อันตรายของฮาร์มอนิกต่อตัวแปลงความถี่ รูปแบบการควบคุมฮาร์มอนิกของตัวแปลงความถี่

ตัวแปลงความถี่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมระบบส่งความเร็วแบบแปรผันในการผลิตภาคอุตสาหกรรมเนื่องจากลักษณะการสลับกำลังของวงจรเรียงกระแสอินเวอร์เตอร์ โหลดของระบบแบบไม่ต่อเนื่องทั่วไปจึงถูกสร้างขึ้นบนแหล่งจ่ายไฟสลับตัวแปลงความถี่มักจะทำงานพร้อมกันกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น คอมพิวเตอร์และเซ็นเซอร์ในสถานที่ทำงานอุปกรณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ติดตั้งอยู่ใกล้กันและอาจส่งผลกระทบต่อกันดังนั้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่แสดงโดยตัวแปลงความถี่จึงเป็นหนึ่งในแหล่งฮาร์มอนิกที่สำคัญในโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ และมลภาวะฮาร์มอนิกที่เกิดจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังได้กลายเป็นอุปสรรคหลักในการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

1.1 ฮาร์มอนิกคืออะไร
สาเหตุของเสียงประสานคือการโหลดระบบแบบไม่ต่อเนื่องเมื่อกระแสไหลผ่านโหลด ไม่มีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และกระแสอื่นที่ไม่ใช่คลื่นไซน์จะไหล ทำให้เกิดฮาร์มอนิกที่สูงขึ้นความถี่ฮาร์มอนิกเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของความถี่มูลฐานตามหลักการวิเคราะห์ของ Fourier นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส (M.Fourier) รูปคลื่นที่ซ้ำๆ ใดๆ สามารถแยกย่อยออกเป็นส่วนประกอบของคลื่นไซน์ รวมถึงความถี่มูลฐานและฮาร์มอนิกของชุดความถี่มูลฐานทวีคูณฮาร์มอนิกคือรูปคลื่นไซน์ และแต่ละรูปคลื่นไซน์มักมีความถี่ แอมพลิจูด และมุมเฟสต่างกันฮาร์มอนิกสามารถแบ่งออกเป็นฮาร์มอนิกคู่และคี่ ตัวเลขที่สาม ห้า และเจ็ดเป็นฮาร์มอนิกคี่ และตัวเลขที่สอง สิบสี่ หก และแปดเป็นฮาร์มอนิกเลขคู่ตัวอย่างเช่น เมื่อคลื่นพื้นฐานคือ 50Hz ฮาร์มอนิกที่สองคือ 10Hz และฮาร์มอนิกที่สามคือ 150Hzโดยทั่วไปแล้ว ฮาร์มอนิกแบบคี่จะสร้างความเสียหายมากกว่าฮาร์มอนิกแบบคู่ในระบบสามเฟสที่สมดุล เนื่องจากความสมมาตร แม้แต่ฮาร์มอนิกก็ถูกกำจัดไปและมีเพียงฮาร์มอนิกคี่เท่านั้นสำหรับโหลดวงจรเรียงกระแสสามเฟส กระแสฮาร์มอนิกคือ 6n 1 ฮาร์มอนิก เช่น 5, 7, 11, 13, 17, 19 เป็นต้น ซอฟต์สตาร์ทคีย์ทำให้เกิดฮาร์มอนิกที่ 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
มาตรฐานป้องกันการรบกวนทั่วไป EN50081 และ EN50082 และมาตรฐานตัวแปลงความถี่ EN61800 (1ECl800-3) กำหนดระดับการแผ่รังสีและการป้องกันการรบกวนของอุปกรณ์ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันมาตรฐานที่กล่าวถึงข้างต้นกำหนดระดับการแผ่รังสีที่ยอมรับได้ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน: ระดับ L ไม่จำกัดการแผ่รังสีเหมาะสำหรับผู้ใช้ที่ใช้ซอฟต์สตาร์ทในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ไม่ได้รับผลกระทบ และผู้ใช้ที่แก้ไขข้อจำกัดของแหล่งกำเนิดรังสีด้วยตนเองคลาส h คือขีดจำกัดที่ระบุโดย EN61800-3 สภาพแวดล้อมแรก: การกระจายขีดจำกัด สภาพแวดล้อมที่สองเป็นตัวเลือกสำหรับตัวกรองความถี่วิทยุ การติดตั้งตัวกรองความถี่วิทยุสามารถทำให้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์ตรงตามระดับการค้า ซึ่งโดยปกติจะใช้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช่อุตสาหกรรม
