Snižování harmonického zkreslení pomocí Aktivních filtrů Danfoss AAF Moderní objekt závodu Maďarská společnost Mimikron Ltd., mající velké zkušenosti v konzultační a dodavatelské činnosti, stanula před výzvou spočívající v opatření proti negativnímu působení harmonických v rámci svého rumunského projektu. Základním požadavkem ze strany investora (společnosti Cargill) bylo postavit moderní výrobní závod na pokrmy pro domácí mazlíčky za předpokladu dodržení nejvyšší hodnoty harmonického zkreslení proudu THDi = 8%, na ochranu elektrorozvodné sítě. Se zřetelem na skutečnost, že součástí systému je 20 ks měničů kmitočtu, z nichž některé dosahují jmenovitého výkonů až 250 kw, bylo hlavním úkolem řešit co možná nejlepším způsobem problémy s harmonickým zkreslením od těchto měničů kmitočtu. V případě nainstalovaných strojů se ve většině případů jednalo o měniče kmitočtu Danfoss VLT, třebaže byly do systému nasazeny i stroje obsahující měniče kmitočtu od jiných výrobců. A tak musel být v rámci procesu redukování harmonického zkreslení zohledněn i vliv těchto strojů.
I když tato společnost měla určité zkušenosti s měniči kmitočtu již z dřívějška, kladla posléze otevřenější otázky ohledně problémů s harmonickým zkreslením. Jako nejvhodnějšího výrobce nalezla společnost Danfoss, která byla dostatečně připravena řešit nejen teoretické, ale i čistě praktické otázky. Její experti poznali, že řešení problémů s harmonickými má v rukou právě Danfoss. Zmíněná společnost byla v kontaktu s firmou Danfoss již v minulosti, ale nikdy předtím se nevyskytla potřeba technické podpory na takové úrovni. Nyní jsme získali možnost prokázat své optimální praktické postupy, know-how a výrobky. V přípravné fázi projektu jsme pronikli do zázemí problematiky harmonického zkreslení a navrhli možná technická řešení. Za přispění svého partnera Ongroelektro Ltd. jsme demonstrovali mechanismus vzniku harmonických a možné dopady základní metody redukování obsahu harmonických firmy Danfoss (na bázi tlumivky zapojené do stejnosměrného meziobvodu měniče) i míru závislosti těchto faktorů na velikosti zátěže. Rovněž byly demonstrovány veškeré moderní filtry té nejvyšší kvality, které Danfoss vyrábí, mezi nimi i aktivní filtr (aktivní harmonický filtr) AAF VLT. Vzhledem ke své připravenosti, řešením a výrobkům na nejvyšší technologické úrovni jsme získali důvěru partnera, který se nakonec rozhodl zvolit Danfoss. Realizace Úkolem bylo vykompenzovat harmonická zkreslení, pocházející z jednoho mlýnu o výkonu elektromotoru 250 kw řízeného měničem kmitočtu a dalších několika elektromotorů regulovaných měniči kmitočtu o celkovém výkonu 430 kw. Kladívkový mlýn o výkonu 250 kw a elektromotor, který jej pohání
V plánovací fázi projektu jsme za přispění svého partnera stanovili topologii sítě se zohledněním všech jejích prvků. Poté jsme pomocí softwaru Danfoss MCT 31 provedli výpočet pravděpodobných harmonických zkreslení. Následovalo dimenzování aktivního harmonického filtru a modelování dopadu filtru, s jejichž nainstalováním se počítalo. Výpočet varianty bez AAF: Zkratový výkon 15,0 MVA Zkratový proud 21,7 ka Zkratový poměr 32,3 Celkové harmonické zkreslení napětí (THD U ) 2,9 % Celkové harmonické zkreslení proudu (THD I ) 42,7 % Zkreslení za celkové (teoretické) spotřeby (TDD) 39,3 % Dílčí vážené harmonické zkreslení (PWHD) 35,0 % Harmonická napětí na přípojnici pohonů Řád harmonické 1 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 33 37 41 43 47 49 Harmonické napětí [%] 100 1,3 1,0 0,8 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 Harmonické napětí sdružené [V] 381 4,9 3,6 2,9 2,4 2,5 2,2 2,2 2,0 3,0 3,0 2,7 2,6 2,5 2,4 2,2 2,2 Harmonické napětí [V] 220 2,8 2,1 1,7 1,4 1,4 1,3 1,3 1,1 1,7 1,7 1,6 1,5 1,4 1,4 1,3 1,3 Harmonické proudy na přípojnici pohonů Řád harmonické 1 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 33 37 41 43 47 49 Harmonický Proud [%] 100 36 18,7 9,4 5,3 5,0 3,9 3,2 2,6 1,0 0,9 0,8 0,7 0,5 0,5 0,5 0,4 Harmonický proud sdružený [A] 599 214 111 56 37 36 23 19,4 15,7 6,0 5,5 4,5 4,1 3,5 3,3 2,7 2,6 Výsledek výpočtu varianty bez filtru AAF 42,7% hodnota THDi byla již výsledkem vestavěných stejnosměrných tlumivek v měniči kmitočtu. Bez nich by míra zkreslení mohla být daleko větší.
