Οι μετατροπείς συχνότητας χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία συστημάτων μετάδοσης μεταβλητής ταχύτητας στη βιομηχανική παραγωγή.Λόγω των χαρακτηριστικών μεταγωγής ισχύος του κυκλώματος ανορθωτή του μετατροπέα, δημιουργείται ένα τυπικό διακριτό φορτίο συστήματος στο τροφοδοτικό μεταγωγής του.Ο μετατροπέας συχνότητας συνήθως λειτουργεί ταυτόχρονα με άλλες συσκευές, όπως υπολογιστές και αισθητήρες επί τόπου.Αυτές οι συσκευές είναι εγκατεστημένες ως επί το πλείστον κοντά και ενδέχεται να επηρεάζουν η μία την άλλη.Επομένως, ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός ισχύος που αντιπροσωπεύεται από τον μετατροπέα συχνότητας είναι μία από τις σημαντικές αρμονικές πηγές στο δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας και η αρμονική ρύπανση που δημιουργείται από ηλεκτρονικό εξοπλισμό ισχύος έχει γίνει το κύριο εμπόδιο στην ανάπτυξη της ίδιας της ηλεκτρονικής τεχνολογίας ισχύος.
1.1 Τι είναι οι αρμονικές
Η βασική αιτία των αρμονικών είναι η διακριτή φόρτιση του συστήματος.Όταν ένα ρεύμα ρέει μέσω του φορτίου, δεν υπάρχει γραμμική σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση και ρέει ρεύμα διαφορετικό από ένα ημιτονοειδές κύμα, δημιουργώντας υψηλότερες αρμονικές.Οι αρμονικές συχνότητες είναι ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας.Σύμφωνα με την αρχή ανάλυσης του Γάλλου μαθηματικού Fourier (M.Fourier), οποιαδήποτε επαναλαμβανόμενη κυματομορφή μπορεί να αποσυντεθεί σε συνιστώσες ημιτονοειδούς κύματος, συμπεριλαμβανομένων των θεμελιωδών συχνοτήτων και αρμονικών μιας σειράς θεμελιωδών πολλαπλασίων συχνότητας.Οι αρμονικές είναι ημιτονοειδείς κυματομορφές και κάθε ημιτονοειδής κυματομορφή έχει συχνά διαφορετική συχνότητα, πλάτος και γωνία φάσης.Οι αρμονικές μπορούν να χωριστούν σε άρτιες και περιττές αρμονικές, ο τρίτος, ο πέμπτος και ο έβδομος αριθμός είναι περιττές αρμονικές και ο δεύτερος, ο δέκατος τέταρτος, ο έκτος και ο όγδοος αριθμοί είναι ζυγοί.Για παράδειγμα, όταν το θεμελιώδες κύμα είναι 50 Hz, η δεύτερη αρμονική είναι 10 Hz και η τρίτη αρμονική είναι 150 Hz.Γενικά, οι περιττές αρμονικές είναι πιο επιζήμιες από τις ζυγές αρμονικές.Σε ένα ισορροπημένο τριφασικό σύστημα, λόγω συμμετρίας, οι άρτιες αρμονικές έχουν εξαλειφθεί και υπάρχουν μόνο περιττές αρμονικές.Για το φορτίο τριφασικού ανορθωτή, το αρμονικό ρεύμα είναι αρμονικό 6n 1, όπως 5, 7, 11, 13, 17, 19, κ.λπ. Το πλήκτρο μαλακής εκκίνησης προκαλεί την 5η και 7η αρμονική.
1.2 Σχετικά πρότυπα για αρμονικό έλεγχο
Ο αρμονικός έλεγχος μετατροπέα πρέπει να δίνει προσοχή στα ακόλουθα πρότυπα: πρότυπα κατά των παρεμβολών: EN50082-1, -2, EN61800-3: πρότυπα ακτινοβολίας: EN5008l-1, -2, EN61800-3.Ειδικά τα IEC10003, IEC1800-3 (EN61800-3), IEC555 (EN60555) και IEEE519-1992.
