Arthur Mattuck นักคณิตศาสตร์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) เคยกล่าวไว้ว่า “ความไม่เป็นเชิงเส้นหมายถึงการแก้ปัญหาได้ยาก”แต่ควรได้รับการแก้ไขเมื่อใช้ความไม่เป็นเชิงเส้นกับโหลดไฟฟ้า เนื่องจากจะสร้างกระแสฮาร์มอนิกและส่งผลเสียต่อการกระจายกำลังไฟฟ้า และมีค่าใช้จ่ายสูงที่นี่ Marek Lukaszczyk ผู้จัดการฝ่ายการตลาดยุโรปและตะวันออกกลางของ WEG ผู้ผลิตและซัพพลายเออร์ระดับโลกด้านเทคโนโลยีมอเตอร์และไดรฟ์ อธิบายวิธีลดฮาร์โมนิกในการใช้งานอินเวอร์เตอร์
หลอดฟลูออเรสเซนต์ อุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง เตาอาร์คไฟฟ้า วงจรเรียงกระแส และตัวแปลงความถี่ทั้งหมดนี้เป็นตัวอย่างของอุปกรณ์ที่มีโหลดแบบไม่เป็นเชิงเส้น ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์จะดูดซับแรงดันและกระแสในรูปของพัลส์สั้นกะทันหันอุปกรณ์เหล่านี้แตกต่างจากอุปกรณ์ที่มีโหลดเชิงเส้น เช่น มอเตอร์ เครื่องทำความร้อนในอวกาศ หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีพลังงานไฟฟ้า และหลอดไส้สำหรับโหลดเชิงเส้น ความสัมพันธ์ระหว่างรูปคลื่นแรงดันและกระแสเป็นแบบไซน์ และกระแส ณ เวลาใดๆ จะเป็นสัดส่วนกับแรงดันที่แสดงโดยกฎของโอห์ม
ปัญหาอย่างหนึ่งของโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นคือพวกมันสร้างกระแสฮาร์มอนิกฮาร์มอนิกส์เป็นองค์ประกอบความถี่ที่มักจะสูงกว่าความถี่พื้นฐานของแหล่งจ่ายไฟ ระหว่าง 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ (Hz) และถูกเพิ่มเข้าไปในกระแสพื้นฐานกระแสพิเศษเหล่านี้จะทำให้เกิดการบิดเบือนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของระบบ และลดตัวประกอบกำลัง
กระแสฮาร์มอนิกที่ไหลในระบบไฟฟ้าสามารถสร้างผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ เช่น แรงดันไฟผิดเพี้ยนที่จุดเชื่อมต่อกับโหลดอื่นๆ และความร้อนสูงเกินไปของสายเคเบิลในกรณีเหล่านี้ การวัดค่าความเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมด (THD) สามารถบอกเราได้ว่าแรงดันหรือกระแสที่ผิดเพี้ยนนั้นเกิดจากฮาร์มอนิกมากน้อยเพียงใด
ในบทความนี้ เราจะศึกษาวิธีการลดฮาร์มอนิกในการใช้งานอินเวอร์เตอร์ตามคำแนะนำของอุตสาหกรรมสำหรับการตรวจสอบและตีความปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดปัญหาคุณภาพพลังงานอย่างถูกต้อง
สหราชอาณาจักรใช้คำแนะนำทางวิศวกรรม (EREC) G5 ของสมาคมเครือข่ายพลังงาน (ENA) เป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีสำหรับการจัดการความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกในระบบส่งและเครือข่ายการกระจายในสหภาพยุโรป คำแนะนำเหล่านี้มักจะอยู่ในคำสั่งเกี่ยวกับความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ซึ่งรวมถึงมาตรฐานต่างๆ ของ International Electrotechnical Commission (IEC) เช่น IEC 60050 โดยปกติแล้ว IEEE 519 จะเป็นมาตรฐานของอเมริกาเหนือ แต่ควรสังเกตว่า IEEE 519 มุ่งเน้นไปที่ระบบการจัดจำหน่ายมากกว่าอุปกรณ์แต่ละชิ้น
เมื่อกำหนดระดับฮาร์มอนิกโดยการจำลองหรือการวัดแล้ว มีหลายวิธีที่จะย่อให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อให้อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้แต่ขีดจำกัดที่ยอมรับได้คืออะไร?
