8. MOŽNOSTI PRO OMEZOVÁNÍ HARMONICKÝCH Úvod. Míra vlivu zařízení na napájecí síť Je dána zkratovým poměrem (zkratovým číslem)

Transkript

1 8. MOŽNOSTI PRO OMEZOVÁNÍ HARMONICKÝCH 8.1. Úvod Míra vlivu zařízení na napájecí síť Je dána zkratovým poměrem (zkratovým číslem) zkratový výkon v PCC výkon nelin. zátěže (všech zátěží) R = S sce sc / Stot Poměr < 1: velký vliv Poměr <1, 2>: střední vliv Poměr > 2: nízký vliv příklad konfigurace zátěží: PEN~5 Hz, 4 V reaktor % měnič frekvence ~ ~ M ~ PM M ~ PM příklad vlivu této konfigurace zátěží: výkon S (%) výkon S (%) THD i (%) (RP, % reaktor) (lineární zátěž) 1 9 4,

2 8.2. Možnosti pro omezení úrovní harmonických střídavé reaktory zapojené na vstup měniče do série s napájecím zdrojem stejnosměrné reaktory zapojené ve stejnosměrném meziobvodu měniče použití vícepulzních usměrňovačů, tj. 12, 18 nebo 24-pulzní systémy použití usměrňovače s pulzně šířkovým řízením ve struktuře měniče namísto neřízeného diodového vstupní pasivní filtry harmonických aktivní filtry napájení z oddělených zdrojů nebo z vyhrazených transformátorů 8.. Střídavé a stejnosměrné reaktory střídavé reaktory zapojené ke vstupním svorkám měniče jednoduché a ekonomické zařízení použití ve střídavých regulovaných pohonech až do výkonu ca 6 kw vhodné pro nižší a střední výkony, tam kde jsou vyšší zkratové poměry dolňková výbava měničů kmitočtu chrání pohon před přechodnými přepětími způsobí pokles a zvýšení zkreslení napětí na vstupu měniče Efektivní impedance (=poměrné napětí nakrátko) indukčnost reaktoru 1. harm. jmen. proudu Z ef 2 π f L I = U f 1 1 (%) fázové napětí vyráběny např. v řadě 1.5, 2,, 4 a 5 % omezení harmonických Příklad působení reaktoru: použité reaktory: Z ef = 2 % (L=,15 mh), Z ef = % (L=,225 mh), Z ef = 4 % (L=, mh), Z ef = 5 % (L=,75 mh) I 1 = 1, I = 15 A, pro pohon 55 kw, 4 V harmonické napětí v síti, jmenovité zatížení reaktoru

3 grafické znázornění 1 8 THDi (%) efektivní impedance (%) příklad z praktického měření: vstupní střídavý reaktor s indukčností 4 mh a efektivní impedancí 5.5 % časový průběh vstupních proudů a napětí závislost THD i na zatížení THDi (%) zatížení (A) bez filtrace AC reaktor

4 spektrum harmonických proudu v jedné fázi Ih/I 1 (%) řád harmonické (-) AC reaktor stejnosměrné reaktory zapojené do stejnosměrného meziobvodu měniče jednoduché a ekonomické zařízení použití stejné jako u střídavého typu vhodné pro nižší a střední výkony, tam kde jsou vyšší zkratové poměry dolňková výbava měničů kmitočtu nižší ochrana před přechodnými přepětími (vůči střídavým) nezpůsobí pokles a zvýšení zkreslení napětí na vstupu měniče snižují zvlnění a přechodná přepětí ve stejnosměrném meziobvodu měniče mírně lepší účinnost v omezování harmonických, menší velikost a nižší ztráty než střídavé reaktory možnost kombinace se střídavými reaktory U 1, f 1 ~ = L DC C f = ~ U 2, f 2 usměrňovač střídač příklad z praktického měření: vstupní střídavý reaktor s indukčností 4 mh a efektivní impedancí 5.5 % zapojený současně se stejnosměrným reaktorem,9mh, 1,7A časový průběh vstupních proudů a napětí

