آسیب هارمونیک ها به مبدل های فرکانس، طرح کنترل هارمونیک مبدل های فرکانس

مبدل های فرکانس به طور گسترده ای در صنعت سیستم های انتقال سرعت متغیر در تولید صنعتی استفاده می شود.به دلیل ویژگی های سوئیچینگ برق مدار یکسو کننده اینورتر، یک بار سیستم گسسته معمولی بر روی منبع تغذیه سوئیچینگ آن تولید می شود.مبدل فرکانس معمولاً به طور همزمان با دستگاه های دیگر مانند رایانه ها و سنسورها در محل کار می کند.این دستگاه ها بیشتر در نزدیکی نصب می شوند و ممکن است بر یکدیگر تأثیر بگذارند.بنابراین، تجهیزات الکترونیکی قدرت که توسط مبدل فرکانس نشان داده می شود، یکی از منابع هارمونیک مهم در شبکه برق عمومی است و آلودگی هارمونیک تولید شده توسط تجهیزات الکترونیک قدرت به مانع اصلی توسعه فناوری الکترونیک قدرت تبدیل شده است.

1.1 هارمونیک ها چیست؟
علت اصلی هارمونیک ها بارگذاری گسسته سیستم است.هنگامی که جریانی از بار عبور می کند، هیچ رابطه خطی با ولتاژ اعمال شده وجود ندارد و جریانی غیر از موج سینوسی جریان می یابد و هارمونیک های بالاتری ایجاد می کند.فرکانس های هارمونیک مضرب صحیح فرکانس اصلی هستند.بر اساس اصل تحلیل فوریه ریاضیدان فرانسوی (M.Fourier)، هر شکل موج تکراری را می توان به اجزای موج سینوسی از جمله فرکانس بنیادی و هارمونیک های یک سری مضرب فرکانس اساسی تجزیه کرد.هارمونیک ها شکل موج های سینوسی هستند و هر شکل موج سینوسی اغلب فرکانس، دامنه و زاویه فاز متفاوتی دارد.هارمونیک ها را می توان به دو دسته هارمونیک زوج و فرد تقسیم کرد، اعداد سوم، پنجم و هفتم هارمونیک های فرد و اعداد دوم، چهاردهم، ششم و هشتم هارمونیک زوج هستند.برای مثال، وقتی موج بنیادی 50 هرتز باشد، هارمونیک دوم 10 هرتز و هارمونیک سوم 150 هرتز است.به طور کلی هارمونیک های فرد آسیب بیشتری نسبت به هارمونیک های زوج دارند.در یک سیستم سه فاز متعادل، به دلیل تقارن، هارمونیک های زوج حذف شده و فقط هارمونیک های فرد وجود دارد.برای بار یکسو کننده سه فاز، جریان هارمونیک 6n 1 هارمونیک است، مانند 5، 7، 11، 13، 17، 19 و غیره. کلید سافت استارتر باعث ایجاد هارمونیک 5 و 7 می شود.
1.2 استانداردهای مربوطه برای کنترل هارمونیک
کنترل هارمونیک اینورتر باید به استانداردهای زیر توجه کند: استانداردهای ضد تداخل: EN50082-1، -2، EN61800-3: استانداردهای تشعشع: EN5008l-1، -2، EN61800-3.به خصوص IEC10003، IEC1800-3 (EN61800-3)، IEC555 (EN60555) و IEEE519-1992.
استانداردهای عمومی ضد تداخل EN50081 و EN50082 و استاندارد مبدل فرکانس EN61800 (1ECl800-3) سطوح تشعشع و ضد تداخل تجهیزاتی که در محیط های مختلف کار می کنند را تعریف می کنند.استانداردهای فوق، سطوح قابل قبول تشعشع را تحت شرایط محیطی مختلف تعریف می کنند: سطح L، بدون محدودیت تشعشع.برای کاربرانی که از سافت استارترها در محیط‌های طبیعی بی‌تأثیر استفاده می‌کنند و کاربرانی که محدودیت‌های منبع تشعشع را خودشان حل می‌کنند، مناسب است.کلاس h حد مشخص شده توسط EN61800-3، محیط اول: توزیع حد، محیط دوم است.به عنوان گزینه ای برای فیلتر فرکانس رادیویی، مجهز به فیلتر فرکانس رادیویی می تواند سافت استارتر را با سطح تجاری که معمولاً در محیط های غیر صنعتی استفاده می شود، برآورده کند.
2 اقدامات کنترل هارمونیک
مشکلات هارمونیک را می توان مدیریت کرد، تداخل تشعشع و تداخل سیستم منبع تغذیه را می توان سرکوب کرد، و اقدامات فنی مانند محافظ، جداسازی، زمین و فیلتر را می توان اتخاذ کرد.
(1) فیلتر غیرفعال یا فیلتر فعال را اعمال کنید.
