"אי-לינאריות פירושה שקשה לפתור אותה", אמר פעם ארתור מאטק, מתמטיקאי במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT).אבל יש להתייחס לזה כאשר לא-לינאריות מוחלת על עומסים חשמליים, מכיוון שהיא מייצרת זרמים הרמוניים ומשפיעה לרעה על חלוקת הכוח - וזה יקר.כאן, מרק לוקשצ'יק, מנהל שיווק אירופה והמזרח התיכון של WEG, יצרנית וספקית עולמית של טכנולוגיות מנועים והנעים, מסביר כיצד להפחית הרמוניות ביישומי אינוורטר.
מנורות פלורסנט, מיתוג ספקי כוח, תנורי קשת חשמליים, מיישרים וממירי תדרים.כל אלה הם דוגמאות למכשירים בעלי עומסים לא לינאריים, כלומר המכשיר סופג מתח וזרם בצורה של פולסים קצרים פתאומיים.הם שונים ממכשירים בעלי עומסים ליניאריים - כגון מנועים, מחממי חלל, שנאים בעלי אנרגיה ונורות ליבון.עבור עומסים ליניאריים, היחס בין צורות גל מתח לזרם הוא סינוסואידי, והזרם בכל עת הוא פרופורציונלי למתח המובע על ידי חוק אוהם.
בעיה אחת עם כל העומסים הלא ליניאריים היא שהם יוצרים זרמים הרמוניים.הרמוניות הן רכיבי תדר שבדרך כלל גבוהים מהתדר הבסיסי של ספק הכוח, בין 50 ל-60 הרץ (הרץ), ומתווספים לזרם היסודי.זרמים נוספים אלה יגרמו לעיוות של צורת גל מתח המערכת ויפחיתו את גורם ההספק שלה.
זרמים הרמוניים הזורמים במערכת החשמלית יכולים לייצר השפעות לא רצויות אחרות, כגון עיוות מתח בנקודות חיבור עם עומסים אחרים, והתחממות יתר של כבלים.במקרים אלה, מדידת העיוות ההרמוני הכולל (THD) יכולה לומר לנו כמה מעיוות המתח או הזרם נגרם על ידי הרמוניות.
במאמר זה נלמד כיצד להפחית הרמוניות ביישומי אינוורטר בהתבסס על המלצות תעשייתיות לניטור ופרשנות נכונה של תופעות הגורמות לבעיות באיכות האנרגיה.
בריטניה משתמשת בהמלצת ההנדסה (EREC) G5 של איגוד רשתות האנרגיה (ENA) כתרגול טוב לניהול עיוות מתח הרמוני במערכות תמסורת ורשתות הפצה.באיחוד האירופי, המלצות אלו כלולות בדרך כלל בהנחיות תאימות אלקטרומגנטית (EMC), הכוללות תקנים שונים של הנציבות האלקטרוטכנית (IEC), כגון IEC 60050. IEEE 519 הוא בדרך כלל תקן צפון אמריקאי, אך ראוי לציין כי IEEE 519 מתמקדת במערכות הפצה ולא במכשירים בודדים.
ברגע שהרמות ההרמוניות נקבעות על ידי סימולציה או מדידה, ישנן דרכים רבות למזער אותן כדי לשמור אותן בגבולות המקובלים.אבל מה הגבול המקובל?
מכיוון שלא כדאי כלכלית או בלתי אפשרי לבטל את כל ההרמוניות, ישנם שני תקנים בינלאומיים של EMC המגבילים את העיוות של מתח אספקת החשמל על ידי ציון הערך המרבי של הזרם ההרמוני.הם תקן IEC 61000-3-2, מתאים לציוד עם זרם נקוב של עד 16 A (A) ו- ≤ 75 A לפאזה, ותקן IEC 61000-3-12, מתאים לציוד מעל 16 A.
המגבלה על הרמוניות מתח צריכה להיות לשמור על ה-THD (V) של נקודת הצימוד המשותף (PCC) ב-≤ 5%.PCC היא הנקודה בה מחוברים המוליכים החשמליים של מערכת חלוקת החשמל למוליכי הלקוח ולכל העברת כוח בין הלקוח למערכת חלוקת החשמל.
המלצה של ≤ 5% שימשה כדרישה היחידה עבור יישומים רבים.זו הסיבה שבמקרים רבים, די בשימוש במהפך עם מיישר 6 פולסים ותגובת קלט או במשרן קישור זרם ישר (DC) כדי לעמוד בהמלצת עיוות המתח המקסימלי.כמובן, בהשוואה למהפך בעל 6 פעימות ללא משרן בקישור, שימוש במהפך עם משרן קישור DC (כגון CFW11, CFW700 ו-CFW500 של WEG עצמו) יכול להפחית משמעותית את הקרינה ההרמונית.
אחרת, ישנן מספר אפשרויות נוספות להפחתת הרמוניות מערכת ביישומי אינוורטר, אותן נציג כאן.
אחד הפתרונות להפחתת הרמוניות הוא שימוש במהפך עם מיישר 12 פולסים.עם זאת, בדרך כלל משתמשים בשיטה זו רק כאשר כבר מותקן שנאי;עבור ממירים מרובים המחוברים לאותו קישור DC;או אם התקנה חדשה דורשת שנאי ייעודי למהפך.בנוסף, פתרון זה מתאים להספק שלרוב גדול מ-500 קילוואט (kW).