2 มาตรการควบคุมฮาร์มอนิก
สามารถจัดการปัญหาฮาร์มอนิกได้ การรบกวนจากรังสีและการรบกวนระบบจ่ายไฟสามารถระงับได้ และสามารถใช้มาตรการทางเทคนิค เช่น การป้องกัน การแยก การต่อสายดิน และการกรองได้
(1) ใช้ตัวกรองแบบพาสซีฟหรือตัวกรองแบบแอคทีฟ
(2) ยกหม้อแปลงขึ้น ลดค่าอิมพีแดนซ์ของวงจร และถอดสายไฟออก
(3) ใช้ซอฟต์สตาร์ทสีเขียว ไม่มีมลพิษกระแสพัลส์
2.1 การใช้ตัวกรองแบบพาสซีฟหรือแอคทีฟ
ตัวกรองแบบพาสซีฟเหมาะสำหรับการเปลี่ยนอิมพีแดนซ์คุณลักษณะของแหล่งจ่ายไฟสลับที่ความถี่พิเศษ และเหมาะสำหรับระบบที่เสถียรและไม่เปลี่ยนแปลงตัวกรองแบบแอคทีฟเหมาะสำหรับการชดเชยโหลดของระบบแบบแยกส่วน
ตัวกรองแบบพาสซีฟเหมาะสำหรับวิธีการแบบดั้งเดิมตัวกรองแบบพาสซีฟปรากฏขึ้นก่อนเนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่ายและชัดเจน การลงทุนในโครงการต่ำ ความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานสูง และต้นทุนการดำเนินงานต่ำพวกเขายังคงเป็นวิธีการสำคัญในการระงับกระแสพัลซิ่งตัวกรอง LC เป็นอุปกรณ์ปราบปรามฮาร์มอนิกลำดับสูงแบบพาสซีฟแบบดั้งเดิมเป็นการผสมผสานที่เหมาะสมของตัวเก็บประจุตัวกรอง เครื่องปฏิกรณ์ และตัวต้านทาน และเชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งฮาร์มอนิกลำดับสูงนอกจากฟังก์ชันการกรองแล้ว ยังมีฟังก์ชันการชดเชยที่ไม่ถูกต้องอีกด้วยอุปกรณ์ดังกล่าวมีข้อเสียที่ผ่านไม่ได้ที่สำคัญคือโอเวอร์โหลดง่ายมากและจะไหม้เมื่อโอเวอร์โหลดซึ่งจะทำให้ตัวประกอบกำลังไฟฟ้าเกินค่ามาตรฐาน การชดเชย และการลงโทษนอกจากนี้ ตัวกรองแบบพาสซีฟอยู่นอกเหนือการควบคุม ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไป การเปลี่ยนแปลงการเปราะบางเพิ่มเติมหรือการเปลี่ยนแปลงโหลดเครือข่ายจะเปลี่ยนเรโซแนนซ์ซีรีส์ และลดผลกระทบของตัวกรองที่สำคัญกว่านั้น ตัวกรองแบบพาสซีฟสามารถกรององค์ประกอบฮาร์มอนิกลำดับสูงได้เพียงตัวเดียว (หากมีตัวกรอง จะสามารถกรองได้เฉพาะฮาร์มอนิกตัวที่สามเท่านั้น) ดังนั้นหากมีการกรองความถี่ฮาร์มอนิกลำดับสูงที่แตกต่างกัน สามารถใช้ตัวกรองที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่ม การลงทุนอุปกรณ์
