อันตรายของฮาร์โมนิคต่อตัวแปลงความถี่ รูปแบบการควบคุมฮาร์มอนิกของตัวแปลงความถี่

ตัวแปลงความถี่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมระบบส่งกำลังแบบปรับความเร็วได้ในการผลิตทางอุตสาหกรรมเนื่องจากคุณลักษณะการสลับกำลังของวงจรเรียงกระแสอินเวอร์เตอร์ โหลดระบบแบบแยกทั่วไปจะถูกสร้างขึ้นบนแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งโดยปกติตัวแปลงความถี่จะทำงานพร้อมกันกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น คอมพิวเตอร์และเซ็นเซอร์ที่ไซต์งานอุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ติดตั้งอยู่ใกล้ๆ และอาจส่งผลกระทบซึ่งกันและกันดังนั้นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่แสดงโดยตัวแปลงความถี่จึงเป็นหนึ่งในแหล่งฮาร์มอนิกที่สำคัญในระบบส่งไฟฟ้าสาธารณะ และมลพิษฮาร์มอนิกที่เกิดจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังจึงกลายเป็นอุปสรรคสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

1.1 ฮาร์โมนิคคืออะไร
สาเหตุของฮาร์โมนิคคือการโหลดระบบแบบไม่ต่อเนื่องเมื่อกระแสไหลผ่านโหลด จะไม่มีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และกระแสอื่นที่ไม่ใช่คลื่นไซน์จะไหล ทำให้เกิดฮาร์โมนิคที่สูงขึ้นความถี่ฮาร์มอนิกเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความถี่พื้นฐานตามหลักการวิเคราะห์ของฟูริเยร์ นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส (เอ็ม.ฟูริเยร์) รูปคลื่นที่ซ้ำกันใดๆ สามารถแบ่งออกเป็นส่วนประกอบของคลื่นไซน์ได้ รวมถึงความถี่พื้นฐานและฮาร์โมนิกของชุดของตัวคูณความถี่พื้นฐานฮาร์มอนิกคือรูปคลื่นไซน์ และรูปคลื่นไซน์แต่ละรูปมักจะมีความถี่ แอมพลิจูด และมุมเฟสที่แตกต่างกันฮาร์โมนิคสามารถแบ่งออกเป็นฮาร์โมนิกคู่และคี่ ตัวเลขที่สาม ห้า และเจ็ดเป็นฮาร์โมนิคคี่ และตัวเลขที่สอง สิบสี่ หก และแปดเป็นฮาร์โมนิกคู่ตัวอย่างเช่น เมื่อคลื่นพื้นฐานคือ 50Hz ฮาร์มอนิกที่สองคือ 10Hz และฮาร์มอนิกที่สามคือ 150Hzโดยทั่วไป ฮาร์โมนิคคี่จะสร้างความเสียหายมากกว่าฮาร์โมนิคคู่ในระบบสามเฟสที่สมดุล เนื่องจากความสมมาตร แม้แต่ฮาร์โมนิคก็ถูกกำจัดออกไป และมีเพียงฮาร์โมนิคคี่เท่านั้นที่มีอยู่สำหรับโหลดวงจรเรียงกระแสสามเฟส กระแสฮาร์มอนิกคือ 6n 1 ฮาร์มอนิก เช่น 5, 7, 11, 13, 17, 19 เป็นต้น ปุ่มซอฟต์สตาร์ทเตอร์ทำให้เกิดฮาร์โมนิคที่ 5 และ 7
1.2 มาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับการควบคุมฮาร์มอนิก
การควบคุมฮาร์มอนิกของอินเวอร์เตอร์ควรคำนึงถึงมาตรฐานต่อไปนี้: มาตรฐานป้องกันการรบกวน: EN50082-1, -2, EN61800-3: มาตรฐานการแผ่รังสี: EN5008l-1, -2, EN61800-3โดยเฉพาะ IEC10003, IEC1800-3 (EN61800-3), IEC555 (EN60555) และ IEEE519-1992