เนื่องจากไม่สามารถกำจัดฮาร์มอนิกทั้งหมดได้ในเชิงเศรษฐกิจหรือเป็นไปไม่ได้ จึงมีมาตรฐานสากลของ EMC สองมาตรฐานที่จำกัดการบิดเบือนของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟโดยการระบุค่าสูงสุดของกระแสฮาร์มอนิกเป็นมาตรฐาน IEC 61000-3-2 เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟสูงสุด 16 A (A) และ ≤ 75 A ต่อเฟส และมาตรฐาน IEC 61000-3-12 เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่สูงกว่า 16 A
ขีดจำกัดของฮาร์มอนิกของแรงดันไฟฟ้าควรรักษาค่า THD (V) ของจุดคัปปลิ้งร่วม (PCC) ที่ ≤ 5%PCC คือจุดที่ตัวนำไฟฟ้าของระบบจำหน่ายไฟฟ้าเชื่อมต่อกับตัวนำไฟฟ้าของลูกค้าและการส่งไฟฟ้าใดๆ ระหว่างลูกค้าและระบบจำหน่ายไฟฟ้า
มีการใช้คำแนะนำที่ ≤ 5% เป็นข้อกำหนดเดียวสำหรับการใช้งานจำนวนมากด้วยเหตุนี้ในหลายกรณี การใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีวงจรเรียงกระแสแบบ 6 พัลส์และรีแอคแตนซ์อินพุตหรือตัวเหนี่ยวนำลิงก์กระแสตรง (DC) ก็เพียงพอแล้วที่จะปฏิบัติตามคำแนะนำการบิดเบือนแรงดันไฟฟ้าสูงสุดแน่นอน เมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์ 6 พัลส์ที่ไม่มีตัวเหนี่ยวนำในลิงค์ การใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีตัวเหนี่ยวนำลิงค์ DC (เช่น CFW11, CFW700 และ CFW500 ของ WEG) สามารถลดรังสีฮาร์มอนิกได้อย่างมาก
มิฉะนั้น มีตัวเลือกอื่นๆ อีกหลายอย่างสำหรับการลดฮาร์มอนิกของระบบในการใช้งานอินเวอร์เตอร์ ซึ่งเราจะแนะนำในที่นี้
วิธีหนึ่งในการลดฮาร์โมนิกคือการใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีวงจรเรียงกระแสแบบ 12 พัลส์อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มักใช้เมื่อติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าแล้วเท่านั้นสำหรับอินเวอร์เตอร์หลายตัวที่เชื่อมต่อกับลิงค์ DC เดียวกันหรือหากการติดตั้งใหม่ต้องใช้หม้อแปลงเฉพาะสำหรับอินเวอร์เตอร์นอกจากนี้ โซลูชันนี้เหมาะสำหรับกำลังไฟที่มักจะมากกว่า 500 กิโลวัตต์ (kW)
อีกวิธีหนึ่งคือการใช้อินเวอร์เตอร์ไดรฟ์กระแสไฟที่ใช้งาน (AC) 6 พัลส์พร้อมตัวกรองแบบพาสซีฟที่อินพุตวิธีนี้สามารถประสานระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน - แรงดันฮาร์มอนิกระหว่างสื่อ (MV) ไฟฟ้าแรงสูง (HV) และไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ (EHV) และรองรับความเข้ากันได้และกำจัดผลกระทบต่ออุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนของลูกค้าแม้ว่านี่จะเป็นวิธีแก้ปัญหาแบบดั้งเดิมเพื่อลดฮาร์มอนิก แต่จะเพิ่มการสูญเสียความร้อนและลดตัวประกอบกำลัง
สิ่งนี้นำเราไปสู่วิธีที่ประหยัดต้นทุนมากขึ้นในการลดฮาร์มอนิก: ใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีวงจรเรียงกระแสแบบ 18 พัลส์ หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งไดรฟ์ DC-AC ที่ขับเคลื่อนด้วยดีซีลิงค์ผ่านวงจรเรียงกระแสแบบ 18 พัลส์และหม้อแปลงเปลี่ยนเฟสวงจรเรียงกระแสพัลส์เป็นโซลูชันเดียวกันไม่ว่าจะเป็น 12 พัลส์หรือ 18 พัลส์แม้ว่าวิธีนี้จะเป็นวิธีแก้ปัญหาแบบดั้งเดิมเพื่อลดฮาร์มอนิก แต่เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง จึงมักจะใช้เฉพาะเมื่อติดตั้งหม้อแปลงแล้วหรือต้องใช้หม้อแปลงพิเศษสำหรับอินเวอร์เตอร์สำหรับการติดตั้งใหม่กำลังไฟมักจะมากกว่า 500 กิโลวัตต์
วิธีลดฮาร์มอนิกบางวิธีจะเพิ่มการสูญเสียความร้อนและลดตัวประกอบกำลัง ในขณะที่วิธีอื่นๆ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบได้ทางออกที่ดีที่เราแนะนำคือการใช้ตัวกรองที่ใช้งาน WEG กับไดรฟ์ AC 6 พัลส์นี่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ยอดเยี่ยมในการกำจัดเสียงประสานที่เกิดจากอุปกรณ์ต่างๆ
