A felharmonikus torzítás frekvenciaváltós szemszögből Zajácz János, Hajtástechnikai szaktanácsadó VLT Drives www.danfoss.hu/vlt
A felharmonikus torzításról általánosan Teljesítménytényezők értelmezése Teljesítménytényezők háttértorzítás jelenléte esetén Vonatkozó szabványok Az aktív felharmonikus szűrőkről általában Egyéb aktív megoldások VLT Drives
A felharmonikus torzításról általánosan 3 VLT Drives
Mik azok a felharmonikusok? A nem szinuszos áramok felbonthatóak különböző frekvenciájú és amplitudójú szinuszos áramok összegére. Az 50Hz-es alapharmonikus többszöröseit nevezzük felharmonikusoknak. Első (alapharm.) 5.. 7.. 3.t 4 VLT Drives
Frekvenciaváltók Hátrány : Nem-szinuszos áramfelvétel Előny : Energiamegtakarítás V ab V ac V bc a b c 5 VLT Drives
Harmonikus torzítás keletkezése ~ ~ ~ a b c 3 4 5 6 DC A 6 ütemű, vezéreletlen egyenirányító áramfelvétele a hálózatból nem lineáris. A kondenzátorok által felvett töltő áram nagysága a kondenzátorok méretétől függ. Az áram jelalak függ a terheléstől, kisebb terhelés nagyobb harmonikus torzítást eredményez V ab V ac V bc Az áramimpulzus fojtóval simítható DC A Danfoss VLT frekvenciaváltók esetén a beépített DC-fojtó az alapkivitel része a b c 6 VLT Drives
Teljesíténytényezők értelmezése 7 VLT Drives
Teljesítménytényezők Aktív szűrő Frekv. M THiD = 0% Cos (ϕ) = PF= THiD = 40% Cos (ϕ) = 0,98 PF THD THiD = 0 Cos (φ) = 0.85 PF=Cos(φ) Q = kvar (meddő) D = kva H (torzítási) P = kw (hatásos) P = kw (hatásos) P = kw (hatásos) 8 VLT Drives
A valódi teljesítménytényező S = kva Szinuszos áramfelvételű fogyasztó esetén: Q = kvar (meddő teljesítmény) D = kva H (torzítási teljesítmény ) φ P = kw (hatásos teljesítmény) Áram Feszültség So=kVA P () DPF PF= = = DPF= cos( φ) S RMS S = P Q Torz áram esetén a teljesítménytényező nem csak a cos(φ)-től, hanem az áramtorzítástól is függ. DPF [f] PF= S = DPF hmax ( ) ( h ) () h= P Q D 9 VLT Drives
Teljesítménytényezők háttértorzítás jelenléte esetén 0 VLT Drives
VLT Drives 3 o o o S = Háttértorzítás = = 3 3 3 3 3 h H L H L H L L L L o o = = 3 3 3 3 3 h H L H L H L L L L o o ) (3 ) (3 ) (3 ) (3 ) (3 o o o o o o S = = Alapharmonikus látszólagos teljesítmény: o o S =3 ( ) ( ) o S S S = ( ) ( ) ( ) 3 = = Q P S S = cos 3 ϕ P = sin 3 ϕ Q o S S S = A negatív és zérus sorendű összetevők, az aszimmetria hatására jelennek meg! Háttértorzítás esetén a felírható teljesítmények Aszimmetrikus feszültségek Alapharmonikus és felharmonikus feszültségek, áramok
Háttértorzítás Torzítási látszólagos teljesítmények S =3 Harmonikus látszólagos teljesítmény P = kh h ; k= L, L,3 kh cosϕ kh Aktív harmonikus teljesítmény DOL motorokban nyomatéklüktetés! N = S P Nem aktív harmonikus teljesítmény melegedés, zavar D o = 3 o = 3S o THuD Feszültség torzítási teljesítmény D o = = 3S 3o THiD Áram torzítási teljesítmény THuD = o Teljes harmonikus feszültségtorzítás Az áramtorzítás hozza létre a hálózat impedanciáján. VLT Drives
Mit mér a fogyasztásmérő? S =3 P = 3 cos ϕ Q = 3 sinϕ Látszólagos teljesítmény RMS értékek! Hatásos teljesítmény Alapharmonikus értékek! Meddő teljesítmény Alapharmonikus értékek! A negatív és zérus sorendű összetevők, az aszimmetria hatására jelennek meg! 3 VLT Drives
Vonatkozó szabványok 4 VLT Drives
Szabványok / ajánlások A hálózati feszültségre vonatkozó szabványok és ajánlások a feszültségtorzítás szintjére vonatkoznak. Pár példa: EC6000--x EEE59 G5/4 GB/T 4549 DNV-OS-D0 Néhány szabvány termék szinten is tartalmaz ajánlásokat az egyes felharmonikus áramtorzítás értékekre. 5 VLT Drives
Szabványok / ajánlások EN5060 A csatlakozási ponton megengedett legnagyobb feszültségtorzítás Rendszám 5 7 3 7 9 3 5 Relatív feszültség 6 % 5 % 3,5 % 3 % %,5 %,5 %,5 % 6 VLT Drives
Rendszer-szintű ajánlás EEE59 sc / L h < h<7 7 h<3 3 h<35 35 h TDD <0 4.5 0.6 0.3 5 0<50 7 3.5.5 0,5 8 A cél, hogy középfeszültségen 5%-ra csökkenjen a feszültségtorzítás Határértékeket tartalmaz az egyes felharmonikus áramok szintjére és a teljes torzításra is >000 5 7 6.5.4 0 Even limited to 5% of odd harmonics 4 3 6p drives AFE, AF p drives h max TDD = h= ( h) ( ) 00 [%] ( L ) 8p drives [%] 0 0 0 0 30 40 50 [harmonic order] Harmonikus EEE 59 for sc/l<0 7 VLT Drives
Az aktív felharmonikus szűrők 8 VLT Drives www.danfoss.hu/vlt