Τα γενικά πρότυπα κατά των παρεμβολών EN50081 και EN50082 και το πρότυπο μετατροπέα συχνότητας EN61800 (1ECl800-3) ορίζουν τα επίπεδα ακτινοβολίας και κατά των παρεμβολών του εξοπλισμού που λειτουργεί σε διαφορετικά περιβάλλοντα.Τα προαναφερθέντα πρότυπα ορίζουν αποδεκτά επίπεδα ακτινοβολίας υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες: επίπεδο L, χωρίς όριο ακτινοβολίας.Είναι κατάλληλο για χρήστες που χρησιμοποιούν μαλακούς εκκινητές σε μη επηρεασμένα φυσικά περιβάλλοντα και χρήστες που επιλύουν μόνοι τους περιορισμούς στην πηγή ακτινοβολίας.Η κλάση h είναι το όριο που καθορίζεται από το EN61800-3, πρώτο περιβάλλον: κατανομή ορίου, δεύτερο περιβάλλον.Ως επιλογή για φίλτρο ραδιοσυχνοτήτων, εξοπλισμένο με φίλτρο ραδιοσυχνοτήτων μπορεί ο μαλακός εκκινητής να ανταποκρίνεται στο εμπορικό επίπεδο, το οποίο συνήθως χρησιμοποιείται σε μη βιομηχανικό περιβάλλον.
2 Μέτρα αρμονικού ελέγχου
Τα αρμονικά προβλήματα μπορούν να αντιμετωπιστούν, οι παρεμβολές ακτινοβολίας και οι παρεμβολές στο σύστημα τροφοδοσίας μπορούν να κατασταλεί, και μπορούν να υιοθετηθούν τεχνικά μέτρα όπως θωράκιση, απομόνωση, γείωση και φιλτράρισμα.
(1) Εφαρμόστε παθητικό φίλτρο ή ενεργό φίλτρο.
(2) Σηκώστε τον μετασχηματιστή, μειώστε τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος και αποσυνδέστε τη γραμμή τροφοδοσίας.
(3) Χρησιμοποιήστε πράσινο μαλακό εκκινητή, χωρίς ρύπανση παλμικού ρεύματος.
2.1 Χρήση παθητικών ή ενεργών φίλτρων
Τα παθητικά φίλτρα είναι κατάλληλα για την αλλαγή της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης των τροφοδοτικών μεταγωγής σε ειδικές συχνότητες και είναι κατάλληλα για συστήματα που είναι σταθερά και δεν αλλάζουν.Τα ενεργά φίλτρα είναι κατάλληλα για την αντιστάθμιση διακριτών φορτίων συστήματος.
Τα παθητικά φίλτρα είναι κατάλληλα για παραδοσιακές μεθόδους.Το παθητικό φίλτρο εμφανίστηκε πρώτο λόγω της απλής και σαφούς δομής του, της χαμηλής επένδυσης έργου, της υψηλής αξιοπιστίας λειτουργίας και του χαμηλού κόστους λειτουργίας του.Παραμένουν το βασικό μέσο καταστολής των παλμικών ρευμάτων.Το φίλτρο LC είναι μια παραδοσιακή συσκευή παθητικής αρμονικής καταστολής υψηλής τάξης.Είναι ένας κατάλληλος συνδυασμός πυκνωτών φίλτρου, αντιδραστήρων και αντιστάσεων και συνδέεται παράλληλα με την αρμονική πηγή υψηλής τάξης.Εκτός από τη λειτουργία φιλτραρίσματος, έχει και μη έγκυρη λειτουργία αντιστάθμισης.Τέτοιες συσκευές έχουν ορισμένα ανυπέρβλητα μειονεκτήματα.Το κλειδί είναι πολύ εύκολο να υπερφορτωθεί και θα καεί όταν υπερφορτωθεί, γεγονός που θα προκαλέσει τον συντελεστή ισχύος να υπερβεί το πρότυπο, την αποζημίωση και την τιμωρία.Επιπλέον, τα παθητικά φίλτρα είναι εκτός ελέγχου, επομένως με την πάροδο του χρόνου, πρόσθετες αλλαγές ευθραυστότητας ή φορτίου δικτύου θα αλλάξουν τον συντονισμό της σειράς και θα μειώσουν το φαινόμενο του φίλτρου.Το πιο σημαντικό, το παθητικό φίλτρο μπορεί να φιλτράρει μόνο ένα αρμονικό στοιχείο υψηλής τάξης (εάν υπάρχει φίλτρο, μπορεί να φιλτράρει μόνο την τρίτη αρμονική), έτσι ώστε εάν φιλτράρονται διαφορετικές αρμονικές συχνότητες υψηλής τάξης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά φίλτρα για αύξηση επένδυση εξοπλισμού.
