U modernim električnim sustavima pitanje harmonike postalo je značajna zabrinutost zbog sve veće uporabe ne -linearnih opterećenja kao što su varijabilne frekvencijske pogone (VFD), ispravljači i drugi elektronički uređaji. Ova ne -linearna opterećenja ubrizgavaju harmonične struje u električnu mrežu, što može dovesti do različitih problema, uključujući pregrijavanje opreme, smetnje u komunikacijskim sustavima i netočno mjerenje. Serijski reaktor jedno je od učinkovitih rješenja za ublažavanje harmoničnog sadržaja u krugu, a kao dobavljač serije reaktor udubit ću se u to kako reaktor serije utječe na harmonični sadržaj u krugu.
Razumijevanje harmonike u električnom krugu
Prije nego što razgovaramo o ulozi reaktora serije, ključno je razumjeti što su harmonike. U idealnom električnom sustavu, valni oblici napona i struje su čisti sinusni valovi s jednom frekvencijom, obično temeljnom frekvencijom (npr. 50Hz ili 60Hz). Međutim, kada su ne -linearna opterećenja povezana sa sustavom, oni crtaju struju na ne -sinusoidni način. Ove ne -sinusoidne struje mogu se razgraditi u niz sinusoidnih komponenti s frekvencijama koje su cjelobrojne višestruke temeljne frekvencije. Te se komponente nazivaju harmonikama. Na primjer, treća harmonika ima frekvenciju 3 puta veću od temeljne frekvencije, 5. harmonika ima frekvenciju od 5 puta veće od temeljne frekvencije i tako dalje.
Harmonika može uzrokovati nekoliko problema u električnom krugu. Oni mogu povećati vrijednost RMS (korijen - srednja - kvadratna) struju, što dovodi do dodatnih gubitaka u vodičima, transformatorima i drugoj opremi. To može rezultirati pregrijavanjem i smanjenjem životnog vijeka opreme. Nadalje, harmonika može uzrokovati izobličenje napona, što može utjecati na performanse osjetljive elektroničke opreme.
Kako djeluje reaktor serije
Serijski reaktor je induktivni uređaj koji je u seriji spojen s opterećenjem ili u krugu. Impedancija induktora daje formulu (z = j \ omega l), gdje je (\ omega = 2 \ pi f) kutna frekvencija, (l) je induktivnost reaktora i (j = \ sqrt {- 1}).
Impedancija serijskog reaktora raste s frekvencijom. Na temeljnoj frekvenciji, impedancija reaktora je relativno niska, tako da ima minimalan utjecaj na normalan rad kruga. Međutim, kako se učestalost harmoničnih struja povećava, impedancija reaktora također se značajno povećava.
Kad harmonične struje teku kroz seriju reaktora, povećana impedancija reaktora za ove komponente visoke frekvencije uzrokuje pad napona preko reaktora. Prema Ohmovom zakonu (v = iz), gdje je (v) pad napona, (i) je struja, a (z) je impedancija. Budući da je impedancija reaktora mnogo veća za harmonike u usporedbi s temeljnom frekvencijom, pad napona preko reaktora za harmonične struje je mnogo veći.
Ovaj pad napona kroz seriju reaktora smanjuje količinu harmonične struje koja može teći u ostatak kruga. Drugim riječima, serijski reaktor djeluje kao filter za harmonične struje, blokirajući ih ili slaganje prije nego što mogu uzrokovati probleme u električnom sustavu.
Vrste reaktora serija i njihov utjecaj na harmonike
Na tržištu su dostupne različite vrste serijskih reaktora, a svaka ima svoje karakteristike i primjene.
Bakreni izlaz izmjenični reaktor
ABakreni izlaz izmjenični reaktorje vrsta serijskog reaktora koji koristi bakar kao materijal vodiča. Bakar ima izvrsnu električnu vodljivost, što znači da ima nizak otpor na temeljnoj frekvenciji. To rezultira malim gubicima snage tijekom normalnog rada kruga.
Za harmonično ublažavanje, impedancija visoke frekvencije bakrenog izlaznog izmjeničnog reaktora učinkovito ograničava protok harmoničnih struja. Nizak otpor bakra također osigurava da je manje stvaranja topline zbog protoka harmoničnih struja, što je korisno za dugoročnu pouzdanost reaktora.
Aluminijski izlaz izmjenični reaktor
AAluminijski izlaz izmjenični reaktorje još jedna opcija. Aluminij je više troškova - učinkovita alternativa bakra. Iako aluminij ima nešto veći otpor od bakra, to je i dalje dobar vodič.
Karakteristike impedancije aluminijskog izlaznog izmjeničnog reaktora slične su onima iz AC reaktora bakrenog izlaza na visokim frekvencijama. Također može učinkovito smanjiti harmonični sadržaj u krugu. Međutim, zbog svog većeg otpora, na temeljnoj frekvenciji može biti nešto više gubitaka energije u usporedbi s bakrenim reaktorom.