มีตัวกรองที่ใช้งานอยู่หลายชนิดในประเทศต่างๆ ในโลก ซึ่งสามารถติดตามและชดเชยกระแสพัลส์ของความถี่และแอมพลิจูดต่างๆ ได้ และลักษณะการชดเชยจะไม่ได้รับผลกระทบจากอิมพีแดนซ์คุณลักษณะของกริดไฟฟ้าทฤษฎีพื้นฐานของตัวกรองวิศวกรรมพลังงานแบบแอกทีฟถือกำเนิดขึ้นในทศวรรษที่ 1960 ตามด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยีวงจรรวมควบคุมเต็มรูปแบบกำลังเอาต์พุตขนาดใหญ่ ขนาดกลาง และขนาดเล็ก การปรับปรุงระบบควบคุมการมอดูเลตความกว้างพัลส์ และฮาร์มอนิกตาม ทฤษฎีโหลดปฏิกิริยาความเร็วทันทีข้อเสนอที่ชัดเจนของวิธีการตรวจสอบความเร็วแบบทันทีในปัจจุบันได้นำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วของตัวกรองวิศวกรรมพลังงานที่ใช้งานอยู่แนวคิดพื้นฐานของมันคือการตรวจสอบกระแสฮาร์มอนิกที่มาจากเป้าหมายการชดเชย และอุปกรณ์ชดเชยจะสร้างแถบความถี่ของกระแสชดเชยที่มีขนาดเท่ากันและมีขั้วตรงกันข้ามกับกระแสฮาร์มอนิก เพื่อชดเชยกระแสพัลส์ที่เกิดจากกระแสพัลส์ แหล่งที่มาของบรรทัดเดิม แล้วสร้างปัจจุบันของเครือข่ายพลังงาน รวมเฉพาะการเสิร์ฟพื้นฐานเท่านั้นส่วนหลักคือเครื่องกำเนิดคลื่นฮาร์มอนิกและระบบควบคุมอัตโนมัติ กล่าวคือ ทำงานผ่านเทคโนโลยีการประมวลผลภาพดิจิทัลที่ควบคุมไตรโอดชั้นฉนวนอย่างรวดเร็ว
ในขั้นตอนนี้ ในแง่ของการควบคุมกระแสพัลส์แบบพิเศษ ตัวกรองแบบพาสซีฟและตัวกรองแบบแอคทีฟได้ปรากฏในรูปแบบของการใช้งานเสริมและแบบผสม ทำให้ใช้ประโยชน์จากข้อดีของตัวกรองแบบแอคทีฟได้อย่างเต็มที่ เช่น โครงสร้างที่เรียบง่ายและชัดเจน การบำรุงรักษาง่าย ต้นทุนต่ำ และผลตอบแทนที่ดีมันกำจัดข้อบกพร่องในปริมาณมากและค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นของตัวกรองที่ใช้งานอยู่ และรวมทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อทำให้ซอฟต์แวร์ระบบทั้งหมดได้รับประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม
2.2 ลดอิมพีแดนซ์ของลูปและตัดวิธีการสายส่ง
สาเหตุของการสร้างฮาร์มอนิกเกิดจากการใช้โหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้น ดังนั้น วิธีแก้ปัญหาเบื้องต้นคือการแยกสายไฟของโหลดที่สร้างฮาร์มอนิกออกจากสายไฟของโหลดที่ไวต่อฮาร์มอนิกกระแสที่บิดเบี้ยวซึ่งเกิดจากโหลดแบบไม่เชิงเส้นทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมที่อิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล และรูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าที่สังเคราะห์ขึ้นจะถูกนำไปใช้กับโหลดอื่นๆ ที่เชื่อมต่อกับสายเดียวกัน ซึ่งกระแสฮาร์มอนิกที่สูงกว่าจะไหลดังนั้น มาตรการเพื่อลดความเสียหายของกระแสพัลส์ยังสามารถรักษาได้โดยการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลและลดอิมพีแดนซ์ของลูปในปัจจุบัน วิธีการต่างๆ เช่น การเพิ่มความจุของหม้อแปลง การเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายเคเบิลที่เป็นกลาง และการเลือกส่วนประกอบป้องกัน เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์และฟิวส์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีนอย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่สามารถกำจัดฮาร์มอนิกโดยพื้นฐานได้ แต่จะลดลักษณะและฟังก์ชันการป้องกัน เพิ่มการลงทุน และเพิ่มอันตรายที่ซ่อนอยู่ในระบบจ่ายไฟเชื่อมต่อโหลดเชิงเส้นและโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นจากแหล่งจ่ายไฟเดียวกัน