Υπάρχουν πολλά είδη ενεργών φίλτρων σε διάφορες χώρες στον κόσμο, τα οποία μπορούν να παρακολουθούν και να αντισταθμίζουν παλμικά ρεύματα διαφορετικών συχνοτήτων και πλάτους και τα χαρακτηριστικά αντιστάθμισης δεν επηρεάζονται από τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του ηλεκτρικού δικτύου.Η βασική θεωρία των φίλτρων ενεργητικής μηχανικής ισχύος γεννήθηκε τη δεκαετία του 1960, ακολουθούμενη από τη βελτίωση της τεχνολογίας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πλήρους ελέγχου ισχύος εξόδου μεγάλης, μεσαίας και μικρής ισχύος, η βελτίωση του συστήματος ελέγχου διαμόρφωσης πλάτους παλμού και οι αρμονικές που βασίζονται στο θεωρία αντιδραστικού φορτίου στιγμιαίας ταχύτητας.Η σαφής πρόταση της τρέχουσας μεθόδου στιγμιαίας παρακολούθησης ταχύτητας οδήγησε στην ταχεία ανάπτυξη φίλτρων ενεργητικής μηχανικής ισχύος.Η βασική του ιδέα είναι να παρακολουθεί το αρμονικό ρεύμα που προέρχεται από τον στόχο αντιστάθμισης και ο εξοπλισμός αντιστάθμισης δημιουργεί μια ζώνη συχνοτήτων ρεύματος αντιστάθμισης με το ίδιο μέγεθος και αντίθετη πολικότητα με το αρμονικό ρεύμα, έτσι ώστε να αντισταθμίζει το ρεύμα παλμού που προκαλείται από το ρεύμα παλμού πηγή της αρχικής γραμμής και, στη συνέχεια, κάντε το ρεύμα του δικτύου τροφοδοσίας Περιλαμβάνονται μόνο οι βασικές μερίδες.Το κύριο μέρος είναι η γεννήτρια αρμονικών κυμάτων και το σύστημα αυτόματου ελέγχου, δηλαδή λειτουργεί μέσω της τεχνολογίας ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας που ελέγχει την ταχεία τρίοδο μονωτικής στρώσης.
Σε αυτό το στάδιο, από την άποψη του ειδικού ελέγχου παλμικού ρεύματος, παθητικά φίλτρα και ενεργά φίλτρα έχουν εμφανιστεί με τη μορφή συμπληρωματικών και μικτών εφαρμογών, αξιοποιώντας πλήρως τα πλεονεκτήματα των ενεργών φίλτρων όπως απλή και καθαρή δομή, εύκολη συντήρηση, χαμηλό κόστος. , και καλή απόδοση αποζημίωσης.Απαλλαγεί από τα ελαττώματα του μεγάλου όγκου και του αυξημένου κόστους του ενεργού φίλτρου και συνδυάζει τα δύο μαζί για να κάνει ολόκληρο το λογισμικό του συστήματος να έχει εξαιρετική απόδοση.
2.2 Μειώστε την αντίσταση του βρόχου και κόψτε τη μέθοδο της γραμμής μεταφοράς
Η βασική αιτία της παραγωγής αρμονικών οφείλεται στη χρήση μη γραμμικών φορτίων, επομένως, η βασική λύση είναι ο διαχωρισμός των γραμμών ισχύος των φορτίων παραγωγής αρμονικών από τις γραμμές ισχύος των αρμονικών ευαίσθητων φορτίων.Το παραμορφωμένο ρεύμα που παράγεται από το μη γραμμικό φορτίο παράγει μια παραμορφωμένη πτώση τάσης στην σύνθετη αντίσταση του καλωδίου και η συντιθέμενη παραμορφωμένη κυματομορφή τάσης εφαρμόζεται σε άλλα φορτία που συνδέονται στην ίδια γραμμή, όπου ρέουν υψηλότερα αρμονικά ρεύματα.Επομένως, τα μέτρα για τη μείωση της ζημιάς στο παλμικό ρεύμα μπορούν επίσης να διατηρηθούν αυξάνοντας την περιοχή διατομής του καλωδίου και μειώνοντας την σύνθετη αντίσταση βρόχου.Επί του παρόντος, μέθοδοι όπως η αύξηση της χωρητικότητας του μετασχηματιστή, η αύξηση της επιφάνειας διατομής των καλωδίων, ιδιαίτερα η αύξηση της διατομής των ουδέτερων καλωδίων και η επιλογή προστατευτικών εξαρτημάτων όπως διακόπτες κυκλώματος και ασφάλειες χρησιμοποιούνται ευρέως στην Κίνα.Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να εξαλείψει θεμελιωδώς τις αρμονικές, αλλά μειώνει τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες προστασίας, αυξάνει τις επενδύσεις και αυξάνει τους κρυφούς κινδύνους στο σύστημα τροφοδοσίας.Συνδέστε γραμμικά και μη γραμμικά φορτία από το ίδιο τροφοδοτικό
Τα σημεία εξόδου (PCC) αρχίζουν να παρέχουν ρεύμα στο κύκλωμα μεμονωμένα, επομένως η τάση εκτός πλαισίου από διακριτά φορτία δεν μπορεί να μεταφερθεί στο γραμμικό φορτίο.Αυτή είναι μια ιδανική λύση στο τρέχον πρόβλημα αρμονικών.