Felharmonikus csökkentő eljárások Passzív megoldások: /// /// /// /// /// /// /// DC-fojtók Aktív megoldások: AC-fojtók Többpulzusú elj. Passzív szűrők /// /// /// /// /// Aktív szűrők LHD Aktív Front End 9 VLT Drives
Aktív felharmonikus szűrő Mikor szükséges? Túl nagy felharmonikus tartalom Hosszú kábelek (kapacitív meddőkompenzáció) Transzformátor csere kiküszöbölése Felharmonikus csökkentés és meddőkompenzáció egyben (helytakarékos) 0 VLT Drives
Aktív szűrők (AAF 006) Az aktív szűrők alapelvei Párhuzamosan kapcsolt eszköz Áramváltók segítségével méri az áramot Kompenzálja a nem kívánt harmonikusokat ellenfázisú áramok beinjektálásával A működési elve a zajelnyomásos fülhallgatókéhoz hasonlít VLT Drives
Aktív szűrők (AAF 006) Transzformátor Áramváltók Terhelés áramfelvétele Aktív szűrő VLT Drives
Feszültségnövelés Az aktív szűrő közbenső körében az egyenfeszültségnek nagyobbnak kell lennie a hálózati feszültség csúcsértékénél Így tud kompenzáló áram folyni a hálózat felé Minél nagyobb a feszültségnövelés, annál jobb a kompenzáció 3 VLT Drives
Aktív szűrő jellemzők Feszültségszint: 380-480 (±0%) Frekvencia: 50-60Hz (±0%) Mechanikai védettség: P, P54 Működési módok: Általános harmonikuskompenzáció <50. Egyedi harmonikuskompenzáció <7. Kompenzálás: 90A-tól akár 600A felharmonikus áramig = filter harmonikus meddő 4 VLT Drives
Aktív szűrők (AAF 006) Kétféle kompenzációs lehetőség: Harmonikus kompenzálás Cos (φ) javítás Harmonikus kompenzálás prioritásként Alapértelmezett beállítás. <40%-a az áramnak használható meddőkompenzálásra. = filter harmonikus meddő Meddőkompenzálás prioritás A maradék kapacitást fordítja csak felharmonikus kompenzációra. = filter harmonikus meddő 5 VLT Drives
Aktív szűrők (AAF 006) Az aktív szűrő többféle kompenzációs módra képes Csökkenti a felharmonikusokat, Páros / 3-mal osztható rendszámú harmonikusokat is kompenzál, Fourier transzformáció alkalmazásával egyedi harmonikuskompenzációra van mód Rezonanciafrekvencia elkerülése lehetséges nduktív, illetve kapacitív meddő kompenzálása is lehetséges 6 VLT Drives
Aktív szűrők (AAF 006) Többféle elrendezési lehetőség Meddő kompenzáció Párhuzamos üzem 7 VLT Drives
Kulcs: az árammérés G Pontos árammérés szükséges PCC Áramváltó elhelyezkedése AAF Összegző áramváltó is használható PCC M M M Az áramváltó ne érzékelje mind az aktív szűrő, mind pedig a kondenzátortelep áramát PCC AAF Ha kondenzátortelep van a rendszerben, akkor használjunk egyedi kompenzációs módot M M M Fojtott meddőkompenzáló kondenzátortelep esetén a kompenzáló berendezés rezonanciafrekvenciája nem eshet egybe a generált felharmonikusokkal (elhangolt kör) 8 VLT Drives
Kihívások A kompenzált hálózaton működő berendezések áramfelvételét kisebb korlátozza impedancia Ez a kommutációra is hatással van Nagyobb RMS áramok Nagyobb THiD 9 VLT Drives
Kihívások Túlkompenzálás Telítésbe kerülhet a transzformátor KÖF oldalon felharmonikus tartalom Rezonancia Torlófojtós vagy elhangolt meddőkompenzálás szükséges Meglévő rendszereknél fontos szempont! 30 VLT Drives
Egyéb aktív szűrési megolások 3 VLT Drives
Aktív eszközök Low Harmonic Drive (LHD) A legjobb felharmonikus csökkentés Független a kimenet terhelésétől Kompakt méretek Nincs hatása a motor feszültségére A motor az aktív szűrő meghibásodása esetén is üzemelhet /// /// Önálló aktív felharmonikus szűrő (AAF) tólag is telepíthető Csatlakozási pontra telepíthető (csoportos kompenzáció, kapacitív meddő kompenzáció, aszimmetria kiegyenlítés) Kompakt Rugalmas telepítés 3 VLT Drives
VLT platform Az aktív szűrő a VLT frekvenciaváltók megoldásait, felépítését használja. A megszokott magas színvonalat és megbízhatóságot nyújtja. Hasonló tulajdonságok, megegyező kezelés A frekvenciaváltókkal megegyező beállítás, programozás 85% -a az alkatrészeknek a VLT frekvenciaváltókból származik Hardveres tulajdonságok: Hátsó hűtőcsatornás hűtés nnovatív kapcsolási mód smert alkatrészek, helyi támogatás és szerviz 33 VLT Drives
Active Front End (AFE) 5% THiD névleges terhelésnél Magasabb veszteségek Terhelésfüggő Nagyobb fizikai méret A feszültségnövelés csökkentheti a motor élettartamát Alkalmas visszatáplálásra 34 VLT Drives
Köszönöm a figyelmet! 35 VLT Drives www.danfoss.hu/vlt