Massachusetts Institute of Technology'de (MIT) matematikçi olan Arthur Mattuck bir keresinde "Doğrusal olmama, çözmenin zor olduğu anlamına gelir" demişti.Ancak doğrusal olmama durumu elektrik yüklerine uygulandığında ele alınmalıdır, çünkü harmonik akımlar üretir ve güç dağıtımını olumsuz etkiler ve maliyetlidir.Motor ve sürücü teknolojisinin küresel üreticisi ve tedarikçisi olan WEG'in Avrupa ve Orta Doğu Pazarlama Müdürü Marek Lukaszczyk burada inverter uygulamalarında harmoniklerin nasıl azaltılacağını açıklıyor.
Floresan lambalar, anahtarlamalı güç kaynakları, elektrik ark ocakları, doğrultucular ve frekans dönüştürücüler.Bunların tümü, doğrusal olmayan yüklere sahip cihazlara örnektir; bu, cihazın voltajı ve akımı ani kısa darbeler şeklinde emdiği anlamına gelir.Motorlar, alan ısıtıcıları, enerji verilen transformatörler ve akkor ampuller gibi doğrusal yükleri olan cihazlardan farklıdırlar.Doğrusal yükler için, gerilim ve akım dalga biçimleri arasındaki ilişki sinüzoidaldir ve herhangi bir andaki akım, Ohm yasası tarafından ifade edilen gerilimle orantılıdır.
Tüm lineer olmayan yüklerle ilgili bir sorun, harmonik akımlar üretmeleridir.Harmonikler, genellikle güç kaynağının temel frekansından daha yüksek, 50 ila 60 Hertz (Hz) arasında olan ve temel akıma eklenen frekans bileşenleridir.Bu ekstra akımlar, sistem voltaj dalga formunun bozulmasına neden olacak ve güç faktörünü azaltacaktır.
Elektrik sisteminde akan harmonik akımlar, diğer yüklerle ara bağlantı noktalarında gerilim bozulması ve kabloların aşırı ısınması gibi diğer istenmeyen etkilere neden olabilir.Bu durumlarda, toplam harmonik bozulma (THD) ölçümü, gerilim veya akım bozulmasının ne kadarının harmoniklerden kaynaklandığını bize söyleyebilir.
Bu yazıda, enerji kalitesi sorunlarına neden olan fenomenlerin doğru izlenmesi ve yorumlanması için endüstri tavsiyelerine dayalı olarak invertör uygulamalarında harmoniklerin nasıl azaltılacağını inceleyeceğiz.
Birleşik Krallık, iletim sistemlerinde ve dağıtım ağlarında harmonik voltaj bozulmasını yönetmek için iyi bir uygulama olarak Energy Network Association'ın (ENA) Mühendislik Tavsiyesi (EREC) G5'i kullanır.Avrupa Birliği'nde, bu tavsiyeler genellikle IEC 60050 gibi çeşitli Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) standartlarını içeren elektromanyetik uyumluluk (EMC) direktiflerinde bulunur. IEEE 519 genellikle bir Kuzey Amerika standardıdır, ancak IEEE'nin 519, bireysel cihazlardan ziyade dağıtım sistemlerine odaklanır.
Harmonik seviyeleri simülasyon veya ölçümle belirlendikten sonra, kabul edilebilir sınırlar içinde tutmak için bunları en aza indirmenin birçok yolu vardır.Ancak kabul edilebilir sınır nedir?
Tüm harmonikleri ortadan kaldırmak ekonomik olarak mümkün veya imkansız olmadığından, harmonik akımının maksimum değerini belirterek güç kaynağı voltajının bozulmasını sınırlayan iki uluslararası EMC standardı vardır.Bunlar, anma akımı faz başına 16 A (A) ve ≤ 75 A olan ekipmanlar için uygun olan IEC 61000-3-2 standardı ve 16 A'nın üzerindeki cihazlar için uygun olan IEC 61000-3-12 standardıdır.
Gerilim harmoniklerinin sınırı, ortak bağlantı noktasının (PCC) THD'sini (V) ≤ %5'te tutmak olmalıdır.PCC, güç dağıtım sisteminin elektrik iletkenlerinin müşteri iletkenlerine bağlandığı ve müşteri ile güç dağıtım sistemi arasındaki herhangi bir güç iletiminin yapıldığı noktadır.
≤ %5 tavsiyesi birçok uygulama için tek gereklilik olarak kullanılmıştır.Bu nedenle çoğu durumda, maksimum gerilim bozulması önerisini karşılamak için 6 darbeli doğrultucu ve giriş reaktansı veya doğru akım (DC) bağlantı indüktörü olan bir invertör kullanmak yeterlidir.Elbette, bağlantıda indüktör olmayan 6 darbeli bir invertörle karşılaştırıldığında, DC link indüktörlü bir invertör (WEG'in kendi CFW11, CFW700 ve CFW500 gibi) kullanılması harmonik radyasyonu önemli ölçüde azaltabilir.
Aksi takdirde, burada tanıtacağımız invertör uygulamalarında sistem harmoniklerini azaltmak için başka seçenekler de vardır.
Harmonikleri azaltmak için bir çözüm, 12 darbeli doğrultuculu bir invertör kullanmaktır.Bununla birlikte, bu yöntem genellikle yalnızca bir transformatör kurulu olduğunda kullanılır;aynı DC bağlantısına bağlı birden fazla invertör için;veya yeni bir kurulum invertere tahsis edilmiş bir transformatör gerektiriyorsa.Ayrıca, bu çözüm genellikle 500 kilovattan (kW) fazla olan güçler için uygundur.