มาตรฐานการป้องกันสัญญาณรบกวนทั่วไป EN50081 และ EN50082 และมาตรฐานตัวแปลงความถี่ EN61800 (1ECl800-3) กำหนดระดับการแผ่รังสีและการป้องกันสัญญาณรบกวนของอุปกรณ์ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันมาตรฐานที่กล่าวมาข้างต้นกำหนดระดับรังสีที่ยอมรับได้ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน: ระดับ L ไม่จำกัดปริมาณรังสีเหมาะสำหรับผู้ใช้ที่ใช้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ไม่ได้รับผลกระทบ และผู้ใช้ที่แก้ไขข้อจำกัดแหล่งกำเนิดรังสีด้วยตนเองคลาส h คือขีดจำกัดที่ระบุโดย EN61800-3 สภาพแวดล้อมแรก: การกระจายขีดจำกัด สภาพแวดล้อมที่สองเป็นตัวเลือกสำหรับตัวกรองความถี่วิทยุที่ติดตั้งตัวกรองความถี่วิทยุสามารถทำให้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์เป็นไปตามระดับเชิงพาณิชย์ ซึ่งมักใช้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช่อุตสาหกรรม
2 มาตรการควบคุมฮาร์มอนิก
ปัญหาฮาร์มอนิกสามารถจัดการได้ การรบกวนจากรังสีและการรบกวนของระบบจ่ายไฟสามารถระงับได้ และสามารถใช้มาตรการทางเทคนิค เช่น การป้องกัน การแยก การต่อสายดิน และการกรองได้
(1) ใช้ตัวกรองแบบพาสซีฟหรือตัวกรองที่ใช้งานอยู่
(2) ยกหม้อแปลงขึ้น ลดความต้านทานลักษณะของวงจร และถอดสายไฟออก
(3) ใช้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์สีเขียว ไม่มีมลพิษจากกระแสพัลส์
2.1 การใช้ตัวกรองแบบพาสซีฟหรือแอคทีฟ
ตัวกรองแบบพาสซีฟเหมาะสำหรับการเปลี่ยนความต้านทานคุณลักษณะของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่ความถี่พิเศษ และเหมาะสำหรับระบบที่เสถียรและไม่เปลี่ยนแปลงตัวกรองแบบแอคทีฟเหมาะสำหรับการชดเชยโหลดของระบบแบบแยกส่วน
ตัวกรองแบบพาสซีฟเหมาะสำหรับวิธีการแบบดั้งเดิมตัวกรองแบบพาสซีฟปรากฏขึ้นก่อนเนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและชัดเจน การลงทุนโครงการต่ำ ความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานสูง และต้นทุนการดำเนินงานต่ำพวกเขายังคงเป็นวิธีการสำคัญในการปราบปรามกระแสพัลส์ตัวกรอง LC เป็นอุปกรณ์ปราบปรามฮาร์มอนิกลำดับสูงแบบพาสซีฟแบบดั้งเดิมเป็นการผสมผสานที่เหมาะสมระหว่างตัวเก็บประจุตัวกรอง เครื่องปฏิกรณ์ และตัวต้านทาน และเชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งฮาร์มอนิกลำดับสูงนอกจากฟังก์ชันการกรองแล้ว ยังมีฟังก์ชันการชดเชยที่ไม่ถูกต้องอีกด้วยอุปกรณ์ดังกล่าวมีข้อบกพร่องที่ผ่านไม่ได้กุญแจเป็นเรื่องง่ายมากที่จะโอเวอร์โหลด และมันจะไหม้เมื่อโอเวอร์โหลด ซึ่งจะทำให้ตัวประกอบกำลังเกินมาตรฐาน การชดเชย และการลงโทษนอกจากนี้ ตัวกรองแบบพาสซีฟไม่สามารถควบคุมได้ ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไป การยุบตัวเพิ่มเติมหรือการเปลี่ยนแปลงโหลดเครือข่ายจะเปลี่ยนเสียงสะท้อนของอนุกรมและลดผลกระทบของตัวกรองที่สำคัญกว่านั้นตัวกรองแบบพาสซีฟสามารถกรองส่วนประกอบฮาร์มอนิกลำดับสูงได้เพียงตัวเดียวเท่านั้น (หากมีตัวกรอง ก็จะกรองได้เฉพาะฮาร์โมนิกตัวที่สามเท่านั้น) ดังนั้นหากกรองความถี่ฮาร์มอนิกลำดับสูงที่แตกต่างกันออกไป ก็สามารถใช้ตัวกรองที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่ม การลงทุนด้านอุปกรณ์
