تصور کنید که خط تولید شما با حداکثر کارایی کار می کند، اما یک نیروی نامرئی به طور خاموش عملکرد تجهیزات و طول عمر آنها را کاهش می دهد.درایوهای فرکانس متغیر (VFD) در صنعت مدرن ضروری شده اند، که همه چیز را از کمربند های حمل و نقل تا خطوط بسته بندی خودکار با دقت صرفه جویی در مصرف انرژی، تقویت می کند.آلودگی هارمونیک تولید شده توسط این دستگاه ها یک چالش مهم است که نیاز به توجه دارد.
درک اصول VFD
در کاربردهای صنعتی، VFD ها مزایای قابل توجهی از جمله صرفه جویی در انرژی، کنترل بهینه فرآیند، طول عمر طولانی تر قطعات،و افزایش ایمنی ماشین از طریق ویژگی های ایمنی عملکردییک سیستم استاندارد VFD شامل سه جزء اصلی است:
- راست کننده پل دیود:به طور معمول یک تنظیم کننده 6 پالس موج کامل که ولتاژ AC ورودی را به ولتاژ DC تبدیل می کند.
- اتوبوس DC:از خازن های DC برای صاف کردن ولتاژ اصلاح شده و ذخیره ولتاژ استفاده می کند.
- اینورتر IGBT:تولید فرکانس متغیر و ولتاژ خروجی از طریق تعدیل عرض پالس (PWM) برای رانندگی موتورها.
هر VFD که از یک راستگر 6 پالس در مرحله ورودی استفاده می کند می تواند به طور بالقوه جریان های هارمونیک و تحریف ولتاژ را به شبکه برق وارد کند.این پدیده ناشی از ویژگی های بار غیر خطی ایجاد شده توسط این اصلاح کننده است.
مکانیک انحراف هارمونیک
هنگامی که به ولتاژ متناوب متصل می شوند، بارهای خطی (مقاومت، تحرک یا ظرفیت) موج های فعلی را شبیه به موج ولتاژ جذب می کنند. در مقابل،بارهای غیرخطی مانند VFD ها موج های غیر سینوسایدال جریان را تولید می کنند که از موج ولتاژ انحراف می کنند.
در سیستم های VFD، جریان فقط زمانی به کانسنتورهای اتوبوس DC جریان می یابد که ولتاژ AC ورودی از ولتاژ اتوبوس DC بیشتر باشد - به طور معمول در نزدیکی اوج موج سینوس.اين جريان ظرفشده غير خطي، نبض هاي جريان رو در خطوط اصلي ولتاژ ورودي ایجاد ميکنه، ایجاد انحراف هارمونیک.
عواقب تحریف هارمونیک
آلودگی هارمونیک در سیستم های برق می تواند به چالش های عملیاتی متعدد منجر شود:
- تداخل با مدارهای ارتباطی
- گرم شدن بیش از حد ترانسفورم
- استفاده نادرست از قطع کننده های مدار
- بار بیش از حد هادی خنثی
- خرابی بانک تهویه کننده
استاندارد های هارمونیک IEEE 519
موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) استانداردهای سطح هارمونیک را برای رسیدگی به این نگرانی ها ایجاد کرده است. معیار فعلی، IEEE 519-2014,سطح هارمونیک جریان و ولتاژ قابل قبول را بر اساس ظرفیت جریان مدار کوتاه سیستم (SCCR) تعریف می کند..
این استاندارد مفهوم نقطه اتصال مشترک (PCC) را معرفی می کند - محل تعیین شده برای اندازه گیری هارمونیک.PCC به طور معمول در سمت ولتاژ بالا ترانسفورماتور قرار داردتاسیسات تجاری که از ترانسفورماتورهای خدمات مشترک استفاده می کنند معمولاً در سمت ولتاژ پایین اندازه گیری می کنند.
کاهش فشار از طریق فیلترهای هارمونیک
در میان راه حل های مختلف برای مسائل هارمونیک، فیلترهای هارمونیک تعادل مطلوبی بین عملکرد و بهره وری هزینه را ارائه می دهند.این دستگاه ها به طور خاص برای انطباق با استانداردهای IEEE 519 طراحی شده اند و در عین حال کیفیت قدرت قابل اعتماد را در برنامه های کاربردی صنعتی تضمین می کنند.
فیلترهای هارمونیک مدرن ویژگی های عملکردی قوی را نشان می دهند:
- 150٪ ظرفیت بیش از حد فعلی برای 60 ثانیه برای رسیدگی به افزایش شروع
- تا 99٪ بهره وری در بار کامل از طریق مهندسی دقیق
- خازن های سه فاز با عملکرد بالا برای افزایش عمر
- گزینه های نصب انعطاف پذیر با طرح های قطعات تقسیم شده
برای کاربردهای بزرگتر که نیاز به راه حل های کلیدی دارند، محفظه های NEMA 1 از پیش سیم کشی شده به عنوان گزینه های کارخانه برای ساده سازی نصب در دسترس هستند.
چه زمانی باید فیلترهای هارمونیک را در نظر بگیریم؟
عملیات صنعتی باید اجرای فیلتر هارمونیک را در صورت برخورد با:
- بارهای رانده شده توسط VFD بیش از 10 اسب
- اندازه گیری کل تحریف هارمونیک (THD) بالاتر از 8٪ در PCC
- فشارهای مکرر و غیر قابل توضیح یا گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتور
انطباق با استانداردهای هارمونیک نه تنها از تجهیزات محافظت می کند بلکه همچنین مقیاس پذیری آینده را تضمین می کند زیرا در سیستم ها در حال گنجاندن درایوهای اضافی است.