Diğer bir yöntem ise girişinde pasif filtre bulunan 6 darbeli aktif akım (AC) sürücü invertörü kullanmaktır.Bu yöntem, orta (MV), yüksek gerilim (HV) ve ekstra yüksek gerilim (EHV) arasındaki harmonik gerilimler gibi farklı gerilim düzeylerini koordine edebilir ve uyumluluğu destekler ve müşterilerin hassas ekipmanları üzerindeki olumsuz etkileri ortadan kaldırır.Bu, harmonikleri azaltmak için geleneksel bir çözüm olsa da, ısı kaybını artıracak ve güç faktörünü azaltacaktır.
Bu bizi harmonikleri azaltmak için daha uygun maliyetli bir yola getiriyor: 18 darbeli doğrultuculu bir invertör veya özellikle 18 darbeli doğrultucu ve faz kaydırmalı transformatör aracılığıyla DC bağlantısıyla çalışan bir DC-AC sürücüsü kullanın.Darbe doğrultucu, ister 12 darbeli ister 18 darbeli olsun, aynı çözümdür.Bu, harmonikleri azaltmak için geleneksel bir çözüm olmasına rağmen, yüksek maliyeti nedeniyle, genellikle yalnızca bir transformatör kurulduğunda veya yeni bir kurulum için evirici için özel bir transformatör gerektiğinde kullanılır.Güç genellikle 500 kW'tan fazladır.
Bazı harmonik bastırma yöntemleri ısı kaybını arttırır ve güç faktörünü azaltırken, diğer yöntemler sistem performansını iyileştirebilir.Önerdiğimiz iyi bir çözüm, 6 darbeli AC sürücülerle WEG aktif filtreleri kullanmaktır.Bu, çeşitli cihazlar tarafından üretilen harmonikleri ortadan kaldırmak için mükemmel bir çözümdür.
Son olarak, güç şebekeye yeniden üretilebildiğinde veya birden fazla motor tek bir DC bağlantısıyla çalıştırıldığında, başka bir çözüm caziptir.Yani aktif bir ön uç (AFE) rejeneratif sürücü ve LCL filtresi kullanılır.Bu durumda sürücünün girişinde aktif bir doğrultucu vardır ve önerilen limitlere uygundur.
WEG'in kendi CFW500, CFW300, CFW100 ve MW500 inverterleri gibi DC bağlantısı olmayan inverterler için harmonikleri azaltmanın anahtarı ağ reaktansıdır.Bu sadece harmonik problemini çözmekle kalmaz, aynı zamanda inverterin reaktif kısmında depolanan ve etkisiz hale gelen enerji problemini de çözer.Ağ reaktansının yardımıyla, kontrol edilebilir reaktansı gerçekleştirmek için bir rezonans ağı tarafından yüklenen yüksek frekanslı tek fazlı bir invertör kullanılabilir.Bu yöntemin avantajı, reaktans elemanında depolanan enerjinin daha düşük ve harmonik bozulmanın daha düşük olmasıdır.
Harmoniklerle başa çıkmanın başka pratik yolları da vardır.Birincisi, doğrusal olmayan yüklere göre doğrusal yüklerin sayısını artırmaktır.Diğer bir yöntem ise güç kaynağı sistemlerini lineer ve lineer olmayan yükler için ayırmaktır, böylece %5 ile %10 arasında farklı gerilim THD limitleri olur.Bu yöntem, doğrusal olmayan ve rezonant tesis ve ekipmanların harmonik voltaj bozulmasını değerlendirmek için kullanılan, yukarıda bahsedilen mühendislik önerileri (EREC) G5 ve EREC G97 ile uyumludur.
Başka bir yöntem, daha fazla sayıda darbeye sahip bir doğrultucu kullanmak ve onu çok sayıda ikincil aşamaya sahip bir transformatöre beslemektir.Birden fazla birincil veya ikincil sargıya sahip çok sargılı transformatörler, gerekli çıkış voltajı seviyesini sağlamak veya çıkışta birden fazla yükü sürmek için özel bir konfigürasyonda birbirine bağlanabilir, böylece güç dağıtım ve esneklik sisteminde daha fazla seçenek sunar.
Son olarak, yukarıda bahsedilen AFE'nin rejeneratif tahrik çalışması vardır.Temel AC sürücüler yenilenebilir değildir, yani enerjiyi güç kaynağına geri döndüremezler - bu özellikle yeterli değildir, çünkü bazı uygulamalarda geri dönen enerjinin geri kazanılması özel bir gerekliliktir.Rejeneratif enerjinin AC güç kaynağına geri gönderilmesi gerekiyorsa, bu rejeneratif tahrikin rolüdür.Basit doğrultucuların yerini AFE invertörler alır ve bu şekilde enerji geri kazanılabilir.
Bu yöntemler, harmoniklerle mücadele için çeşitli seçenekler sunar ve farklı güç dağıtım sistemleri türleri için uygundur.Ancak çeşitli uygulamalarda önemli ölçüde enerji ve maliyet tasarrufu sağlayabilirler ve uluslararası standartlara uygundurlar.Bu örnekler, doğru evirici teknolojisi kullanıldığı sürece doğrusal olmama sorununu çözmenin zor olmayacağını göstermektedir.
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
Süreç ve kontrol Today, gönderilen veya harici olarak üretilen makalelerin ve görsellerin içeriğinden sorumlu değildir.Bu makalede yer alan herhangi bir hata veya eksiklik hakkında bizi bilgilendiren bir e-posta göndermek için burayı tıklayın.