จุดเต้าเสียบ (PCC) เริ่มจ่ายพลังงานให้กับวงจรทีละตัว ดังนั้น แรงดันไฟฟ้านอกเฟรมจากโหลดแบบแยกส่วนจึงไม่สามารถถ่ายโอนไปยังโหลดเชิงเส้นได้นี่เป็นทางออกที่ดีสำหรับปัญหาฮาร์มอนิกในปัจจุบัน
2.3 ใช้พลังงานอินเวอร์เตอร์สีเขียวมรกตโดยไม่มีมลพิษทางฮาร์มอนิก
มาตรฐานคุณภาพของอินเวอร์เตอร์สีเขียวคือกระแสอินพุตและเอาท์พุตเป็นคลื่นไซน์ ปัจจัยกำลังไฟฟ้าอินพุตสามารถควบคุมได้ ปัจจัยกำลังไฟฟ้าสามารถตั้งค่าเป็น 1 ภายใต้ภาระใดก็ได้ และความถี่เอาต์พุตของความถี่ไฟฟ้าสามารถควบคุมได้โดยพลการเครื่องปฏิกรณ์แบบกระแสสลับในตัวของตัวแปลงความถี่สามารถยับยั้งฮาร์มอนิกได้อย่างดี และปกป้องบริดจ์วงจรเรียงกระแสจากอิทธิพลของคลื่นสูงชันของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่ากระแสฮาร์มอนิกที่ไม่มีเครื่องปฏิกรณ์นั้นสูงกว่าที่มีเครื่องปฏิกรณ์อย่างเห็นได้ชัดเพื่อลดการรบกวนที่เกิดจากมลภาวะฮาร์มอนิก ตัวกรองสัญญาณรบกวนจะถูกติดตั้งในวงจรเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่เมื่อตัวแปลงความถี่อนุญาต ความถี่พาหะของตัวแปลงความถี่จะลดลงนอกจากนี้ ในตัวแปลงความถี่กำลังสูง มักใช้การแก้ไขแบบ 12-pulse หรือ 18-pulse ซึ่งช่วยลดปริมาณฮาร์มอนิกในแหล่งจ่ายไฟโดยกำจัดฮาร์มอนิกต่ำตัวอย่างเช่น 12 พัลส์ ฮาร์โมนิกที่ต่ำที่สุดคือฮาร์มอนิกที่ 11, 13, 23 และ 25ในทำนองเดียวกัน สำหรับ 18 พัลส์เดี่ยว ฮาร์มอนิกสองสามตัวคือฮาร์มอนิกที่ 17 และ 19
เทคโนโลยีฮาร์มอนิกต่ำที่ใช้ในซอฟต์สตาร์ทสามารถสรุปได้ดังนี้:
(1) การคูณอนุกรมของโมดูลแหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์จะเลือกโมดูลแหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม 2 หรือประมาณ 2 โมดูล และกำจัดส่วนประกอบฮาร์มอนิกตามการสะสมรูปคลื่น
(2) วงจรเรียงกระแสเพิ่มขึ้นซอฟต์สตาร์ทมอดูเลตความกว้างพัลส์ใช้วงจรเรียงกระแสแบบ 121 พัลส์, 18 พัลส์ หรือ 24 พัลส์เพื่อลดกระแสพัลส์
(3) การใช้ซ้ำของโมดูลพลังงานอินเวอร์เตอร์แบบอนุกรม โดยใช้โมดูลพลังงานอินเวอร์เตอร์แบบพัลส์เดี่ยว 30 ตัวและใช้วงจรไฟฟ้าซ้ำ สามารถลดกระแสพัลส์ได้
(4) ใช้วิธีการมอดูเลตการแปลงความถี่ DC ใหม่ เช่น การมอดูเลตเพชรของวัสดุเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ในปัจจุบัน ผู้ผลิตอินเวอร์เตอร์หลายรายให้ความสำคัญอย่างยิ่งกับปัญหาฮาร์มอนิก และในทางเทคนิคจะรับประกันว่าอินเวอร์เตอร์เป็นสีเขียวในระหว่างการออกแบบ และแก้ปัญหาฮาร์มอนิกโดยพื้นฐาน
3 บทสรุป
โดยทั่วไปแล้วเราสามารถเข้าใจสาเหตุของเสียงประสานได้อย่างชัดเจนในแง่ของการใช้งานจริง ผู้คนสามารถเลือกตัวกรองแบบพาสซีฟและตัวกรองแบบแอคทีฟเพื่อลดอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของลูป ตัดเส้นทางสัมพัทธ์ของการส่งผ่านฮาร์มอนิก พัฒนาและใช้ซอฟต์สตาร์ทเตอร์สีเขียวโดยไม่มีมลพิษฮาร์มอนิก และเปลี่ยนฮาร์มอนิกแบบซอฟต์ที่สร้างโดย สตาร์ทเตอร์ถูกควบคุมภายในช่วงสั้นๆ