Sept. 10, 2008 1 VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Гармонические искажения, генерируемые ЧРП, и методы их подавления VFD3 © 2008. - презентация

1 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Гармонические искажения, генерируемые ЧРП, и методы их подавления VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Sept. 10, 2008 Презентация подготовлена: Tony Hoevenaars, P. Eng. Mirus International Inc.

2 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Содержание Общий обзор Частотно-регулируемых приводов и их гармонических искажений Стандарт ограничения гармоник IEEE Std 519 Методы подавления гармоник для ЧРП L INEATOR TM Универсальный фильтр гармоник нового поколения Сферы применения L INEATOR TM Программа компьютерного моделирования – SOLV Заключение Гармонические искажения, генерируемые ЧРП и методы их подавления

3 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Спектры гармонических искажений кривой тока при различных нагрузках Линейная нагрузка Kфактор = 1 ITHD = Нелинейная (1-фазная) KFactor = 4 to 13 ITHD = 30% - 125% Kфактор = 4 to 9 ITHD = 30% - 80% Нелинейная (3-фазная) Общий обзор гармоник ЧРП Устройства промышленной электроники и энергосберегающие технологии, как правило, нелинейные

4 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. 6- пульсный выпрямитель и гармоники h = np 1 I h = I h + _ Для простого диодного мостового выпрямителя гармоники имеют порядок: h = номер гармоники p = число пульсаций выпрямленного напряжения n = любое целое число (1, 2, 3, и т.д.) I h = величина тока гармоники Общий обзор гармоник ЧРП Если p = 6 h = -- 5,7,--,11,13,--,17,19... Форма кривой тока и спектр

5 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Гармоники – компоненты деформированной волны Четыре компонента f(t) = A o +A 1 sin(wt+ )+A 2 sin(2wt+ )+A 3 sin(3wt+ )... Общий обзор гармоник ЧРП

6 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. 3- фазное выпрямление : 6- пульсное Общий обзор гармоник ЧРП 120º 0º0º180º360º V AN V BN V CN A A B B C C Среднее значение выпрямленного напряжения (1.414 x V RMS ) Среднее значение выпрямленного напряжения (1.414 x V RMS ) V BC V BA V CA V CB V AB V AC

7 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Какие проблемы могут создать гармоники ЧРП? Общий обзор гармоник ЧРП Искажение питающего напряжения, следовательно преждевременный отказ блоков электропитания и двигателей Ложные срабатывания автоматических выключателей и другой защитной аппаратуры Перегрев электродвигателей и генераторов Перегрев оборудования распределительной сети, (кабели и трансформаторы) Ошибки измерения Пониженный коэффициент мощности приводит к повышению мощности (кВА) питающих трансформаторов Проблемы регулирования напряжения на дизель-генераторах Ложные срабатывания и отказы в работе критических нагрузок

8 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Влияние гармоник на падение и искажение напряжения На нагрузке, V h = I h x (Z Ch + Z Th + Z Sh ) На трансформаторе, V h = I h x (Z Th + Z Sh ) На источнике, V h = I h x (Z Sh ) (Закон Ома) V = I x Z h h h V thd = V +V V h 1 V x 100% Коэффициент искажения напряжения h I Источник синусоидального напряжения (f 1 = 60 Гц) Источник гармоник тока Z Sh Z Ch ~ ^ ^ V Источник V Трансформатор V Нагрузка Z Th Non-linear load Z Ch Z Th Z Sh Источник Трансф-р Кабель Нелинейная нагрузка ^ ^ Общий обзор гармоник ЧРП

9 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Lineator установка в компании Chevron Canada (Simonette Скважина – ЭПН ) Подготовлено Peter OBrien (CCR I & E Group) на конференции Chevron EE, San Antonio, Sept Общий обзор гармоник ЧРП Без установленного на входе фильтра С установленным на входе фильтром Напряжение Ток