(2) ترانسفورماتور را بلند کنید، امپدانس مشخصه مدار را کاهش دهید و خط برق را قطع کنید.
(3) از استارت نرم سبز استفاده کنید، بدون آلودگی جریان پالس.
2.1 استفاده از فیلترهای غیرفعال یا فعال
فیلترهای پسیو برای تغییر امپدانس مشخصه منابع تغذیه سوئیچینگ در فرکانس های خاص مناسب هستند و برای سیستم هایی که پایدار هستند و تغییر نمی کنند مناسب هستند.فیلترهای فعال برای جبران بارهای گسسته سیستم مناسب هستند.
فیلترهای غیر فعال برای روش های سنتی مناسب هستند.فیلتر غیرفعال ابتدا به دلیل ساختار ساده و واضح، سرمایه گذاری کم پروژه، قابلیت اطمینان عملیات بالا و هزینه عملیات کم ظاهر شد.آنها ابزار کلیدی برای سرکوب جریان های پالسی باقی می مانند.فیلتر LC یک دستگاه سنتی سرکوب هارمونیک مرتبه بالا غیرفعال است.این ترکیب مناسبی از خازن های فیلتر، راکتورها و مقاومت ها است و به موازات منبع هارمونیک مرتبه بالا متصل می شود.علاوه بر عملکرد فیلتر، عملکرد جبران نامعتبر نیز دارد.چنین دستگاه هایی دارای معایب غیر قابل حل هستند.اضافه بار کلید بسیار آسان است و در صورت بارگذاری بیش از حد می سوزد که باعث می شود ضریب قدرت از حد استاندارد، جبران خسارت و تنبیه فراتر رود.علاوه بر این، فیلترهای غیرفعال خارج از کنترل هستند، بنابراین با گذشت زمان، تردی اضافی یا تغییرات بار شبکه باعث تغییر رزونانس سری و کاهش اثر فیلتر می شود.مهمتر از همه، فیلتر غیرفعال فقط می تواند یک جزء هارمونیک مرتبه بالا را فیلتر کند (در صورت وجود فیلتر، فقط می تواند هارمونیک سوم را فیلتر کند)، به طوری که اگر فرکانس های هارمونیک مرتبه بالا مختلف فیلتر شوند، می توان از فیلترهای مختلف برای افزایش استفاده کرد. سرمایه گذاری تجهیزات
انواع فیلترهای فعال در کشورهای مختلف جهان وجود دارد که می تواند جریان های پالسی فرکانس ها و دامنه های مختلف را ردیابی و جبران کند و ویژگی های جبرانی تحت تأثیر امپدانس مشخصه شبکه برق قرار نمی گیرد.تئوری اصلی فیلترهای مهندسی توان فعال در دهه 1960 متولد شد و به دنبال آن، فناوری مدار مجتمع کنترل کامل توان خروجی بزرگ، متوسط ​​و کوچک، بهبود سیستم کنترل مدولاسیون عرض پالس و هارمونیک‌ها بر اساس تئوری بار راکتیو سرعت لحظه ایپیشنهاد واضح روش فعلی نظارت بر سرعت لحظه ای منجر به توسعه سریع فیلترهای مهندسی توان فعال شده است.مفهوم اصلی آن نظارت بر جریان هارمونیک ناشی از هدف جبران است و تجهیزات جبرانی یک باند فرکانسی از جریان جبرانی با همان اندازه و قطبیت مخالف جریان هارمونیک ایجاد می کند تا جریان پالس ناشی از جریان پالس را جبران کند. منبع خط اصلی، و سپس جریان شبکه برق را فقط سرویس های اساسی شامل می شود.بخش اصلی مولد موج هارمونیک و سیستم کنترل خودکار است، یعنی از طریق فناوری پردازش تصویر دیجیتالی کار می کند که لایه عایق سریع تریود را کنترل می کند.
در این مرحله در بعد کنترل جریان پالس ویژه، فیلترهای غیرفعال و فیلترهای فعال در قالب کاربردهای مکمل و ترکیبی ظاهر شده اند و از مزایای فیلترهای فعال مانند ساختار ساده و شفاف، نگهداری آسان، هزینه کم استفاده می کنند. ، و عملکرد جبران خوب.از عیوب حجم زیاد و افزایش هزینه فیلتر فعال خلاص می شود و این دو را با هم ترکیب می کند تا کل نرم افزار سیستم عملکرد عالی را به دست آورد.
