Produs secundar al electronicii moderne, distorsiunea armonică apare atunci când un număr mare de computere personale, surse de alimentare neîntreruptibile, frecvență variabilă

armonicilor

Produs secundar al electronicii moderne, distorsiunea armonică apare atunci când un număr mare de computere personale, surse de alimentare neîntreruptibile, unități de frecvență variabilă (VFD) și alte dispozitive care utilizează surse de comutare a puterii în stare solidă pentru a converti puterea curentului alternativ (AC) -puterea curentă (DC) este prezentă. În sistemele HVAC, unitățile de curent alternativ sunt cea mai răspândită sursă de distorsiune armonică.

Distorsiunea armonică poate fi prezentă atât în ​​tensiune, cât și în curent. Într-un sistem de alimentare trifazat echilibrat, formele de undă armonice cu număr par sunt 120 de grade defazate și se anulează reciproc, în timp ce formele de undă armonice cu număr impar rămân. Pentru o sarcină de redresare trifazată, curenții armonici impari sunt exprimați în următoarea ecuație: 6 × n ± 1, cum ar fi 5, 7, 11, 13 etc. Magnitudinea formei de undă sinusoidală pentru curenții armonici scade odată cu creșterea frecvenței și invers.

Distorsiunea armonică nu adaugă energie unui sistem, chiar dacă curentul suplimentar circulă prin firele electrice. Efectele distorsiunii armonice trifazate asupra circuitelor sunt similare cu efectele stresului și ale hipertensiunii arteriale asupra corpului uman. Nivelurile ridicate de distorsiuni armonice pot duce la probleme pentru sistemele de distribuție și echipamentele pe care le deservesc. Efectele pot varia de la funcționarea falsă la ineficiența sistemului de alimentare până la oprirea echipamentului.

Efectele negative ale distorsiunii armonice asupra echipamentelor includ:

Supraîncălzirea conductorului. Curenții armonici pe conductori sau cabluri subdimensionate pot provoca un „efect de piele” care crește cu frecvența și este similar cu o forță centrifugă.

Siguranțe suflate și întreruptoare. Distorsiunea armonică poate provoca o operare falsă sau falsă și se poate declanșa, deteriorând sau suflând componentele.

Durată de viață redusă a condensatorului. Creșterile de creștere a căldurii atribuite pierderii de energie pot reduce durata de viață a condensatoarelor. Dacă un condensator este reglat la una dintre armonicele caracteristice, supratensiunea și rezonanța pot provoca defecțiuni dielectrice sau rupe un condensator.

Supraîncălzirea transformatorului. Pierderi crescute de fier și cupru, sau curenți turbionari, atribuite pierderilor de flux rătăcitor cauzează supraîncălzire excesivă în înfășurările transformatorului.

Funcționare instabilă a generatorului. Distorsiunea excesivă a tensiunii armonice determină multiple treceri zero ale formelor de undă curente. Trecerile zero afectează sincronizarea regulatoarelor de tensiune, provocând interferențe și instabilitate operațională.

Citiri incorecte ale contorului utilitar. Măsurătorile înregistrate incorect pot duce la facturi mai mari de utilități.

EVALUAREA ARMONICII SISTEMULUI

Armonicele sistemului ar trebui evaluate în cazul uneia sau mai multora dintre următoarele:

Băncile de condensatoare sunt aplicate într-un sistem HVAC în care 20% sau mai mult din sarcină include alte echipamente generatoare de armonici.

Instalația are un istoric al problemelor legate de armonică, inclusiv funcționarea excesivă a condensatorului.

Cerințele companiei energetice limitează grav armonicele înapoi în sistemul unei instalații.

Extinderea instalației a avut ca rezultat echipamente semnificative de generare de armonici care funcționează împreună cu băncile de condensatoare.

Planurile prevăd adăugarea unui generator de rezervă în caz de urgență ca sursă de alimentare alternativă într-o instalație industrială.

Adesea, furnizorul de echipamente cu încărcare neliniară, cum ar fi VFD-urile, poate evalua efectele pe care echipamentele le pot avea asupra unui sistem HVAC. De obicei, aceasta implică detalii legate de proiectarea și impedanța sistemului HVAC.