10 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Как гармоники влияют на коэф-т мощности и кВА Общий обзор гармоник ЧРП С нелинейной нагрузкой Q = кВАР (работу не производит) P = кВт (работу производит) H = кВАР H (работу не производит) S = кВА SPQH 222 кВАкВт кВАР H 222 pf P S kW kVA cos С линейной нагрузкой cos kVA kW S P pf Q = кВАР (работу не производит) P = кВт (работу производит) S = кВА SPQ 22 кВАкВткВАР 22

11 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Измерение коэф. искажения тока и коэф. мощности для привода переменного тока 60 л.с. Общий обзор гармоник ЧРП

12 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Резонанс гармоник в системах электропитания Общий обзор гармоник ЧРП Типичная однолинейная диаграмма M XCXC XSXS XTXT XLXL Нелинейная Нагрузка Эквивалентная диаграмма Источник гармоник тока X Th X SYSh IhIh I rh EhEh X Ch Что может повлечь следующие проблемы: - Выход из строя конденсаторов и их предохранителей - Повреждение ограничителя перенапряжения - Повреждение действующего переключателя обмоток - Отключения системы Резонанс происходит когда: X Ch = X SYSh (X SYSh = X S || X L ) Во время резонанса ток в цепи ограничивается только ее сопротивлением. Реактивн. сопр. Частота X X L = 2 fL X C = 1 2 fC f o = 1 2 LC

13 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Стандарт IEEE Std 519 – рекомендуемые критерии и пределы ограничения гармоник энергосистем Обзор требований стандарта IEEE std 519 Впервые представлен в 1981 (последняя версия1992) Нормирует максимально допустимые уровня искажений напряжения и тока в точке общего присоединения (ТОП) Создавался как системный стандарт Признает ответственность за качество электроэнергии обеих сторон – поставщика эл. энергии и её потребителя Рассматривает линейные и нелинейные нагрузки Трудности в применении стандарта: Часто неясно, что считать ТОП? При проектировании трудно определить реальное будущее потребление электроэнергии. Производители часто борятся с гармониками несовершенными методами Этот стандарт получает все большее распространение

14 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Определение терминов Обзор требований стандарта IEEE std 519 Point of Common Coupling (PCC) – точка общего присоединения (ТОП). Точка измерения или любая другая точка, к которой энергосистема и потребитель могут иметь доступ для непосредственного измерения влияния гармоник. На промышленном предприятии ТОП – это точка между нелинейной нагрузкой и другими нагрузками. Измерение со стороны энергоснабжения редко бывает удобным.

15 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Определение терминов (продолжение) Обзор требований стандарта IEEE std 519 Short Circuit Ratio (I SC /I L ) – относительный уровень тока короткого замыкания Отношение тока КЗ (I SC ), имеющегося в ТОП, к максимальному значению основной гармоники тока нагрузки (I L ). Maximum Load Current (I L ) – максимальное значение тока нагрузки: Рекомендовано среднее значение тока максимальной нагрузки за предшествующие 12 месяцев

16 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Определение терминов (продолжение) Обзор требований стандарта IEEE std 519 Current Total Harmonic Distortion (I THD ) – коэффициент искажения синусоидальности кривой тока ( K I ) Отношение суммарного среднеквадратичного значения (root-sum-square- RSS) гармоник, содержащихся в токе, к действующему значению тока основной гармоники. I THD = I + I I h I1I1 X 100% I TDD = I 1 X I THD I L Current Total Demand Distortion ( I TDD ) – коэффициент гармоник тока при максимальном значении тока нагрузки: Voltage Total Harmonic Distortion ( V THD ) – коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (К u) Отношение суммарного среднеквадратичного значения (RSS) гармоник, содержащихся в напряжении, к действующему значению основной гармоники напряжения.

