Frequenzumrichter werden häufig in der Industrie für variable Geschwindigkeitsübertragungssysteme in der industriellen Produktion eingesetzt.Aufgrund der Leistungsschalteigenschaften des Wechselrichter-Gleichrichterkreises wird an seinem Schaltnetzteil eine typische diskrete Systemlast erzeugt.Der Frequenzumrichter arbeitet in der Regel gleichzeitig mit anderen Geräten wie Computern und Sensoren vor Ort.Diese Geräte sind meist in der Nähe installiert und können sich gegenseitig beeinflussen.Daher sind leistungselektronische Geräte, die durch Frequenzumrichter dargestellt werden, eine der wichtigen Oberwellenquellen im öffentlichen Stromnetz, und die durch leistungselektronische Geräte erzeugte Oberwellenverschmutzung ist zum Haupthindernis für die Entwicklung der leistungselektronischen Technologie selbst geworden.
1.1 Was sind Harmonische?
Die Hauptursache für Oberschwingungen ist die diskrete Systembelastung.Wenn ein Strom durch die Last fließt, besteht kein linearer Zusammenhang mit der angelegten Spannung, und es fließt ein Strom, der keine Sinuswelle ist und höhere Harmonische erzeugt.Harmonische Frequenzen sind ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz.Nach dem Analyseprinzip des französischen Mathematikers Fourier (M.Fourier) kann jede sich wiederholende Wellenform in Sinuswellenkomponenten zerlegt werden, einschließlich der Grundfrequenz und Harmonischen einer Reihe von Grundfrequenzvielfachen.Harmonische sind Sinuswellenformen, und jede Sinuswellenform hat oft eine andere Frequenz, Amplitude und einen anderen Phasenwinkel.Harmonische können in gerade und ungerade Harmonische unterteilt werden, die dritte, fünfte und siebte Zahl sind ungerade Harmonische und die zweite, vierzehnte, sechste und achte Zahl sind gerade Harmonische.Wenn die Grundwelle beispielsweise 50 Hz beträgt, beträgt die zweite Harmonische 10 Hz und die dritte Harmonische 150 Hz.Im Allgemeinen sind ungerade Harmonische schädlicher als gerade Harmonische.In einem ausgeglichenen Dreiphasensystem wurden aufgrund der Symmetrie gerade Harmonische eliminiert und es existieren nur noch ungerade Harmonische.Bei der dreiphasigen Gleichrichterlast beträgt der Oberschwingungsstrom 6n 1 Oberschwingung, z. B. 5, 7, 11, 13, 17, 19 usw. Die Softstartertaste verursacht die 5. und 7. Oberschwingung.
1.2 Relevante Normen für die harmonische Kontrolle
Bei der Oberschwingungskontrolle des Wechselrichters sollten die folgenden Normen beachtet werden: Entstörnormen: EN50082-1, -2, EN61800-3; Strahlungsnormen: EN5008l-1, -2, EN61800-3.Insbesondere IEC10003, IEC1800-3 (EN61800-3), IEC555 (EN60555) und IEEE519-1992.
Die allgemeinen Anti-Interferenz-Normen EN50081 und EN50082 sowie die Frequenzumrichter-Norm EN61800 (1ECl800-3) definieren die Strahlungs- und Anti-Interferenz-Werte von Geräten, die in verschiedenen Umgebungen betrieben werden.Die oben genannten Normen definieren akzeptable Strahlungswerte unter verschiedenen Umgebungsbedingungen: Stufe L, kein Strahlungsgrenzwert.Es eignet sich für Benutzer, die Softstarter in unberührten natürlichen Umgebungen verwenden, und für Benutzer, die Einschränkungen durch Strahlungsquellen selbst lösen.Klasse h ist der in EN61800-3 festgelegte Grenzwert, erste Umgebung: Grenzverteilung, zweite Umgebung.Als Option für einen Hochfrequenzfilter kann der Softstarter durch die Ausstattung mit einem Hochfrequenzfilter das kommerzielle Niveau erreichen, das normalerweise in nichtindustriellen Umgebungen verwendet wird.
2 Oberwellenkontrollmaßnahmen
Oberschwingungsprobleme können bewältigt, Strahlungsstörungen und Netzstörungen unterdrückt sowie technische Maßnahmen wie Abschirmung, Isolierung, Erdung und Filterung ergriffen werden.
(1) Passiven Filter oder aktiven Filter anwenden;
(2) Heben Sie den Transformator an, verringern Sie die charakteristische Impedanz des Stromkreises und trennen Sie die Stromleitung.
(3) Verwenden Sie einen grünen Softstarter, keine Impulsstromverschmutzung.
