ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ С НИЗКИМ УРОВНЕМ ГАРМОНИК
Взяться за написание этой статьи побудила фраза в рекламной продукции одного из поставщиков преобразователей частоты: «применение технологии антигармоник позволило достичь показателя THDI (коэффициент суммарных гармонических искажений тока) менее 30% без использования дополнительных фильтров». При этом приводятся сравнительные диаграммы, на которых преобразователи частоты среднего класса за счет применения «технологии антигармоник» имеют коэффициент суммарных гармонических искажений тока много лучше, нежели признанные лидеры в этой области – преобразователи частоты Danfoss, ABB, Siemens и другие.
Что же это за «технология антигармоник»? – возможно мы имеем дело с «новейшим изобретением» в корне позволяющем улучшить электромагнитную совместимость преобразователя частоты с сетью питания, а возможно это очередной дешевый рекламный трюк? Давайте сначала посмотрим, что говорит наука о гармониках, а потом попробуем определиться с «технологией антигармоник».
Известно, что любой преобразователь (в том числе и частоты), содержащий на входе схему выпрямления, генерирует в сеть гармоники отличные от основной и их количественные показатели, в первую очередь, зависят от параметров нагрузки (R-L-C). Для преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока, представляющим собой входной, в большинстве применений, неуправляемый трехфазный выпрямитель с фильтрующей емкостью на выходе, в зависимости от наличия (отсутствия) индуктивностей на входе или в звене постоянного тока, приведенный выше показатель THDI практически может находиться в диапазоне 30 -105% и изменяться при изменении мощности нагрузки и параметров питающей сети.
Для повышения качества электроэнергии (улучшения формы входного тока, который потребляют преобразователи частоты) используются пассивные входные фильтры гармоник переменного тока. Входные фильтры гармоник имеют достаточно высокие потери, и они не обеспечивают эффективное снижение высших гармоник. При использовании пассивного входного фильтра гармоник при 100% нагрузке можно получить суммарный коэффициент гармоник тока (THDI ) < 5%. Входные пассивные фильтры гармоник используются в сочетании с преобразователями частоты, мощностью до 250 кВт.
Решение указанных проблем пассивных входных фильтров гармоник возможно путем применения активных и гибридных фильтров, выполненных на основе силовой полупроводниковой техники. Появление нового многофункционального типа устройства, так называемого активного фильтра (АФ), или компенсатора неактивной мощности способного работать, как в режиме компенсации реактивной мощности сети, так и в режиме компенсации высших гармоник тока сети.
Активные фильтры высших гармоник являются сравнительно новым классом устройств, улучшающих качество электроэнергии сразу по нескольким показателям. Активный фильтр может подключаться параллельно или последовательно нелинейному электроприемнику. Для исключения или минимизации мощности искажений всех гармоник тока, включая основную, активный фильтр обеспечивает работу в режиме как бы генератора антигармоник, что исключает или ограничивает их поступление в сеть электроснабжения.
Активный фильтр представляет собой преобразователь напряжения с дросселями на стороне переменного тока преобразователя и обеспечивает компенсацию высших гармоник тока сети путём генерирования высших гармоник тока в сеть, в противофазе с высшими гармониками тока, потребляемого преобразователем частоты с сети. Таким образом происходит защита сети от негативного влияния высших гармоник тока, устранение провалов, фликера и несимметрии напряжения, а также повышение коэффициента мощности на основной частоте. Последняя функция соответствует традиционным компенсаторам или регуляторам реактивной мощности.
На рисунке приведена схема электрическая принципиальная активного фильтра и силового выпрямителя преобразователя частоты, а на осциллограммах изображены: напряжение входной сети питания; входной ток преобразователя частоты; входной ток активного фильтра; суммарный ток преобразователя частоты и активного фильтра. На третей сверху осциллограмме видно, какой формы ток генерирует в сеть активный фильтр для того, чтобы суммарный ток, потребляемый из входной сети одновременно активным фильтром и преобразователем частоты был синусоидальным. Вот теперь становится понятным принцип работы «технологии антигармоник»
Коль уж статья посвящена применению «технологии антигармоник», то особо хотелось бы отметить решение проблемы качества потребляемого тока преобразователем частоты из сети, предложенным компанией Данфосс. Привод VLT® Low Harmonic Drive (преобразователи частоты с низким уровнем гармоник потребляемого тока) компании Danfoss является первым решением, объединяющим в одном корпусе активный фильтр и привод. Такой преобразователь осуществляет непрерывное регулирование ослабления гармоник в соответствии с нагрузкой и условиями в электрической сети, не оказывая влияния на подключенный двигатель. Суммарный коэффициент гармоник тока уменьшается до величины менее 3 % в идеальных условиях и до величины менее 5 % в электрических сетях с сильными гармоническими искажениями и асимметрией фаз до 2 %.
Преобразователи частоты VLT® Low Harmonic Drive также обеспечивают избирательное соответствие отдельных гармоник самым строгим требованиям. Данное устройство соответствует всем действующим стандартам и рекомендациям в отношении подавления гармоник. Такие уникальные функции, как режим ожидания и охлаждение посредством тыльного канала, обеспечивают непревзойденный КПД приводов Low Harmonic Drive. Порядок настройки и монтажа привода VLT® Low Harmonic Drive ничем не отличается от аналогичных процедур для любого стандартного преобразователя частоты VLT®, и данное устройство готово к обеспечению оптимальных характеристик гармоник сразу после поставки с завода.
Преобразователи частоты VLT® Low Harmonic Drive имеют такую же модульную конструкцию, что и стандартные приводы высокой мощности Данфосс, а также обладает аналогичными возможностями: встроенными фильтрами ВЧ-помех, специальными покрытыми печатных плат и удобством программирования. Не трудно заметить, что техническая реализация «технологии антигармоник» не такая уж и простая задача, и именно поэтому преобразователи частоты VLT® Low Harmonic Drive выпускают на мощности от 160 кВт и выше.
Может кто-то подумать, а зачем все эти активные фильтры, все эти технологии антигармоник вообще нужны? Дело в том, что все фильтры, в том числе и активные, разрабатываются и выпускаются не от хорошей жизни. В Европе, например, Вас просто отключат от питающей сети в том случае, если коэффициент суммарных гармонических искажений тока будет большим, чем предельно допустимый для данной конкретной сети питания. В Украине пока таких санкций нет, но некоторые предприятия, в электрических сетях которых имеют место сильные гармонические искажения, вызванные интенсивным использованием силовой преобразовательной техники, уже проявляют определенный интерес к активным фильтрам, с помощью которых можно решить проблемы, возникающие из-за высших гармоник тока.
Приглашаем Вас к плодотворному сотрудничеству с нашим сервисным центром с безусловной выгодой для Вас.