17 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Параметры тока ЧРП, мощностью 150 л.с. без подавления гармоник С уменьшением % нагрузки растут I THD, но: Гармонические токи (в амперах) уменьшаются I TDD уменьшается Обзор требований стандарта IEEE std 519

18 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Рекомендуемые пределы искажения напряжения IEEE Standard , рекомендуемые критерии и пределы ограничения гармоник силовых энергосистем Обзор требований стандарта IEEE std 519 Максимум 3% от основной гармоники напряжения для любой одиночной гармоники. Специализированная система, предназначенная исключительно для нагрузок типа ЧРП, в предположении, что разработчики оборудования принимают во внимание повышенный уровень искажений.

19 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Критерии искажения напряжения Обоснование пределов не полностью определено, но в секции 6.6 сформулировано : Компьютеры или близкое к ним оборудование, такое как программируемые контроллеры часто требуют питания переменного тока с искажением напряжения не более 5%. Результатом высоких уровней гармоник являются неустойчивые нарушения нормальной работы оборудования, которые могут в некоторых случаях иметь серьезные последствия. Даже если в ТОП уровень искажений-приемлемый, V THD может увеличиваться при приближении к конкретному потребителю из- за наличия конечного импеданса. Обзор требований стандарта IEEE std 519

20 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Рекомендуемые пределы искажения тока IEEE Standard , рекомендуемые критерии и пределы ограничения гармоник силовых энергосистем TDD = Коэффициент гармоник при максимальной нагрузке (расчитан на основе максимальной нагрузки). THD = Коэффициент гармоник ( расчитан на основе действительной нагрузки). Обзор требований стандарта IEEE std 519

21 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Показатели искажения тока Вводятся с целью обеспечить искажение напряжения в заданном диапазоне Гармоники тока искажают напряжение пропорционально импедансу системы электропитания Ток короткого замыкания, I SC, определяет импеданс системы Чем выше I SC, тем ниже импеданс и, следовательно, ниже искажение напряжения Относительный уровень тока короткого замыкания, повышенный I SC /I L, допускает более высокие искажения при меньших нагрузках Стандарт IEEE 519

22 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Эффект сети большой мощности - тестирование ЧРП 15 ЛС I SC I L ~ 400 Стандарт IEEE 519

23 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Эффект сети слабой мощности – тестирование ЧРП 15 ЛС I SC I L ~ 8 Стандарт IEEE 519

24 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Определение соответствующей точки общего присоединения (ТОП) ТОП определяет точку, в которой гармоники, генерируемые одним потребителем электрической энергии, могут оказывать вредоносное влияние на других потребителей Определение в стандарте допускает двойное толкование Рабочая группа 519 дает немного более четкое определение Ближайшая точка в сети электропитания, к которой могут быть подсоединены другие потребители Это необязательно должна быть вторичная обмотка трансформатора, питающего данного потребителя Точкой общего присоединения может быть выбрана первичная обмотка трансформатора, питающего данного потребителя Допускается выбор в качестве ТОП вторичной обмотки понижающего трансформатора для обеспечения лучшей защиты потребителя электрической энергии от влияния искажений на стороне высокого напряжения и для упрощения измерений Стандарт IEEE 519

25 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Расчет максимального потребляемого тока на стадии проектирования Потребляемый ток - среднее значение максимально потребляемого тока за предыдущие 12 месяцев Невозможно рассчитать на стадии проектирования Максимальный вклад нагрузки в гармоническое искажение при номинальной нагрузке Гармонический ток в амперах при полной нагрузке выше, хотя I THD должен быть выше при малых нагрузках Если соблюдаются ограничения, требуемые стандартом IEEE Std 519, при полной нагрузке, то искажения напряжения и гармонический перегрев будут приемлемыми при любом уровне нагрузки Использовать номинального тока нагрузки в качестве максимального потребляемого тока более практично Стандарт IEEE 519