TEHNOLOGIA ARMONIC-MITIGATORIE

Reducerea magnitudinii valorilor curente de vârf și gestionarea formelor de undă curente sunt importante pentru atenuarea distorsiunii armonice. Metodele de reducere a curentului armonic includ utilizarea de reactoare de curent alternativ, bobine de curent continuu, unități de curent alternativ cu 12 și 18 impulsuri și dispozitive care generează unde sinusoidale de curent alternativ. Aceste metode au compromisuri de costuri și beneficii. Inginerii specificatori solicită adesea o soluție de atenuare a armonicilor care crește inutil costurile de construcție și instalare. Cea mai bună soluție este o compromis între distorsiunea armonică acceptabilă și costul acceptabil.

Inovațiile recente au făcut posibilă unitățile de curent alternativ cu armonici reduse și performanțe îmbunătățite. Progresele în materialele utilizate în condensatoarele de film din plastic cu durată lungă de viață pentru secțiunile de conversie a puterii diodă-punte-redresor ale unităților de curent alternativ reduc cantitatea de capacitate a autobuzelor de curent continuu. Noile unități de curent alternativ au între 3 și 5% din capacitatea unităților de generație anterioară.

Noile acționări de curent alternativ cu cuplu variabil au microprocesoare puternice de control al motorului, care sunt programate cu algoritmi de control al motorului proiectate pentru a produce forme de undă sinusoidale pentru aplicații cu ventilator centrifugal și pompă. Noua tehnologie a redus, de asemenea, dimensiunea unităților de viteză variabilă și a redus dependența de filtrele de linie externe, cum ar fi reactoarele de linie de curent alternativ și bobinele de curent continuu, pentru reducerea armonicelor.

FIGURA 1. Formele de undă de tensiune și curent fără reactor de linie

Figura 1 prezintă formele de undă de tensiune și curent tipice ale unei unități de curent alternativ cu șase impulsuri de 100 CP fără reactor de curent alternativ. Tensiunea de intrare este forma de undă portocalie, în timp ce curentul de intrare este forma de undă mov. Creșteri mari în forma de undă curentă sunt atribuite încărcării și descărcării condensatorilor. Magnitudinea formei de undă curente atinge vârfurile la aproximativ 300 amperi, pe măsură ce condensatorii se încarcă. Forma de undă de curent mare, cu dublă cocoașă contribuie semnificativ la distorsiunea armonică. În acest exemplu, curentul total de distorsiune armonică (THDI) este de 80%.

FIGURA 2. Formele de undă de tensiune și curent cu un reactor de curent alternativ de 3%

Figura 2 prezintă formele de undă de tensiune și curent tipice ale unei unități de curent alternativ cu șase impulsuri de 100 CP cu un reactor de linie de curent alternativ de 3%. Tensiunea de intrare este forma de undă portocalie, în timp ce curentul de intrare este forma de undă mov. Curentul de vârf atinge 190 amperi și este mai mic datorită utilizării reactorului de linie AC de 3%. Forma de undă cu dublă cocoașă contribuie la distorsiunea armonică, dar este redusă în comparație cu Figura 1. THDI din acest exemplu este de 38%.

FIGURA 3. Formele de undă de curent și tensiune cu noua tehnologie cu armonici reduse

Figura 3 prezintă formele de undă tipice de tensiune și curent ale unei unități de curent alternativ cu șase impulsuri de 100 CP, cu o nouă tehnologie cu armonici reduse. Tensiunea de intrare este forma de undă portocalie, în timp ce curentul de intrare este forma de undă mov. Curentul de vârf este de 190 amperi; cu toate acestea, forma de undă curentă are formă pătrată și seamănă mai mult cu o formă de undă sinusoidală datorită valorii capacității reduse. Noua formă de undă de curent în formă pătrată produce o distorsiune mai puțin armonică. THDI este de 33%. O unitate de curent alternativ cu tehnologie nouă de armonici reduse funcționează, precum și o unitate de curent alternativ cu un reactor de linie de 3%.

O unitate de curent alternativ cu tehnologie cu armonici reduse este mai eficientă în gestionarea puterii de curent alternativ și nu necesită un reactor extern de linie de curent alternativ sau o bobină de curent continuu.

Scoaterea reactorului de linie de curent alternativ sau a bobinei de curent continuu de pe o unitate

Reduce dimensiunea și greutatea carcasei unității.

Reduce costul unității.

Îmbunătățește ușurința instalării.

Reduce cerințele de perete mecanice/electrice ale camerei.

O unitate de curent alternativ cu tehnologie nouă de armonici reduse este o soluție rentabilă de unitate de curent alternativ.