Sinusni valni filter
ASinusni valni filterMože se smatrati i vrstom serijskog reaktora. Dizajniran je tako da pretvori ne -sinusoidni izlaz VFD -a u više sinusoidni valni oblik. Sinusni valni filter sastoji se od induktora (serijski reaktor) i kondenzatora.
Serijski reaktor u sinusnom valnom filtru pomaže ograničiti brzinu promjene struje i smanjiti harmonike visoke frekvencije. Kondenzator, s druge strane, pomaže nadoknaditi reaktivnu snagu i dodatno poboljšati kvalitetu valnog oblika. Zajedno mogu značajno smanjiti harmonični sadržaj u krugu i osigurati čistije napajanje opterećenju.
Izračunavanje učinka serijskog reaktora na harmonike
Da bismo izračunali učinak serijskog reaktora na harmonike, moramo razmotriti ekvivalentni krug sustava. Krug se može modelirati kao izvor, serijski reaktor i opterećenje.
Pretpostavimo da je izvorni napon (v_s), impedancija serijskog reaktora je (z_r = j \ omega l), a impedancija opterećenja je (z_L). Ukupna impedancija kruga je (z_ {ukupno} = z_r + z_L).
Struja koja teče kroz krug dana je s (i = \ frac {v_s} {z_ {total}}). Za harmoničnu analizu možemo razmotriti svaku harmoničnu komponentu odvojeno. Neka je (n) harmonični napon (v_ {sn}) i (n) harmonična impedancija reaktora (z_ {rn} = jn \ omega_0l) (gdje je (\ omega_0) kutna učestalost opterećenja), a (n) harmonička harmonska
(N) th harmonska struja (i_n = \ frac {v_ {sn}} {z_ {rn}+z_ {ln}}). Kako se (n) povećava, (z_ {rn}) raste, što smanjuje vrijednost (i_n).
Na primjer, ako imamo 5. harmoničnu struju bez reaktora serije, struja (i_ {5Old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}}). Nakon instaliranja serijskog reaktora, 5. harmonična struja (i_ {5New} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}}). Budući da je (z_ {r5} = j5 \ omega_0l) relativno velik, (i_ {5New} \ lt i_ {5Old}), što pokazuje da je serijski reaktor smanjio 5. harmoničnu struju.
Praktična razmatranja u korištenju serijskih reaktora za harmonično ublažavanje
Kada se serijski reaktori koriste za ublažavanje harmonika, postoji nekoliko praktičnih razmatranja.
Prvo, ocjenu reaktora serije treba pažljivo odabrati. Vrijednost induktivnosti reaktora treba odabrati na temelju razine harmoničnog izobličenja u krugu i zahtjeva opterećenja. Ako je induktivnost preniska, reaktor možda neće biti učinkovit u smanjenju harmoničnih struja. S druge strane, ako je induktivnost previsoka, može uzrokovati prekomjerni pad napona na temeljnoj frekvenciji, što može utjecati na performanse opterećenja.
Drugo, važno je i instalacijsko mjesto serijskog reaktora. Može se instalirati bilo na ulaznoj strani opterećenja (npr. Ispred VFD -a) ili na izlaznoj strani. Instaliranje reaktora na ulaznoj strani može zaštititi uzvodni električni sustav od harmoničnih struja, dok ga instaliranje na izlaznoj strani može zaštititi opterećenje od izobličenja napona.
Treće, temperaturni porast serijskog reaktora treba nadzirati. Budući da harmonične struje mogu uzrokovati dodatne gubitke u reaktoru, važno je osigurati da se reaktor ne pregrijava. Po potrebi treba osigurati odgovarajuće mjere ventilacije i hlađenja.
Zaključak
Zaključno, serijski reaktor učinkovit je alat za ublažavanje harmoničnog sadržaja u električnom krugu. Povećavanjem impedancije za visoko -frekvencijske harmonične struje može smanjiti količinu harmonične struje koja se ulijeva u ostatak kruga, štiteći tako opremu od štetnih učinaka harmonika.
Kao dobavljač reaktora serije, nudimo širok spektar proizvoda, uključujućiBakreni izlaz izmjenični reaktor,,Aluminijski izlaz izmjenični reaktor, iSinusni valni filterzadovoljiti različite potrebe naših kupaca. Ako se suočavate s problemima s harmonikama u svom električnom sustavu ili tražite pouzdano rješenje za poboljšanje kvalitete snage, pozivamo vas da nas kontaktiramo radi detaljne rasprave i pregovora o nabavi. Naš tim stručnjaka rado će vam pomoći u odabiru najprikladnijeg reaktora serije za vašu prijavu.
Reference
- Dugan, RC, McGranaghan, MF, & Beaty, HW (2003). Kvaliteta električnih elektroenergetskih sustava. McGraw - Hill.
- IEEE STD 519 - 2014, IEEE je preporučio prakse i zahtjeve za harmoničnu kontrolu u električnim elektroenergetskim sustavima.
- Arrillaga, J., & Watson, NR (2003). Harmonika elektroenergetskog sustava: Osnove, analiza i dizajn filtra. Wiley.