2.2 امپدانس حلقه را کاهش دهید و روش خط انتقال را قطع کنید
علت اصلی تولید هارمونیک به دلیل استفاده از بارهای غیر خطی است، بنابراین راه حل اساسی جداسازی خطوط برق بارهای مولد هارمونیک از خطوط برق بارهای حساس به هارمونیک است.جریان تحریف شده تولید شده توسط بار غیرخطی، یک افت ولتاژ تحریف شده در امپدانس کابل ایجاد می کند، و شکل موج ولتاژ تحریف شده سنتز شده به بارهای دیگر متصل به همان خط، که در آن جریان های هارمونیک بالاتری جریان دارد، اعمال می شود.بنابراین، با افزایش سطح مقطع کابل و کاهش امپدانس حلقه می توان اقداماتی را برای کاهش آسیب جریان پالس نیز حفظ کرد.در حال حاضر روش هایی مانند افزایش ظرفیت ترانسفورماتور، افزایش سطح مقطع کابل ها به ویژه افزایش سطح مقطع کابل های خنثی و انتخاب اجزای محافظ مانند قطع کننده مدار و فیوز در چین بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.با این حال، این روش نمی تواند اساساً هارمونیک ها را حذف کند، اما ویژگی ها و عملکردهای حفاظتی را کاهش می دهد، سرمایه گذاری را افزایش می دهد و خطرات پنهان در سیستم منبع تغذیه را افزایش می دهد.بارهای خطی و بارهای غیر خطی را از یک منبع تغذیه وصل کنید
نقاط خروجی (PCC) به طور جداگانه شروع به تامین برق مدار می کنند، بنابراین ولتاژ خارج از قاب از بارهای گسسته نمی تواند به بار خطی منتقل شود.این یک راه حل ایده آل برای مشکل هارمونیک فعلی است.
2.3 از قدرت اینورتر سبز زمردی بدون آلودگی هارمونیک استفاده کنید
استاندارد کیفیت اینورتر سبز این است که جریان های ورودی و خروجی امواج سینوسی هستند، ضریب توان ورودی قابل کنترل است، ضریب توان را می توان تحت هر باری روی 1 تنظیم کرد و فرکانس خروجی فرکانس توان را می توان به صورت دلخواه کنترل کرد.راکتور AC داخلی مبدل فرکانس می تواند به خوبی هارمونیک ها را سرکوب کند و از پل یکسو کننده در برابر تأثیر موج شدید آنی ولتاژ منبع تغذیه محافظت کند.تمرین نشان می دهد که جریان هارمونیک بدون راکتور به وضوح بالاتر از جریان راکتور است.به منظور کاهش تداخل ناشی از آلودگی هارمونیک، فیلتر نویز در مدار خروجی مبدل فرکانس تعبیه شده است.هنگامی که مبدل فرکانس اجازه می دهد، فرکانس حامل مبدل فرکانس کاهش می یابد.علاوه بر این، در مبدل های فرکانس پرقدرت معمولاً از یکسوسازی 12 پالس یا 18 پالس استفاده می شود و در نتیجه با حذف هارمونیک های پایین، محتوای هارمونیک در منبع تغذیه کاهش می یابد.به عنوان مثال، 12 پالس، کمترین هارمونیک هارمونیک های 11، 13، 23، و 25 است.به طور مشابه، برای 18 پالس تک، هارمونیک های اندک، هارمونیک های 17 و 19 هستند.
فناوری هارمونیک پایین مورد استفاده در سافت استارترها را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
(1) ضرب سری ماژول منبع تغذیه اینورتر 2 یا حدود 2 ماژول منبع تغذیه اینورتر متصل به سری را انتخاب می کند و اجزای هارمونیک را با توجه به تجمع شکل موج حذف می کند.
(2) مدار یکسو کننده افزایش می یابد.سافت استارترهای مدولاسیون عرض پالس از یکسو کننده های 121، 18 یا 24 پالس برای کاهش جریان پالس استفاده می کنند.
(3) استفاده مجدد از ماژول های قدرت اینورتر به صورت سری، با استفاده از 30 ماژول قدرت اینورتر سری تک پالس و استفاده مجدد از مدار قدرت، جریان پالس را می توان کاهش داد.
(4) از روش مدولاسیون تبدیل فرکانس DC جدید، مانند مدولاسیون الماسی مواد بردار ولتاژ کاری استفاده کنید.در حال حاضر، بسیاری از تولیدکنندگان اینورتر اهمیت زیادی به مشکل هارمونیک می دهند و از نظر فنی سبز شدن اینورتر را در حین طراحی تضمین می کنند و اساساً مشکل هارمونیک را حل می کنند.
3 نتیجه گیری
به طور کلی، ما می توانیم به وضوح علت هارمونیک ها را درک کنیم.از نظر عملکرد واقعی، افراد می توانند فیلترهای غیرفعال و فیلترهای فعال را انتخاب کنند تا امپدانس مشخصه حلقه را کاهش دهند، مسیر نسبی انتقال هارمونیک را قطع کنند، شروع کننده های نرم سبز را بدون آلودگی هارمونیک توسعه دهند و اعمال کنند و هارمونیک های تولید شده توسط نرم را تبدیل کنند. استارت در یک محدوده کوچک کنترل می شود.