Výpočet varianty s AAF: Zkratový výkon 15,3 MVA Zkratový proud 22,0 ka Zkratový poměr 15,9 Celkové harmonické zkreslení napětí (THD U ) 2,8 % Celkové harmonické zkreslení proudu (THD I ) 4,8 % Zkreslení za celkové (teoretické) spotřeby (TDD) 4,84 % Dílčí vážené harmonické zkreslení (PWHD) 5,8 % Harmonická napětí na společné přípojnici Řád harmonické 1 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 33 37 41 43 47 49 Harmonické napětí [%] 100 1,2 0,9 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,6 0,6 Harmonické napětí sdružené [V] 381 4,7 3,5 2,8 2,3 2,4 2,1 2,1 1,9 3,0 2,9 2,7 2,6 2,5 2,4 2,2 2,2 Harmonické napětí [V] 220 2,7 2,0 1,6 1,3 1,4 1,3 1,2 1,1 1,7 1,7 1,6 1,5 1,4 1,4 1,3 1,3 Harmonické proudy na společné přípojnici Řád harmonické 1 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 33 37 41 43 47 49 Harmonický Proud [%] 100 4,0 2,1 1,1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 Harmonický proud sdružené [A] 1383 54 29 15 10,4 8,2 6,5 5,4 4,5 6,0 5,5 4,5 4,0 3,5 3,3 2,7 2,6 Výsledek výpočtu varianty s filtrem AA190A Hodnota THDi nyní činí 4,8 %, což splňuje všechny požadavky.
Situace byla obtížnější vzhledem k tomu, že byly nainstalovány kondenzátory na kompenzaci jalového proudu elektrických asynchronních motorů bez měničů kmitočtu. Nebylo možné měnit umístění těchto kondenzátorů v rámci topologie. Vzhledem k již hotové topologii sítě zde byly použity součtové proudové transformátory. Proudové transformátory byly umístěny na zatíženou stranu. Reálná topologie: Bylo nainstalováno celkem 9 proudových transformátorů. 3 ks (na každou fázi) na odbočce obsahující dva měniče kmitočtu (MCC1 a MCC2) plus 3 ks součtových proudových transformátorů pro zpracování proudových signálů přicházejících ze dvou různých míst. Proudové transformátory u měničů kmitočtu Součtové proudové transformátory
Byly nainstalovány proudové transformátory typu MAK86/60 800/5A s 1% přesností oproti 0,5% přesnosti, kterou nabízela firma Danfoss vzhledem k potížím s místním napájením. Kromě přípravné fáze projektu se experti firmy Danfoss aktivně zúčastnili lokální instalace a poté prováděli po dobu zatěžovací zkoušky nezbytná měření. Ze společnosti Danfoss to byli Norbert Berentei - prodejní inženýr, a Gabor Toma - aplikační inženýr, kteří spolupracovali s firmou Ongroelektro Ltd. jakožto partnerem VLT Drives. Výsledky měření provedených po skončení instalačních prací jen potvrdily správnost předem provedených výpočtů, takže lze konstatovat, že náš zákazník splnil požadavky investora. THiD % Řád 1 5 7 11 13 17 19 Proud 100 5,4 4,5 3,4 2,5 1,2 0,9 % Proud A 720 38,88 32,4 24,48 18 8,64 6,48 8,33
Dle výsledků měření provedených po skončení instalačních prací činila hodnota THD U = 3,3 % v případě částečného zatížení.
Filtr AAF za provozu Zde jsou určitá fakta, svědčící o spokojenosti zákazníka: Po realizaci tohoto projektu v Rumunsku byl podobný závod postaven i v Maďarsku. Třetí projekt se nyní nachází ve stádiu příprav. Vedle jednotlivých řešení, výrobků a solidní technické podpory firmy Danfoss náš zákazník rovněž oceňuje servisní podporu, která je k dispozici nonstop, tedy 24 hodin denně. Potřebné podpory se Vám tedy dostane v kterémkoli okamžiku, nikdy nezůstanete bez pomoci.