มีตัวกรองแบบแอคทีฟหลายประเภทในประเทศต่างๆ ทั่วโลก ซึ่งสามารถติดตามและชดเชยกระแสพัลส์ที่มีความถี่และแอมพลิจูดต่างกันได้ และคุณลักษณะการชดเชยจะไม่ได้รับผลกระทบจากคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ของโครงข่ายไฟฟ้าทฤษฎีพื้นฐานของตัวกรองวิศวกรรมพลังงานแบบแอคทีฟเกิดขึ้นในปี 1960 ตามมาด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยีวงจรรวมควบคุมเต็มรูปแบบกำลังขับขนาดใหญ่ ขนาดกลาง และขนาดเล็ก การปรับปรุงระบบควบคุมการมอดูเลตความกว้างพัลส์ และฮาร์โมนิกส์ตาม ทฤษฎีโหลดปฏิกิริยาความเร็วชั่วขณะข้อเสนอที่ชัดเจนของวิธีการตรวจสอบความเร็วทันทีในปัจจุบันได้นำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วของตัวกรองวิศวกรรมพลังงานแบบแอคทีฟแนวคิดพื้นฐานของมันคือการตรวจสอบกระแสฮาร์มอนิกที่มาจากเป้าหมายการชดเชย และอุปกรณ์ชดเชยจะสร้างแถบความถี่ของกระแสชดเชยที่มีขนาดเท่ากันและมีขั้วตรงข้ามกับกระแสฮาร์มอนิก เพื่อชดเชยกระแสพัลส์ที่เกิดจากกระแสพัลส์ แหล่งกำเนิดของสายเดิมแล้วสร้างกระแสของโครงข่ายไฟฟ้า รวมเฉพาะเสิร์ฟพื้นฐานเท่านั้นส่วนหลักคือเครื่องกำเนิดคลื่นฮาร์มอนิกและระบบควบคุมอัตโนมัติซึ่งทำงานผ่านเทคโนโลยีการประมวลผลภาพดิจิทัลที่ควบคุมไตรโอดชั้นฉนวนอย่างรวดเร็ว
ในขั้นตอนนี้ ในส่วนของการควบคุมกระแสพัลส์แบบพิเศษ ตัวกรองแบบพาสซีฟและตัวกรองแบบแอคทีฟได้ปรากฏในรูปแบบของการใช้งานเสริมและแบบผสม โดยใช้ประโยชน์จากข้อดีของตัวกรองแบบแอคทีฟได้อย่างเต็มที่ เช่น โครงสร้างที่เรียบง่ายและชัดเจน บำรุงรักษาง่าย ต้นทุนต่ำ และผลตอบแทนที่ดีโดยจะกำจัดข้อบกพร่องที่เกิดจากปริมาณมากและต้นทุนที่เพิ่มขึ้นของตัวกรองแบบแอคทีฟ และรวมทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อทำให้ซอฟต์แวร์ระบบทั้งหมดได้รับประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม
2.2 ลดความต้านทานของลูปและตัดวิธีสายส่ง
สาเหตุหลักของการสร้างฮาร์มอนิกเกิดจากการใช้โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น ดังนั้น วิธีแก้ปัญหาพื้นฐานคือการแยกสายไฟของโหลดที่สร้างฮาร์มอนิกออกจากสายไฟของโหลดที่ไวต่อฮาร์มอนิกกระแสไฟฟ้าบิดเบี้ยวที่เกิดจากโหลดไม่เชิงเส้นทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกที่บิดเบี้ยวบนอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล และรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าบิดเบี้ยวสังเคราะห์จะถูกนำไปใช้กับโหลดอื่นๆ ที่เชื่อมต่อกับสายเดียวกัน ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าฮาร์มอนิกสูงกว่าไหลดังนั้นจึงสามารถรักษามาตรการเพื่อลดความเสียหายของกระแสพัลส์ได้โดยการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลและลดอิมพีแดนซ์ของลูปในปัจจุบัน วิธีการต่างๆ เช่น การเพิ่มความจุของหม้อแปลง การเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิล โดยเฉพาะการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลที่เป็นกลาง และการเลือกส่วนประกอบป้องกัน เช่น เบรกเกอร์และฟิวส์ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีนอย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่สามารถกำจัดฮาร์โมนิคโดยพื้นฐานได้ แต่จะลดคุณลักษณะและฟังก์ชันการป้องกัน เพิ่มการลงทุน และเพิ่มอันตรายที่ซ่อนอยู่ในระบบจ่ายไฟเชื่อมต่อโหลดเชิงเส้นและโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นจากแหล่งจ่ายไฟเดียวกัน