2.1 Verwendung passiver oder aktiver Filter
Passive Filter eignen sich zur Änderung des Wellenwiderstands von Schaltnetzteilen bei speziellen Frequenzen und eignen sich für Systeme, die stabil sind und sich nicht ändern.Aktive Filter eignen sich zur Kompensation diskreter Systemlasten.
Passive Filter eignen sich für herkömmliche Methoden.Der passive Filter tauchte aufgrund seiner einfachen und klaren Struktur, der geringen Projektinvestition, der hohen Betriebszuverlässigkeit und der niedrigen Betriebskosten zuerst auf.Sie bleiben das wichtigste Mittel zur Unterdrückung von Impulsströmen.Der LC-Filter ist ein herkömmliches passives Gerät zur Oberwellenunterdrückung hoher Ordnung.Es ist eine geeignete Kombination aus Filterkondensatoren, Drosseln und Widerständen und wird parallel zur Quelle der Oberschwingungen höherer Ordnung geschaltet.Zusätzlich zur Filterfunktion verfügt es auch über eine ungültige Kompensationsfunktion.Solche Geräte haben einige unüberwindbare Nachteile.Der Schlüssel kann sehr leicht überlastet werden und brennt bei Überlastung durch, was dazu führt, dass der Leistungsfaktor den Standard überschreitet, Entschädigung und Bestrafung.Darüber hinaus sind passive Filter außer Kontrolle geraten, so dass mit der Zeit zusätzliche Versprödung oder Netzlaständerungen die Serienresonanz verändern und die Filterwirkung verringern.Noch wichtiger ist, dass der passive Filter nur eine harmonische Komponente höherer Ordnung filtern kann (wenn ein Filter vorhanden ist, kann er nur die dritte Harmonische filtern), sodass bei der Filterung unterschiedlicher harmonischer Frequenzen hoher Ordnung unterschiedliche Filter zur Erhöhung verwendet werden können Ausrüstungsinvestitionen.
In verschiedenen Ländern der Welt gibt es viele Arten von aktiven Filtern, die Impulsströme unterschiedlicher Frequenz und Amplitude verfolgen und kompensieren können, und die Kompensationseigenschaften werden nicht durch die charakteristische Impedanz des Stromnetzes beeinflusst.Die grundlegende Theorie aktiver energietechnischer Filter wurde in den 1960er Jahren geboren, gefolgt von der Verbesserung der Vollsteuerungs-IC-Technologie mit großer, mittlerer und kleiner Ausgangsleistung, der Verbesserung des Pulsweitenmodulations-Steuerungssystems und der darauf basierenden Harmonischen Momentandrehzahl-Blindlasttheorie.Der klare Vorschlag der aktuellen Methode zur Überwachung der Momentangeschwindigkeit hat zu einer schnellen Entwicklung aktiver energietechnischer Filter geführt.Sein Grundkonzept besteht darin, den vom Kompensationsziel ausgehenden Oberschwingungsstrom zu überwachen, und die Kompensationsausrüstung erzeugt ein Frequenzband des Kompensationsstroms mit der gleichen Größe und entgegengesetzter Polarität wie der Oberschwingungsstrom, um den durch den Pulsstrom verursachten Impulsstrom auszugleichen Quelle der ursprünglichen Linie, und dann den Strom des Stromnetzes herstellen. Es sind nur grundlegende Portionen enthalten.Der Hauptteil ist der Generator für harmonische Wellen und das automatische Steuersystem, das heißt, es funktioniert über die digitale Bildverarbeitungstechnologie, die die schnelle Isolierschichttriode steuert.
Zu diesem Zeitpunkt sind im Hinblick auf die spezielle Impulsstromsteuerung passive Filter und aktive Filter in Form komplementärer und gemischter Anwendungen erschienen, die die Vorteile aktiver Filter wie einfache und klare Struktur, einfache Wartung und niedrige Kosten voll ausnutzen und eine gute Vergütungsleistung.Es beseitigt die Nachteile des großen Volumens und der erhöhten Kosten des aktiven Filters und kombiniert beides, um der gesamten Systemsoftware eine hervorragende Leistung zu verleihen.