ท้ายที่สุด เมื่อสามารถสร้างพลังงานใหม่ให้กับกริด หรือเมื่อมอเตอร์หลายตัวขับเคลื่อนด้วยดีซีลิงค์เดียว โซลูชันอื่นก็น่าสนใจนั่นคือ ไดรฟ์ที่เกิดใหม่ส่วนหน้าที่ใช้งานอยู่ (AFE) และตัวกรอง LCL ถูกนำมาใช้ในกรณีนี้ ไดรเวอร์มีวงจรเรียงกระแสที่ใช้งานอยู่ที่อินพุตและเป็นไปตามขีดจำกัดที่แนะนำ
สำหรับอินเวอร์เตอร์ที่ไม่มีดีซีลิงก์ เช่น อินเวอร์เตอร์ CFW500, CFW300, CFW100 และ MW500 ของ WEG กุญแจสำคัญในการลดฮาร์มอนิกคือรีแอกแตนซ์ของเครือข่ายสิ่งนี้ไม่เพียงแก้ปัญหาฮาร์มอนิกเท่านั้น แต่ยังแก้ปัญหาพลังงานที่เก็บสะสมไว้ในส่วนที่เกิดปฏิกิริยาของอินเวอร์เตอร์และไม่มีประสิทธิภาพอีกด้วยด้วยความช่วยเหลือของรีแอกแตนซ์เครือข่าย อินเวอร์เตอร์เฟสเดียวความถี่สูงที่โหลดโดยเครือข่ายเรโซแนนต์สามารถใช้เพื่อให้เกิดรีแอกแตนซ์ที่ควบคุมได้ข้อดีของวิธีนี้คือพลังงานที่เก็บไว้ในองค์ประกอบรีแอกแตนซ์จะต่ำกว่าและความเพี้ยนของฮาร์มอนิกจะต่ำกว่า
มีวิธีปฏิบัติอื่นๆ ในการจัดการกับเสียงประสานหนึ่งคือการเพิ่มจำนวนของโหลดเชิงเส้นเทียบกับโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นอีกวิธีหนึ่งคือการแยกระบบจ่ายไฟสำหรับโหลดเชิงเส้นและไม่เป็นเชิงเส้น เพื่อให้มีขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า THD ที่แตกต่างกันระหว่าง 5% ถึง 10%วิธีนี้เป็นไปตามคำแนะนำทางวิศวกรรมที่กล่าวถึงข้างต้น (EREC) G5 และ EREC G97 ซึ่งใช้ในการประเมินความผิดเพี้ยนของแรงดันฮาร์มอนิกของพืชและอุปกรณ์ที่ไม่เชิงเส้นและเรโซแนนซ์
อีกวิธีหนึ่งคือใช้วงจรเรียงกระแสที่มีพัลส์จำนวนมากขึ้นและป้อนเข้าหม้อแปลงที่มีสเตจทุติยภูมิหลายสเตจหม้อแปลงหลายขดลวดที่มีขดลวดปฐมภูมิหรือขดลวดทุติยภูมิหลายเส้นสามารถเชื่อมต่อกันในรูปแบบพิเศษเพื่อให้ระดับแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการหรือเพื่อขับเคลื่อนโหลดหลายตัวที่เอาต์พุต จึงให้ตัวเลือกเพิ่มเติมในระบบจ่ายกำลังไฟฟ้าและความยืดหยุ่น
ในที่สุดก็มีการทำงานของไดรฟ์ปฏิรูปของ AFE ที่กล่าวถึงข้างต้นไดรฟ์ AC พื้นฐานไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถส่งพลังงานกลับคืนสู่แหล่งพลังงานได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่เพียงพอ เพราะในบางการใช้งาน การนำพลังงานที่ส่งคืนกลับมาเป็นข้อกำหนดเฉพาะหากจำเป็นต้องส่งพลังงานหมุนเวียนกลับคืนสู่แหล่งพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ นี่คือบทบาทของไดรฟ์ที่สร้างพลังงานใหม่วงจรเรียงกระแสอย่างง่ายถูกแทนที่ด้วยอินเวอร์เตอร์ AFE และสามารถกู้คืนพลังงานได้ด้วยวิธีนี้
วิธีการเหล่านี้มีตัวเลือกมากมายในการต่อสู้กับเสียงประสานและเหมาะสำหรับระบบจำหน่ายไฟฟ้าประเภทต่างๆแต่ยังสามารถประหยัดพลังงานและค่าใช้จ่ายได้อย่างมากในการใช้งานต่างๆ และเป็นไปตามมาตรฐานสากลตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าตราบใดที่ใช้เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์ที่ถูกต้อง ปัญหาที่ไม่ใช่เชิงเส้นจะแก้ไขได้ไม่ยาก
For more information, please contact: WEG (UK) LtdBroad Ground RoadLakesideRedditch WorcestershireB98 8YPT Tel: +44 (0)1527 513800 Email: info-uk@weg.net Website: https://www.weg.net
กระบวนการและการควบคุม วันนี้ไม่รับผิดชอบต่อเนื้อหาของบทความและรูปภาพที่ส่งหรือผลิตภายนอกคลิกที่นี่เพื่อส่งอีเมลแจ้งเราถึงข้อผิดพลาดหรือการละเว้นในบทความนี้