"La no linealitat significa que és difícil de resoldre", va dir una vegada Arthur Mattuck, matemàtic de l'Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT).Però s'hauria d'abordar quan s'aplica la no linealitat a les càrregues elèctriques, perquè genera corrents harmònics i afecta negativament la distribució d'energia, i és costós.Aquí, Marek Lukaszczyk, director de màrqueting d'Europa i Orient Mitjà de WEG, fabricant i proveïdor global de tecnologia de motors i accionaments, explica com mitigar els harmònics en aplicacions d'inversor.
Làmpades fluorescents, fonts d'alimentació commutada, forns d'arc elèctric, rectificadors i convertidors de freqüència.Tots aquests són exemples de dispositius amb càrregues no lineals, la qual cosa significa que el dispositiu absorbeix tensió i corrent en forma de polsos curts sobtats.Són diferents dels dispositius que tenen càrregues lineals, com ara motors, escalfadors d'espais, transformadors que estan alimentats i bombetes incandescents.Per a càrregues lineals, la relació entre les formes d'ona de tensió i corrent és sinusoïdal i el corrent en qualsevol moment és proporcional a la tensió expressada per la llei d'Ohm.
Un problema amb totes les càrregues no lineals és que generen corrents harmònics.Els harmònics són components de freqüència que solen ser superiors a la freqüència fonamental de la font d'alimentació, entre 50 o 60 Hz (Hz), i s'afegeixen al corrent fonamental.Aquests corrents addicionals provocaran una distorsió de la forma d'ona de tensió del sistema i reduiran el seu factor de potència.
Els corrents harmònics que flueixen al sistema elèctric poden produir altres efectes no desitjats, com ara la distorsió de la tensió en els punts d'interconnexió amb altres càrregues i el sobreescalfament dels cables.En aquests casos, la mesura de la distorsió harmònica total (THD) ens pot indicar quina part de la distorsió de tensió o corrent és causada pels harmònics.
En aquest article, estudiarem com reduir els harmònics en aplicacions d'inversor a partir de les recomanacions de la indústria per al seguiment i interpretació correcta dels fenòmens que causen problemes de qualitat energètica.
El Regne Unit utilitza la Recomanació d'Enginyeria (EREC) G5 de l'Energy Network Association (ENA) com a bona pràctica per gestionar la distorsió de tensió harmònica en sistemes de transmissió i xarxes de distribució.A la Unió Europea, aquestes recomanacions solen estar contingudes a les directives de compatibilitat electromagnètica (EMC), que inclouen diversos estàndards de la Comissió Electrotècnica Internacional (IEC), com ara IEC 60050. IEEE 519 sol ser un estàndard nord-americà, però val la pena assenyalar que IEEE 519 se centra en sistemes de distribució més que en dispositius individuals.
Un cop determinats els nivells harmònics mitjançant simulació o mesura, hi ha moltes maneres de minimitzar-los per mantenir-los dins dels límits acceptables.Però quin és el límit acceptable?
Com que no és econòmicament factible o impossible eliminar tots els harmònics, hi ha dos estàndards internacionals EMC que limiten la distorsió de la tensió d'alimentació especificant el valor màxim del corrent harmònic.Són l'estàndard IEC 61000-3-2, adequat per a equips amb un corrent nominal de fins a 16 A (A) i ≤ 75 A per fase, i l'estàndard IEC 61000-3-12, adequat per a equips superiors a 16 A.
El límit dels harmònics de tensió hauria de ser mantenir el THD (V) del punt d'acoblament comú (PCC) a ≤ 5%.El PCC és el punt on els conductors elèctrics del sistema de distribució d'energia es connecten als conductors del client i qualsevol transmissió d'energia entre el client i el sistema de distribució d'energia.
S'ha utilitzat una recomanació de ≤ 5% com a únic requisit per a moltes aplicacions.És per això que, en molts casos, només utilitzar un inversor amb un rectificador de 6 polsos i una reactància d'entrada o un inductor d'enllaç de corrent continu (DC) és suficient per complir la recomanació de distorsió de voltatge màxima.Per descomptat, en comparació amb un inversor de 6 polsos sense inductor a l'enllaç, l'ús d'un inversor amb un inductor d'enllaç DC (com el propi CFW11, CFW700 i CFW500 de WEG) pot reduir significativament la radiació harmònica.
En cas contrari, hi ha diverses opcions més per reduir els harmònics del sistema en aplicacions d'inversor, que presentarem aquí.
Una solució per reduir els harmònics és utilitzar un inversor amb un rectificador de 12 polsos.Tanmateix, aquest mètode només s'acostuma a utilitzar quan ja hi ha instal·lat un transformador;per a diversos inversors connectats al mateix enllaç DC;o si una nova instal·lació requereix un transformador dedicat a l'inversor.A més, aquesta solució és adequada per a una potència que sol ser superior a 500 quilowatts (kW).