2.2 Reduzieren Sie die Impedanz der Schleife und unterbrechen Sie die Übertragungsleitungsmethode
Die Hauptursache für die Erzeugung von Oberschwingungen liegt in der Verwendung nichtlinearer Lasten. Daher besteht die grundlegende Lösung darin, die Stromleitungen der Oberschwingungen erzeugenden Lasten von den Stromleitungen der Oberschwingungsempfindlichen Lasten zu trennen.Der von der nichtlinearen Last erzeugte verzerrte Strom erzeugt einen verzerrten Spannungsabfall an der Impedanz des Kabels, und die synthetisierte verzerrte Spannungswellenform wird auf andere Lasten angewendet, die an dieselbe Leitung angeschlossen sind, wo höhere harmonische Ströme fließen.Daher können Maßnahmen zur Reduzierung von Impulsstromschäden auch durch eine Vergrößerung des Kabelquerschnitts und eine Verringerung der Schleifenimpedanz aufrechterhalten werden.Gegenwärtig werden in China häufig Methoden wie die Erhöhung der Transformatorkapazität, die Vergrößerung der Querschnittsfläche von Kabeln, insbesondere die Vergrößerung der Querschnittsfläche von Neutralleiterkabeln, und die Auswahl von Schutzkomponenten wie Leistungsschaltern und Sicherungen eingesetzt.Allerdings kann diese Methode Oberschwingungen nicht grundsätzlich eliminieren, sondern verringert die Schutzeigenschaften und -funktionen, erhöht die Investitionen und erhöht versteckte Gefahren im Stromversorgungssystem.Schließen Sie lineare Lasten und nichtlineare Lasten an dieselbe Stromversorgung an
Points of Outlet (PCCs) beginnen, den Stromkreis einzeln mit Strom zu versorgen, sodass die außerhalb des Rahmens liegende Spannung von diskreten Lasten nicht auf die lineare Last übertragen werden kann.Dies ist eine ideale Lösung für das aktuelle harmonische Problem.
2.3 Setzen Sie smaragdgrünen Wechselrichterstrom ohne Oberwellenverschmutzung ein
Der Qualitätsstandard des grünen Wechselrichters besteht darin, dass die Eingangs- und Ausgangsströme sinusförmig sind, der Eingangsleistungsfaktor steuerbar ist, der Leistungsfaktor unter jeder Last auf 1 eingestellt werden kann und die Ausgangsfrequenz der Netzfrequenz beliebig gesteuert werden kann.Die eingebaute Wechselstromdrossel des Frequenzumrichters kann die Oberschwingungen gut unterdrücken und die Gleichrichterbrücke vor dem Einfluss der momentanen Steilwelle der Versorgungsspannung schützen.Die Praxis zeigt, dass der Oberschwingungsstrom ohne Drossel offensichtlich höher ist als der mit Drossel.Um die durch Oberschwingungsverschmutzung verursachten Störungen zu reduzieren, ist im Ausgangskreis des Frequenzumrichters ein Entstörfilter eingebaut.Wenn der Frequenzumrichter es zulässt, wird die Trägerfrequenz des Frequenzumrichters reduziert.Darüber hinaus wird bei Hochleistungsfrequenzumrichtern üblicherweise eine 12-Puls- oder 18-Puls-Gleichrichtung verwendet, wodurch der Oberwellengehalt im Netzteil durch die Eliminierung niedriger Oberwellen reduziert wird.Bei beispielsweise 12 Impulsen sind die niedrigsten Harmonischen die 11., 13., 23. und 25. Harmonische.Ebenso sind bei 18 Einzelimpulsen die wenigen Harmonischen die 17. und 19. Harmonische.
Die in Softstartern verwendete Low-Harmonic-Technologie lässt sich wie folgt zusammenfassen:
(1) Durch die Reihenvervielfachung des Wechselrichter-Stromversorgungsmoduls werden zwei oder etwa zwei in Reihe geschaltete Wechselrichter-Stromversorgungsmodule ausgewählt und die harmonischen Komponenten entsprechend der Wellenformakkumulation eliminiert.
(2) Die Gleichrichterschaltung erhöht sich.Pulsweitenmodulations-Softstarter verwenden 121-Puls-, 18-Puls- oder 24-Puls-Gleichrichter, um Impulsströme zu reduzieren.
(3) Wiederverwendung von Wechselrichter-Leistungsmodulen in Reihe: Durch die Verwendung von 30 Einzelpuls-Wechselrichter-Leistungsmodulen in Reihe und die Wiederverwendung des Stromkreises kann der Impulsstrom reduziert werden.
(4) Verwenden Sie eine neue DC-Frequenzumwandlungsmodulationsmethode, z. B. die Diamantmodulation des Arbeitsspannungsvektormaterials.Heutzutage legen viele Wechselrichterhersteller großen Wert auf das Oberschwingungsproblem, stellen bei der Konstruktion die Ökologisierung des Wechselrichters technisch sicher und lösen das Oberschwingungsproblem grundsätzlich.
3 Fazit
Im Allgemeinen können wir die Ursache von Harmonischen klar verstehen.Im Hinblick auf den tatsächlichen Betrieb können Menschen passive Filter und aktive Filter wählen, um die charakteristische Impedanz der Schleife zu reduzieren, den relativen Pfad der Oberwellenübertragung abzuschneiden, umweltfreundliche Sanftanlasser ohne Oberwellenverschmutzung zu entwickeln und anzuwenden und die von erzeugten Oberwellen weich zu machen Der Anlasser wird in einem kleinen Bereich gesteuert.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. April 2023