Jako dostawca przetwornic częstotliwości VF Control często spotykam się z pytaniami klientów dotyczącymi zawartości harmonicznych w tych przemiennikach. W tym poście na blogu zagłębię się w to, czym jest zawartość harmoniczna, dlaczego ma ona znaczenie w VFD Control VF i jak wpływa na ogólną wydajność systemów.
Zrozumienie harmonicznych
Na początek wyjaśnijmy, czym są harmoniczne. W systemie elektrycznym częstotliwość podstawowa to główna częstotliwość prądu przemiennego (AC), zazwyczaj 50 lub 60 Hz, w zależności od regionu. Harmoniczne to częstotliwości będące całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej. Na przykład druga harmoniczna jest dwukrotnie większa od częstotliwości podstawowej, trzecia harmoniczna jest trzykrotnie większa od częstotliwości podstawowej i tak dalej.
Harmoniczne powstają w układach elektrycznych, gdy występują obciążenia nieliniowe. Obciążenie nieliniowe to takie, w którym pobierany prąd nie jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia. VFD Control VFD należą do tej kategorii. Kiedy przetwornica częstotliwości przekształca przychodzącą moc prądu przemiennego na prąd stały, a następnie z powrotem na prąd przemienny o zmiennej częstotliwości, wprowadza nieliniowość do kształtu fali prądu, co z kolei generuje harmoniczne.
Generacja harmonicznych w VFD sterujących VF
VF Control VFD wykorzystują urządzenia energoelektroniczne, takie jak diody, tyrystory i tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT). Urządzenia te włączają i wyłączają prąd elektryczny przy wysokich częstotliwościach, aby kontrolować napięcie wyjściowe i częstotliwość. Podczas procesu przełączania kształt fali prądu odbiega od czystej fali sinusoidalnej, co powoduje generowanie harmonicznych.
Sekcja prostownika VFD, która przetwarza prąd przemienny na prąd stały, jest głównym źródłem harmonicznych. Większość napędów VFD wykorzystuje prostownik sześciopulsowy, który generuje znaczną ilość 5., 7., 11. i 13. harmonicznej. Im wyższy rząd harmonicznej, tym niższa jej amplituda, ale nawet te harmoniczne o niższej amplitudzie mogą mieć wpływ na system.
Dlaczego zawartość harmoniczna ma znaczenie
Zawartość harmonicznych w VFD Control VF może mieć kilka negatywnych skutków na układ elektryczny i podłączony sprzęt:
1. Przegrzanie sprzętu
Harmoniczne powodują dodatkowe nagrzewanie się urządzeń elektrycznych, takich jak transformatory, silniki i kable. Dodatkowy prąd spowodowany harmonicznymi zwiększa straty rezystancyjne (straty I²R) w tych elementach. Z biegiem czasu może to prowadzić do przedwczesnego starzenia się izolacji, skrócenia żywotności sprzętu, a nawet jego awarii.
2. Zniekształcenie napięcia
Harmoniczne mogą powodować zniekształcenia napięcia w układzie elektrycznym. Kiedy przebieg prądu jest zniekształcony z powodu harmonicznych, powoduje to spadek napięcia na impedancji systemu. Ten spadek napięcia zawiera składowe harmoniczne, które mogą mieć wpływ na działanie innych wrażliwych urządzeń podłączonych do tego samego źródła zasilania. Na przykład komputery, urządzenia komunikacyjne i inny sprzęt elektroniczny mogą ulegać awariom z powodu odkształceń napięcia.
3. Ingerencja w inny sprzęt
Harmoniczne mogą również powodować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w innym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. Składniki harmonicznych o wysokiej częstotliwości mogą emitować energię elektromagnetyczną, która może zakłócać normalne działanie pobliskiego sprzętu, takiego jak odbiorniki radiowe, czujniki i systemy sterowania.
Pomiar zawartości harmonicznych
Aby ocenić zawartość harmonicznych w VFD sterującym VF, powszechnie stosuje się kilka parametrów:
1. Całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD):
THD jest miarą całkowitego zniekształcenia przebiegu prądu lub napięcia spowodowanego harmonicznymi. Wyraża się go w procentach i reprezentuje stosunek wartości skutecznej (RMS) wszystkich składowych harmonicznych do wartości skutecznej składowej podstawowej. Niższa wartość THD oznacza czystszy przebieg z mniejszymi zniekształceniami harmonicznymi.