5 závislost THD i na zatížení THDi (%) zatížení (A) bez filtrace AC reaktor AC+DC reaktor spektrum harmonických proudu v jedné fázi Ih/I 1 (%) 8.4. Paralelní LC filtry řád harmonické (-) AC+DC reaktor složeny z induktorů, kondenzátorů, popř. i rezistorů zapojené paralelně k zátěži nebo v bodě PCC při základní frekvenci (5 Hz) dodávají jalový výkon naladěné na příslušnou harmonickou, např. 5., 7., 11., 1. řádu = rezonační paralelní filtry, tj. eliminace dané harmonické naladěné na více harmonických = tlumené filtry nebezpečí přetížení od jiných rušících zátěží

6 vyžadují znalost rozvodné sítě nebezpečí vzniku rezonance v síti při její modifikaci Rezonační paralelní filtry blokové schéma zapojení Napájecí síť Rušící zát ěž Pasivní filtr X L X C sériová rezonance rezonační kmitočet paralelního filtru: f r 1 = 2π L C impedance paralelního filtru: R Z = X = X L X C Z indukt. X L kapacit. f 1 f r X C f Například navržený pro 5. harmonickou, pak rezonační kmitočet je roven 25 Hz. Pro eliminaci více harmonických: sada rezonančních paralelních filtrů výrazné snížení obsahu harmonických v síťovém proudu zlepšení kvality napájecího napětí (snížení jeho zkreslení)

7 Napájecí síť Bez filtrace Rušící zátěž Pasivní filtry 5. I 5 7. I I I 1 impedance sítě v bodě připojení rušící zátěže Z (Ω) f f 1 Důsledek: použití paralelního rezonančního filtru, respektive sady těchto filtrů přináší možnost vzniku paralelních rezonancí v síti Nelze použít tam, kde je spojité spektrum harmonických (pak tlumené filtry) Tlumené filtry tlumený filtr 2. řádu použití např. u obloukových pecí utlumení anti-rezonancí (tj. paralelních rezonancí) omezení harmonických napětí pro f fr vyšší ztráty než rezonanční paralelní filtr příklad zapojení

8 impedance tlumeného filtru X (Ω) f 1 = 2π L C Indukt. f (Hz) Kapacit.. f r f Při R p f = f r impedance sítě v bodě připojení rušící zátěže Z (Ω) s rezonačním paralelním filtrem s tlumeným filtrem 2. řádu f (Hz) Používají se i jiné topologie filtrů včetně filtrů vyššího. řádu Širokopásmové filtry harmonických složeny z induktorů, kondenzátorů a rezistorů zapojené ke svorkám rušící zátěže výrazné omezení širšího spektra harmonických proudů odděleny od sítě vstupním reaktorem bez nebezpečí přetížení od jiných rušících zátěží výrazně omezují nebezpečí vzniku rezonance v síti v případě dodatečného připojení vyžadují znalost parametrů zařízení v rozvodu

9 blokové schéma a průběh odebíraného proudu Napájecí sí ť Z 1 filtr Z Rušící zát ěž proud (A) 5-5 i1 Z čas (s) příklad z praktického měření: vstupní širokopásmový filtr 1 A, garantovaná hodnota THD I =1% při jmenovitém zatížení časový průběh vstupních proudů a napětí závislost THD i na zatížení 12 1 THDi (%) bez filtrace AC reaktor AC+DC reaktor ŠFH 1% zatížení (A) spektrum harmonických proudu v jedné fázi

10 Ih/I 1 (%) řád harmonické (-) ŠFH 1% omezování harmonických vybraným filtrem THDi (%) vstup výstup zatížení (%) spektrum harmonických při jmenovitém zatížení 5% 4% Ih/I 1 % 2% vstup výstup 1% % řád harmonické

11 8.6. Příklad nasazení do sítě filtračně-kompenzačního zařízení (FKZ) napájení trolejového vedení, 27 kv, 5 Hz dekompenzační větev filtry. a 5. harmonické Publikace P (MW) F (MVA) cos ϕ (-) λ (-) THD u (%) THD i (%) FKZ 2,77,97,98,94 1, 24,7 bez FKZ 2,86 1,94,88,8 1,6 4,6