąd impulsowy źródło oryginalnej linii, a następnie wykonaj prąd sieci energetycznej. Uwzględniono tylko podstawowe porcje.Główną częścią jest generator fal harmonicznych i układ automatycznego sterowania, czyli działa on poprzez technologię cyfrowego przetwarzania obrazu, która steruje szybką triodą warstwy izolacyjnej.
Na tym etapie, w aspekcie specjalnej kontroli prądu impulsowego, pojawiły się filtry pasywne i filtry aktywne w postaci zastosowań komplementarnych i mieszanych, w pełni wykorzystujących zalety filtrów aktywnych, takie jak prosta i przejrzysta konstrukcja, łatwość konserwacji, niski koszt i dobrą wydajność kompensacji.Eliminuje defekty związane z dużą objętością i zwiększonym kosztem filtra aktywnego i łączy je razem, aby całe oprogramowanie systemowe uzyskało doskonałą wydajność.
2.2 Zmniejsz impedancję pętli i odetnij metodę linii przesyłowej
Podstawową przyczyną generowania harmonicznych jest zastosowanie obciążeń nieliniowych, dlatego podstawowym rozwiązaniem jest oddzielenie linii zasilających obciążenia generujące harmoniczne od linii zasilających obciążenia wrażliwe na harmoniczne.Zniekształcony prąd generowany przez nieliniowe obciążenie powoduje zniekształcony spadek napięcia na impedancji kabla, a syntetyzowany przebieg zniekształconego napięcia jest przykładany do innych obciążeń podłączonych do tej samej linii, gdzie płyną prądy o wyższych harmonicznych.Dlatego też można zastosować środki mające na celu zmniejszenie uszkodzeń spowodowanych prądem impulsowym, zwiększając pole przekroju poprzecznego kabla i zmniejszając impedancję pętli.Obecnie w Chinach szeroko stosowane są metody takie jak zwiększanie mocy transformatora, zwiększanie pola przekroju poprzecznego kabli, zwłaszcza zwiększanie pola przekroju poprzecznego kabli neutralnych oraz dobór elementów zabezpieczających, takich jak wyłączniki automatyczne i bezpieczniki.Jednak metoda ta nie może zasadniczo wyeliminować harmonicznych, ale zmniejsza właściwości i funkcje zabezpieczeń, zwiększa inwestycje i zwiększa ukryte zagrożenia w systemie zasilania.Podłącz obciążenia liniowe i nieliniowe z tego samego źródła zasilania
Punkty wyjściowe (PCC) zaczynają indywidualnie zasilać obwód, więc napięcie poza ramką z dyskretnych obciążeń nie może zostać przeniesione na obciążenie liniowe.Jest to idealne rozwiązanie obecnego problemu harmonicznych.
2.3 Zastosuj szmaragdowo zieloną moc falownika bez zanieczyszczeń harmonicznych
Standardem jakości zielonego falownika jest to, że prądy wejściowe i wyjściowe są falami sinusoidalnymi, wejściowy współczynnik mocy jest kontrolowany, współczynnik mocy można ustawić na 1 pod dowolnym obciążeniem, a częstotliwość wyjściową częstotliwości zasilania można dowolnie kontrolować.Wbudowany dławik AC przetwornicy częstotliwości może dobrze tłumić harmoniczne i chronić mostek prostowniczy przed wpływem chwilowej stromej fali napięcia zasilania.Praktyka pokazuje, że prąd harmoniczny bez dławika jest oczywiście wyższy niż z dławikiem.Aby zredukować zakłócenia spowodowane zanieczyszczeniami harmonicznymi, w obwodzie wyjściowym przetwornicy częstotliwości instalowany jest filtr przeciwzakłóceniowy.Jeśli przetwornica częstotliwości na to pozwala, częstotliwość nośna przetwornicy częstotliwości jest zmniejszana.Dodatkowo w przetwornicach częstotliwości dużej mocy zwykle stosuje się prostowanie 12- lub 18-impulsowe, redukując w ten sposób zawartość harmonicznych w zasilaniu poprzez eliminację niskich harmonicznych.Na przykład przy 12 impulsach najniższe harmoniczne to 11., 13., 23. i 25. harmoniczna.Podobnie w przypadku 18 pojedynczych impulsów kilkoma harmonicznymi są harmoniczne 17. i 19.
Technologię niskich harmonicznych stosowaną w softstartach można podsumować w następujący sposób:
(1) Mnożenie szeregowe modułu zasilania inwertera wybiera 2 lub około 2 połączone szeregowo moduły zasilania inwertera i eliminuje składowe harmoniczne zgodnie z akumulacją kształtu fali.
(2) Obwód prostownika wzrasta.Softstartery z modulacją szerokości impulsu wykorzystują prostowniki 121-impulsowe, 18-impulsowe lub 24-impulsowe w celu zmniejszenia prądów impulsowych.
(3) Ponowne wykorzystanie modułów mocy falownika połączonych szeregowo, poprzez zastosowanie 30 jednoimpulsowych modułów mocy falownika i ponowne wykorzystanie obwodu mocy, można zmniejszyć prąd impulsowy.
(4) Zastosuj nową metodę modulacji konwersji częstotliwości prądu stałego, taką jak modulacja diamentowa materiału wektora napięcia roboczego.Obecnie wielu producentów falowników przywiązuje dużą wagę do problemu harmonicznych i technicznie zapewnia ekologiczność falownika podczas projektowania i zasadniczo rozwiązuje problem harmonicznych.
3 Wniosek
Ogólnie rzecz biorąc, możemy jasno zrozumieć przyczynę harmonicznych.Jeśli chodzi o rzeczywiste działanie, ludzie mogą wybierać filtry pasywne i filtry aktywne w celu zmniejszenia impedancji charakterystycznej pętli, odcięcia względnej ścieżki transmisji harmonicznych, opracowania i zastosowania zielonych softstartów bez zanieczyszczeń harmonicznych oraz zmiękczenia harmonicznych generowanych przez rozrusznik są sterowane w niewielkim zakresie.
Czas publikacji: 13 kwietnia 2023 r