จุดจ่ายไฟ (PCC) เริ่มจ่ายไฟให้กับวงจรแยกกัน ดังนั้นแรงดันไฟฟ้านอกเฟรมจากโหลดแยกส่วนจึงไม่สามารถถ่ายโอนไปยังโหลดเชิงเส้นได้นี่เป็นทางออกที่ดีสำหรับปัญหาฮาร์มอนิกในปัจจุบัน
2.3 ใช้ไฟอินเวอร์เตอร์สีเขียวมรกตโดยไม่มีมลภาวะฮาร์มอนิก
มาตรฐานคุณภาพของอินเวอร์เตอร์สีเขียวคือกระแสอินพุตและเอาต์พุตเป็นคลื่นไซน์ สามารถควบคุมตัวประกอบกำลังอินพุตได้ สามารถตั้งค่าตัวประกอบกำลังเป็น 1 ภายใต้โหลดใดๆ และความถี่เอาต์พุตของความถี่กำลังสามารถควบคุมได้โดยพลการเครื่องปฏิกรณ์ AC ในตัวของตัวแปลงความถี่สามารถระงับฮาร์โมนิคได้ดีและป้องกันบริดจ์ตัวเรียงกระแสจากอิทธิพลของคลื่นที่สูงชันทันทีของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่ากระแสฮาร์มอนิกที่ไม่มีเครื่องปฏิกรณ์จะสูงกว่ากระแสที่มีเครื่องปฏิกรณ์อย่างเห็นได้ชัดเพื่อลดการรบกวนที่เกิดจากมลภาวะฮาร์มอนิก จึงมีการติดตั้งตัวกรองสัญญาณรบกวนในวงจรเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่เมื่อตัวแปลงความถี่อนุญาต ความถี่พาหะของตัวแปลงความถี่จะลดลงนอกจากนี้ ในตัวแปลงความถี่กำลังสูง มักจะใช้การแก้ไขแบบ 12 พัลส์หรือ 18 พัลส์ ซึ่งช่วยลดปริมาณฮาร์มอนิกในแหล่งจ่ายไฟโดยกำจัดฮาร์โมนิกต่ำตัวอย่างเช่น 12 พัลส์ ฮาร์โมนิคต่ำสุดคือฮาร์โมนิคที่ 11, 13, 23 และ 25ในทำนองเดียวกัน สำหรับพัลส์เดี่ยว 18 พัลส์ ฮาร์โมนิคไม่กี่ตัวคือฮาร์โมนิกที่ 17 และ 19
เทคโนโลยีฮาร์มอนิกต่ำที่ใช้ในซอฟต์สตาร์ทเตอร์สามารถสรุปได้ดังนี้:
(1) การคูณอนุกรมของโมดูลแหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์จะเลือกโมดูลแหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม 2 หรือประมาณ 2 ชุด และกำจัดส่วนประกอบฮาร์มอนิกตามการสะสมรูปคลื่น
(2) วงจรเรียงกระแสเพิ่มขึ้นซอฟต์สตาร์ทเตอร์มอดูเลตความกว้างพัลส์ใช้วงจรเรียงกระแส 121 พัลส์, 18 พัลส์ หรือ 24 พัลส์เพื่อลดกระแสพัลส์
(3) การใช้โมดูลพลังงานอินเวอร์เตอร์ซ้ำแบบอนุกรม โดยใช้โมดูลพลังงานอินเวอร์เตอร์ซีรีย์พัลส์เดี่ยว 30 ชุดและการนำวงจรไฟฟ้ากลับมาใช้ใหม่ กระแสพัลส์จะลดลง
(4) ใช้วิธีการมอดูเลตการแปลงความถี่ DC ใหม่ เช่น การมอดูเลตแบบเพชรของวัสดุเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานในปัจจุบัน ผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์หลายรายให้ความสำคัญอย่างยิ่งกับปัญหาฮาร์มอนิก และในทางเทคนิคให้แน่ใจว่าอินเวอร์เตอร์เป็นสีเขียวในระหว่างการออกแบบ และแก้ไขปัญหาฮาร์มอนิกโดยพื้นฐาน
3 บทสรุป
โดยทั่วไปเราสามารถเข้าใจสาเหตุของฮาร์โมนิคได้ชัดเจนในแง่ของการทำงานจริง ผู้คนสามารถเลือกตัวกรองแบบพาสซีฟและตัวกรองแบบแอคทีฟเพื่อลดความต้านทานลักษณะของลูป ตัดเส้นทางสัมพัทธ์ของการส่งสัญญาณฮาร์มอนิก พัฒนาและใช้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์สีเขียวโดยไม่มีมลภาวะฮาร์มอนิก และเปลี่ยนฮาร์โมนิกแบบอ่อนที่สร้างโดย สตาร์ทเตอร์จะถูกควบคุมภายในช่วงเล็กๆ