"A non linealidade significa que é difícil de resolver", dixo unha vez Arthur Mattuck, un matemático do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT).Pero debería abordarse cando se aplica a non linealidade ás cargas eléctricas, porque xera correntes harmónicas e afecta negativamente á distribución de enerxía, e é custoso.Aquí, Marek Lukaszczyk, director de mercadotecnia en Europa e Oriente Medio de WEG, un fabricante e provedor global de tecnoloxía de motores e accionamentos, explica como mitigar os harmónicos nas aplicacións de inversores.
Lámpadas fluorescentes, fontes de alimentación conmutadas, fornos de arco eléctrico, rectificadores e convertidores de frecuencia.Todos estes son exemplos de dispositivos con cargas non lineais, o que significa que o dispositivo absorbe tensión e corrente en forma de pulsos curtos repentinos.Son diferentes dos dispositivos que teñen cargas lineais, como motores, quentadores, transformadores que están energizados e lámpadas incandescentes.Para cargas lineais, a relación entre as formas de onda de tensión e corrente é sinusoidal, e a corrente en calquera momento é proporcional á tensión expresada pola lei de Ohm.
Un problema con todas as cargas non lineais é que xeran correntes harmónicas.Os harmónicos son compoñentes de frecuencia que adoitan ser superiores á frecuencia fundamental da fonte de alimentación, entre 50 ou 60 Hz (Hz), e engádense á corrente fundamental.Estas correntes extra provocarán a distorsión da forma de onda da tensión do sistema e reducirán o seu factor de potencia.
As correntes harmónicas que flúen no sistema eléctrico poden producir outros efectos indesexables, como a distorsión da tensión nos puntos de interconexión con outras cargas e o sobrequecemento dos cables.Nestes casos, a medida da distorsión harmónica total (THD) pode indicarnos canto da distorsión de tensión ou corrente é causada polos harmónicos.
Neste artigo, estudaremos como reducir os harmónicos en aplicacións de inversores en función das recomendacións da industria para a correcta vixilancia e interpretación dos fenómenos que provocan problemas de calidade da enerxía.
O Reino Unido utiliza a Recomendación de Enxeñería (EREC) G5 da Energy Network Association (ENA) como boa práctica para xestionar a distorsión da tensión harmónica nos sistemas de transporte e redes de distribución.Na Unión Europea, estas recomendacións adoitan estar contidas nas directivas de compatibilidade electromagnética (EMC), que inclúen varios estándares da Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), como IEC 60050. IEEE 519 adoita ser un estándar norteamericano, pero vale a pena sinalar que IEEE 519 céntrase nos sistemas de distribución e non nos dispositivos individuais.
Unha vez que se determinan os niveis harmónicos mediante simulación ou medición, hai moitas formas de minimizalos para mantelos dentro dos límites aceptables.Pero cal é o límite aceptable?
Dado que non é economicamente viable ou imposible eliminar todos os harmónicos, existen dúas normas internacionais EMC que limitan a distorsión da tensión da fonte de alimentación especificando o valor máximo da corrente harmónica.Son a norma IEC 61000-3-2, adecuada para equipos cunha corrente nominal de ata 16 A (A) e ≤ 75 A por fase, e a norma IEC 61000-3-12, adecuada para equipos superiores a 16 A.
O límite dos harmónicos de tensión debe ser manter o THD (V) do punto de acoplamento común (PCC) en ≤ 5%.PCC é o punto onde os condutores eléctricos do sistema de distribución de enerxía están conectados aos condutores do cliente e calquera transmisión de enerxía entre o cliente e o sistema de distribución de enerxía.
Utilizouse unha recomendación de ≤ 5 % como único requisito para moitas aplicacións.É por iso que en moitos casos, só usar un inversor cun rectificador de 6 pulsos e reactancia de entrada ou indutor de enlace de corrente continua (DC) é suficiente para cumprir a recomendación de máxima distorsión de tensión.Por suposto, en comparación cun inversor de 6 pulsos sen indutor no enlace, usar un inversor con indutor de enlace DC (como o CFW11, CFW700 e CFW500 de WEG) pode reducir significativamente a radiación harmónica.
En caso contrario, existen outras opcións para reducir os harmónicos do sistema en aplicacións de inversores, que presentaremos aquí.
Unha solución para reducir os harmónicos é utilizar un inversor cun rectificador de 12 pulsos.Non obstante, este método adoita empregarse só cando xa está instalado un transformador;para varios inversores conectados ao mesmo enlace de CC;ou se unha nova instalación precisa dun transformador dedicado ao inversor.Ademais, esta solución é adecuada para unha potencia que adoita ser superior a 500 quilovatios (kW).