2. Indywidualne amplitudy harmoniczne:
Oprócz THD istotny jest także pomiar amplitud poszczególnych harmonicznych. Pomaga to w identyfikacji konkretnych harmonicznych powodujących problemy i określeniu odpowiednich środków łagodzących.
Łagodzenie zawartości harmonicznej
Jako dostawca VF Control VFD oferujemy kilka rozwiązań ograniczających zawartość harmonicznych w naszych napędach:
1. Filtry pasywne
Filtry pasywne są najczęstszą metodą ograniczania harmonicznych. Filtry te składają się z cewek indukcyjnych, kondensatorów i rezystorów połączonych w określonej konfiguracji w celu pochłaniania lub blokowania prądów harmonicznych. Filtry pasywne można zaprojektować tak, aby celowały w określone harmoniczne lub redukowały ogólne THD.
2. Aktywne filtry
Filtry aktywne są bardziej zaawansowane i mogą zapewnić lepszą redukcję harmonicznych w porównaniu z filtrami pasywnymi. Filtry te wykorzystują elektronikę mocy do generowania prądu kompensacyjnego o wartości równej wartości, ale przeciwnej w fazie do prądu harmonicznego. To skutecznie eliminuje prąd harmoniczny w systemie.
3. Prostowniki wieloimpulsowe
Zamiast stosować standardowy prostownik sześciopulsowy, można zastosować prostowniki wieloimpulsowe, takie jak prostowniki 12-impulsowe lub 18-impulsowe. Prostowniki te redukują zawartość harmonicznych poprzez zwiększenie liczby impulsów w procesie prostowania, co skutkuje czystszym napięciem stałym i niższymi prądami harmonicznymi.
Wpływ na wydajność systemu
Zawartość harmonicznych w VFD Control VF może znacząco wpłynąć na wydajność całego systemu. Zmniejszając zawartość harmonicznych, możemy poprawić wydajność układu elektrycznego, zmniejszyć zużycie energii i zwiększyć niezawodność podłączonego sprzętu. Na przykład silnik zasilany czystszym zasilaniem (niższa zawartość harmonicznych) będzie działał płynniej, będzie mniej wibracji i hałasu, a także będzie miał dłuższą żywotność.
Zastosowania i rozważania
Przetwornice częstotliwości VF Control są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań, w tym w maszynach przemysłowych, systemach HVAC i systemach energii odnawialnej. W każdym zastosowaniu należy dokładnie rozważyć zawartość harmonicznych. Na przykład we wrażliwym procesie przemysłowym nawet niewielka ilość zniekształceń harmonicznych może powodować problemy z jakością produktu. W systemie HVAC wysoka zawartość harmonicznych może prowadzić do zwiększonego zużycia energii i przedwczesnej awarii sprzętu.
Wybierając VF Control VFD do konkretnego zastosowania, ważne jest, aby wziąć pod uwagę wymagania harmoniczne systemu. Niektóre zastosowania mogą wymagać VFD o bardzo niskim THD, podczas gdy inne mogą być bardziej tolerancyjne na zniekształcenia harmoniczne. Nasz zespół ekspertów może pomóc w wyborze odpowiedniego rozwiązania w zakresie VFD i ograniczania harmonicznych dla Twoich konkretnych potrzeb.
Powiązane produkty
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat VFD VF Control i powiązanych produktów, możesz odwiedzić następujące łącza:
- Napęd o zmiennej częstotliwości VFD
- Sterowniki silników o zmiennej częstotliwości
- Jedno- lub trójfazowy VFD
Kontakt w sprawie zakupu i konsultacji
Jeśli rozważasz zakup VFD Control VF lub potrzebujesz więcej informacji na temat ograniczania harmonicznych, zachęcamy do skontaktowania się z nami. Nasz doświadczony zespół sprzedaży może zapewnić szczegółowe informacje o produkcie, wsparcie techniczne i pomóc w procesie zakupów. Niezależnie od tego, czy prowadzisz projekt na małą skalę, czy zastosowanie przemysłowe na dużą skalę, mamy dla Ciebie odpowiednie rozwiązania.
Referencje
- „Jakość energii w układach elektrycznych” autorstwa Math HJ Bollen
- „Przemienniki częstotliwości: wybór, zastosowanie i konserwacja” Dana M. Ionela i Giri K. Venkataramanana