2.3 Εφαρμόστε ισχύ σμαραγδένιο πράσινο μετατροπέα χωρίς αρμονική ρύπανση
Το πρότυπο ποιότητας του πράσινου μετατροπέα είναι ότι τα ρεύματα εισόδου και εξόδου είναι ημιτονοειδή κύματα, ο συντελεστής ισχύος εισόδου είναι ελεγχόμενος, ο συντελεστής ισχύος μπορεί να ρυθμιστεί στο 1 υπό οποιοδήποτε φορτίο και η συχνότητα εξόδου της συχνότητας ισχύος μπορεί να ελεγχθεί αυθαίρετα.Ο ενσωματωμένος αντιδραστήρας AC του μετατροπέα συχνότητας μπορεί κάλλιστα να καταστείλει τις αρμονικές και να προστατεύσει τη γέφυρα ανορθωτή από την επίδραση του στιγμιαίου απότομου κύματος της τάσης τροφοδοσίας.Η πρακτική δείχνει ότι το αρμονικό ρεύμα χωρίς αντιδραστήρα είναι προφανώς υψηλότερο από αυτό με τον αντιδραστήρα.Προκειμένου να μειωθούν οι παρεμβολές που προκαλούνται από την αρμονική ρύπανση, εγκαθίσταται ένα φίλτρο θορύβου στο κύκλωμα εξόδου του μετατροπέα συχνότητας.Όταν το επιτρέπει ο μετατροπέας συχνότητας, η φέρουσα συχνότητα του μετατροπέα συχνότητας μειώνεται.Επιπλέον, σε μετατροπείς συχνότητας υψηλής ισχύος, χρησιμοποιείται συνήθως ανόρθωση 12 ή 18 παλμών, μειώνοντας έτσι το περιεχόμενο αρμονικών στο τροφοδοτικό εξαλείφοντας τις χαμηλές αρμονικές.Για παράδειγμα, 12 παλμοί, οι χαμηλότερες αρμονικές είναι η 11η, 13η, 23η και 25η αρμονική.Ομοίως, για 18 απλούς παλμούς, οι λίγες αρμονικές είναι η 17η και η 19η αρμονική.
Η τεχνολογία χαμηλής αρμονικής που χρησιμοποιείται σε μαλακούς εκκινητές μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:
(1) Ο πολλαπλασιασμός σε σειρά της μονάδας τροφοδοσίας μετατροπέα επιλέγει 2 ή περίπου 2 μονάδες τροφοδοσίας μετατροπέα συνδεδεμένες σε σειρά και εξαλείφει τα αρμονικά στοιχεία σύμφωνα με τη συσσώρευση κυματομορφής.
(2) Το κύκλωμα ανορθωτή αυξάνεται.Οι μαλακοί εκκινητές διαμόρφωσης πλάτους παλμού χρησιμοποιούν ανορθωτές 121, 18 ή 24 παλμών για τη μείωση των ρευμάτων παλμών.
(3) Επαναχρησιμοποίηση μονάδων ισχύος μετατροπέα σε σειρά, χρησιμοποιώντας 30 μονάδες ισχύος μετατροπέα σειράς μονού παλμού και επαναχρησιμοποίηση του κυκλώματος ισχύος, το ρεύμα παλμού μπορεί να μειωθεί.
(4) Χρησιμοποιήστε μια νέα μέθοδο διαμόρφωσης μετατροπής συχνότητας DC, όπως η διαμόρφωση διαμαντιού του υλικού διανύσματος τάσης εργασίας.Προς το παρόν, πολλοί κατασκευαστές μετατροπέων αποδίδουν μεγάλη σημασία στο πρόβλημα της αρμονικής και διασφαλίζουν τεχνικά το πρασίνισμα του μετατροπέα κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και λύνουν ουσιαστικά το πρόβλημα της αρμονικής.
3 Συμπέρασμα
Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να κατανοήσουμε ξεκάθαρα την αιτία των αρμονικών.Όσον αφορά την πραγματική λειτουργία, οι άνθρωποι μπορούν να επιλέξουν παθητικά φίλτρα και ενεργά φίλτρα για να μειώσουν τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του βρόχου, να κόψουν τη σχετική διαδρομή αρμονικής μετάδοσης, να αναπτύξουν και να εφαρμόσουν πράσινους μαλακούς εκκινητές χωρίς αρμονική ρύπανση και να μετατρέψουν τις αρμονικές που δημιουργούνται από ο εκκινητής ελέγχεται σε μικρό εύρος.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-13-2023