Outro método é usar un convertidor de corrente activa (AC) de 6 pulsos cun filtro pasivo na entrada.Este método pode coordinar diferentes niveis de tensión -tensións harmónicas entre media (MT), alta tensión (HV) e extra alta tensión (EHV)- e admite a compatibilidade e elimina os efectos adversos sobre os equipos sensibles dos clientes.Aínda que esta é unha solución tradicional para reducir os harmónicos, aumentará a perda de calor e reducirá o factor de potencia.
Isto lévanos a unha forma máis rendible de reducir os harmónicos: use un inversor cun rectificador de 18 pulsos ou, especialmente, un variador DC-AC alimentado por un enlace DC a través dun rectificador de 18 pulsos e un transformador de cambio de fase.O rectificador de pulsos é a mesma solución tanto se é de 12 como de 18 pulsos.Aínda que se trata dunha solución tradicional para reducir os harmónicos, polo seu alto custo, adoita empregarse só cando se instalou un transformador ou se precisa un transformador especial para o inversor para unha nova instalación.A potencia adoita ser superior a 500 kW.
Algúns métodos de supresión harmónica aumentan a perda de calor e reducen o factor de potencia, mentres que outros poden mellorar o rendemento do sistema.Unha boa solución que recomendamos é utilizar filtros activos WEG con unidades de CA de 6 pulsos.Esta é unha excelente solución para eliminar os harmónicos xerados por varios dispositivos
Finalmente, cando se pode rexenerar a enerxía á rede ou cando varios motores son impulsados ​​por un único enlace de CC, outra solución é atractiva.É dicir, utilízase unha unidade rexenerativa activa frontal (AFE) e un filtro LCL.Neste caso, o condutor ten un rectificador activo na entrada e cumpre cos límites recomendados.
Para inversores sen conexión de CC, como os propios inversores CFW500, CFW300, CFW100 e MW500 de WEG, a clave para reducir os harmónicos é a reactancia da rede.Isto non só resolve o problema harmónico, senón que tamén se resolve o problema de que a enerxía se almacena na parte reactiva do inversor e se volve ineficaz.Coa axuda da reactancia da rede, pódese usar un inversor monofásico de alta frecuencia cargado por unha rede resonante para realizar unha reactancia controlable.A vantaxe deste método é que a enerxía almacenada no elemento reactancia é menor e a distorsión harmónica é menor.
Hai outras formas prácticas de tratar os harmónicos.Unha delas é aumentar o número de cargas lineais en relación ás cargas non lineais.Outro método é separar os sistemas de alimentación para cargas lineais e non lineais para que haxa diferentes límites de THD de tensión entre o 5% e o 10%.Este método cumpre coas recomendacións de enxeñería (EREC) G5 e EREC G97 mencionadas anteriormente, que se usa para avaliar a distorsión da tensión harmónica de plantas e equipos non lineais e resonantes.
Outro método é utilizar un rectificador con maior número de pulsos e alimentalo a un transformador con varias etapas secundarias.Os transformadores de enrolamentos múltiples con múltiples enrolamentos primarios ou secundarios pódense conectar entre si nun tipo especial de configuración para proporcionar o nivel de tensión de saída necesario ou para conducir varias cargas na saída, proporcionando así máis opcións de distribución de enerxía e sistema de flexibilidade.
Finalmente, está o funcionamento de accionamento rexenerativo do AFE mencionado anteriormente.As unidades de CA básicas non son renovables, o que significa que non poden devolver enerxía á fonte de enerxía, especialmente isto non é suficiente, porque nalgunhas aplicacións, recuperar a enerxía devolta é un requisito específico.Se a enerxía rexenerativa debe ser devolta á fonte de enerxía de CA, este é o papel da unidade rexenerativa.Os rectificadores simples son substituídos por inversores AFE, e así pódese recuperar a enerxía.
Estes métodos ofrecen unha variedade de opcións para combater os harmónicos e son axeitados para diferentes tipos de sistemas de distribución de enerxía.Pero tamén poden aforrar enerxía e custos significativamente en varias aplicacións e cumprir coas normas internacionais.Estes exemplos mostran que mentres se use a tecnoloxía de inversor correcta, o problema de non linealidade non será difícil de resolver.
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
Proceso e control Today non se fai responsable do contido dos artigos e imaxes enviados ou producidos externamente.Fai clic aquí para enviarnos un correo electrónico informándonos de calquera erro ou omisión contida neste artigo.