Un altre mètode és utilitzar un inversor d'accionament de corrent actiu (AC) de 6 polsos amb un filtre passiu a l'entrada.Aquest mètode pot coordinar diferents nivells de tensió -tensions harmòniques entre mitjana (MV), alta tensió (HV) i extraalta tensió (EHV)- i admet la compatibilitat i elimina els efectes adversos sobre els equips sensibles dels clients.Tot i que aquesta és una solució tradicional per reduir els harmònics, augmentarà la pèrdua de calor i reduirà el factor de potència.
Això ens porta a una manera més rendible de reduir els harmònics: utilitzeu un inversor amb un rectificador de 18 polsos, o especialment un variador de corrent continu alimentat per un enllaç de corrent continu mitjançant un rectificador de 18 polsos i un transformador de desplaçament de fase.El rectificador de polsos és la mateixa solució tant si és de 12 com de 18 polsos.Tot i que es tracta d'una solució tradicional per reduir els harmònics, pel seu alt cost, normalment només s'utilitza quan s'ha instal·lat un transformador o es necessita un transformador especial per a l'inversor per a una nova instal·lació.La potència sol ser superior a 500 kW.
Alguns mètodes de supressió harmònics augmenten la pèrdua de calor i redueixen el factor de potència, mentre que altres mètodes poden millorar el rendiment del sistema.Una bona solució que recomanem és utilitzar filtres actius WEG amb unitats de CA de 6 polsos.Aquesta és una solució excel·lent per eliminar els harmònics generats per diversos dispositius
Finalment, quan es pot regenerar l'energia a la xarxa, o quan diversos motors són impulsats per un únic enllaç DC, una altra solució és atractiva.És a dir, s'utilitza una unitat regenerativa activa (AFE) i un filtre LCL.En aquest cas, el conductor té un rectificador actiu a l'entrada i compleix els límits recomanats.
Per als inversors sense enllaç DC, com els inversors CFW500, CFW300, CFW100 i MW500 de WEG, la clau per reduir els harmònics és la reactància de la xarxa.Això no només resol el problema harmònic, sinó que també soluciona el problema de l'energia que s'emmagatzema a la part reactiva de l'inversor i es torna ineficaç.Amb l'ajuda de la reactància de la xarxa, es pot utilitzar un inversor monofàsic d'alta freqüència carregat per una xarxa ressonant per realitzar una reactància controlable.L'avantatge d'aquest mètode és que l'energia emmagatzemada a l'element de reactància és menor i la distorsió harmònica és menor.
Hi ha altres maneres pràctiques de tractar els harmònics.Un és augmentar el nombre de càrregues lineals en relació amb càrregues no lineals.Un altre mètode és separar els sistemes d'alimentació per a càrregues lineals i no lineals de manera que hi hagi diferents límits de THD de voltatge entre el 5% i el 10%.Aquest mètode compleix les recomanacions d'enginyeria (EREC) G5 i EREC G97 esmentades anteriorment, que s'utilitza per avaluar la distorsió de tensió harmònica de plantes i equips no lineals i ressonants.
Un altre mètode és utilitzar un rectificador amb un nombre més gran de polsos i alimentar-lo a un transformador amb múltiples etapes secundàries.Els transformadors de múltiples bobinatges amb múltiples bobinatges primaris o secundaris es poden connectar entre si en un tipus especial de configuració per proporcionar el nivell de tensió de sortida requerit o per conduir múltiples càrregues a la sortida, proporcionant així més opcions de distribució d'energia i sistema de flexibilitat.
Finalment, hi ha el funcionament d'accionament regeneratiu de l'AFE esmentat anteriorment.Els accionaments bàsics de CA no són renovables, la qual cosa significa que no poden retornar l'energia a la font d'energia; això és especialment insuficient, perquè en algunes aplicacions, recuperar l'energia retornada és un requisit específic.Si l'energia regenerativa s'ha de retornar a la font d'alimentació de CA, aquest és el paper de la unitat regenerativa.Els rectificadors simples es substitueixen per inversors AFE, i d'aquesta manera es pot recuperar l'energia.
Aquests mètodes ofereixen una varietat d'opcions per combatre els harmònics i són adequats per a diferents tipus de sistemes de distribució d'energia.Però també poden estalviar energia i costar de manera significativa en diverses aplicacions i complir amb els estàndards internacionals.Aquests exemples mostren que, sempre que s'utilitzi la tecnologia d'inversor correcta, el problema de no linealitat no serà difícil de resoldre.
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
Procés i control Today no es fa responsable del contingut dels articles i imatges enviats o produïts externament.Feu clic aquí per enviar-nos un correu electrònic informant-nos de qualsevol error o omissió continguda en aquest article.