שיטה נוספת היא להשתמש במהפך כונן זרם פעיל בעל 6 פעימות (AC) עם מסנן פסיבי בכניסה.שיטה זו יכולה לתאם רמות מתח שונות - מתחים הרמוניים בין מתח בינוני (MV), מתח גבוה (HV) ומתח גבוה במיוחד (EHV) - ותומכת בתאימות ומבטלת השפעות שליליות על הציוד הרגיש של הלקוחות.למרות שזהו פתרון מסורתי להפחתת הרמוניות, הוא יגדיל את איבוד החום ויפחית את גורם ההספק.
זה מביא אותנו לדרך חסכונית יותר להפחתת הרמוניות: השתמש במהפך עם מיישר 18 פולסים, או במיוחד כונן DC-AC המופעל על ידי קישור DC דרך מיישר 18 פולסים ושנאי הסטת פאזה.מיישר הדופק הוא אותו פתרון בין אם הוא 12 פולסים או 18 פולסים.למרות שמדובר בפתרון מסורתי להפחתת הרמוניות, בשל עלותו הגבוהה, הוא משמש לרוב רק כאשר הותקן שנאי או נדרש שנאי מיוחד למהפך להתקנה חדשה.ההספק בדרך כלל גדול מ-500 קילוואט.
שיטות דיכוי הרמוני מסוימות מגדילות את איבוד החום ומפחיתות את גורם ההספק, בעוד ששיטות אחרות יכולות לשפר את ביצועי המערכת.פתרון טוב שאנו ממליצים עליו הוא להשתמש במסננים פעילים של WEG עם כונני AC של 6 פעימות.זהו פתרון מצוין לביטול הרמוניות שנוצרו על ידי מכשירים שונים
לבסוף, כאשר ניתן להחזיר כוח לרשת, או כאשר מנועים מרובים מונעים על ידי קישור DC יחיד, פתרון אחר הוא אטרקטיבי.כלומר, נעשה שימוש בכונן רגנרטיבי קדמי אקטיבי (AFE) ובמסנן LCL.במקרה זה, לנהג יש מיישר פעיל בכניסה והוא עומד במגבלות המומלצות.
עבור ממירים ללא קישור DC - כגון ממירי CFW500, CFW300, CFW100 ו-MW500 משל WEG - המפתח להפחתת הרמוניות הוא תגובת הרשת.זה לא רק פותר את הבעיה ההרמונית, אלא גם פותר את הבעיה של אנרגיה שנאגרת בחלק התגובתי של המהפך והופך ללא יעיל.בעזרת תגובת רשת, ניתן להשתמש במהפך חד פאזי בתדר גבוה שנטען על ידי רשת תהודה כדי לממש תגובתיות ניתנת לשליטה.היתרון בשיטה זו הוא שהאנרגיה האצורה באלמנט התגובה נמוכה יותר והעיוות ההרמוני נמוך יותר.
ישנן דרכים מעשיות אחרות להתמודד עם הרמוניות.האחת היא להגדיל את מספר העומסים ליניאריים ביחס לעומסים לא ליניאריים.שיטה נוספת היא להפריד בין מערכות אספקת החשמל לעומסים ליניאריים ולא ליניאריים כך שיהיו מגבלות מתח THD שונות בין 5% ל-10%.שיטה זו תואמת את ההמלצות ההנדסיות שהוזכרו לעיל (EREC) G5 ו-EREC G97, המשמשות להערכת עיוות המתח ההרמוני של צמחים וציוד לא ליניאריים ותהודה.
שיטה נוספת היא להשתמש במיישר עם מספר רב יותר של פולסים ולהזין אותו לשנאי עם מספר שלבים משניים.ניתן לחבר שנאים מרובים מפותלים עם מספר פיתולים ראשוניים או משניים בסוג מיוחד של תצורה כדי לספק את רמת מתח המוצא הנדרשת או להניע עומסים מרובים במוצא, ובכך לספק אפשרויות רבות יותר בחלוקת החשמל ובמערכת הגמישות.
לבסוף, יש את פעולת ההנעה המתחדשת של ה-AFE שהוזכרה לעיל.כונני AC בסיסיים אינם מתחדשים, מה שאומר שהם לא יכולים להחזיר אנרגיה למקור הכוח - זה במיוחד לא מספיק, כי ביישומים מסוימים, שחזור האנרגיה המוחזרת הוא דרישה ספציפית.אם יש צורך להחזיר את האנרגיה המתחדשת למקור מתח AC, זהו תפקידו של הכונן המתחדש.מיישרים פשוטים מוחלפים בממירי AFE, וניתן לשחזר אנרגיה בדרך זו.
שיטות אלו מספקות מגוון אפשרויות למלחמה בהרמוניות ומתאימות לסוגים שונים של מערכות חלוקת חשמל.אבל הם גם יכולים לחסוך באנרגיה ובעלות משמעותית ביישומים שונים ולעמוד בתקנים בינלאומיים.דוגמאות אלו מראות שכל עוד נעשה שימוש בטכנולוגיית המהפך הנכונה, בעיית הלא-לינאריות לא תהיה קשה לפתרון.
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
תהליך ובקרה היום אינה אחראית לתוכן של מאמרים ותמונות שנשלחו או שהופקו חיצונית.לחץ כאן כדי לשלוח לנו דוא"ל המודיע לנו על שגיאות או השמטות כלשהן הכלולות במאמר זה.