26 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример применения – электрический погружной насос 200ЛС Местоположение: Нефтегазовая компания Amerada Hess Corp., Тайога, Северная Дакота Область применения: Скважинный погружной электрический насос Частотно-регулируемый привод: 200ЛС, 480В переменного тока ШИМ с реактором в шине постоянного тока Подавление гармоник: 200ЛС, 480В Lineator Универсальный фильтр подавления гармоник Стандарт IEEE 519

27 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример применения – электрический погружной насос 200ЛС (продолжение) Точка общего присоединения со стороны первичной обмотки: I SC = 900A I L = 7A (полная нагрузка 60Гц) I SC /I L = 900/7 = 128 Из таблицы 10.3, I TDD < 15% Точка общего присоединения со стороны вторичной обмотки: I SC = 8,700A I L = 180A (полная нагрузка 60Гц) I SC /I L = 8700/180 = 48 Из таблицы 10.3, I TDD < 8% Стандарт IEEE 519

28 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример применения – электрический погружной насос 200ЛС (продолжение) Измерения, произведенные на вторичной обмотке трансформатора потребителя Выделенные значения указывают, где не соблюдены ограничения, требуемые стандартом Стандарт IEEE 519

29 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Линейные реакторы переменного тока или дроссели постоянного тока Обычно снижают гармоническое содержание вдвое, но зачастую этого недостаточно для предотвращения возникающих проблем Многопульсный ЧРП (12-ти, 18-ти, 24-ти, 36-пульсные системы и т.д.) Фазосдвигающие трансформаторы обеспечивают подавление гармоник Эффективность сдвига фаз уменьшается при увеличении числа пульсаций Небаланс по напряжению снижает эффективность Фазосдвигающие трансформаторы Можно использовать, чтобы получить квази многопульсную схему Жесткие требования по углу сдвига фаз и импедансу Минимальное воздействие на приводы постоянного тока из-за неодновременности включения тиристоров Похожие проблемы эксплуатации, как у многопульсных ЧРП Активный выпрямитель ЧРП Диодно-мостовые выпрямители заменяются IGBT выпрямителями Параллельные активные фильтры Генерируют и добавляют гармонические токи в нелинейные нагрузки, таким образом, прекращается потребление гармонических токов сети Разнообразные пассивные фильтры гармоник Подавление гармоник на уровне 18-пульсной системы при использовании 6- пульсного ЧРП Способы подавления гармоник Методы подавления гармоник

30 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Способы подавления гармоник у ЧРП Методы подавления гармоник

31 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Многопульсный ЧРП: 12-пульсная схема выпрямления Методы подавления гармоник 0º0º180º360º V AN V BN V CN h = np 1, + _ При p = 12, h = …11,13,…23,25… Среднее напряжение шины постоянного тока(1.414 x V RMS минус пульсации) 30º Current Δ Y Δ 30 o фазосдвигающий Трехобмоточный трансформатор Двойной выпрямитель

32 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Методы подавления гармоник ЧРП: 18-пульсная схема выпрямления h = np 1, + _ при p = 18, h = …17,19,…35,37…

33 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Ограничения многопульсных ЧРП Хуже подавляет гармоники при: Малых нагрузках Небалансе напряжения питания Искажениях напряжения питания Требуются относительно большие трансформаторы Увеличение габаритов Увеличение потерь Требуются линейные реакторы или дроссели постоянного тока больших габаритных размеров, чтобы обеспечить необходимые показатели Методы подавления гармоник

34 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Методы подавления гармоник Эксплуатация: Измерение гармоник тока в системе Быстродействующие IGBT генерируют гармоники тока и подают ток в противофазе Преимущества: Рассчитан только на гармоническую составляющую Хорошие характеристики при малых нагрузках Недостатки: Высокая стоимость Восприимчив к небалансу и искажениям напряжения питания Необходимы пуско-наладочные работы и регулярное сервисное обслуживание из-за сложности оборудования Параллельный активный фильтр

35 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. ЧРП с активным выпрямителем Методы подавления гармоник Эксплуатация: 6-пульсный диодный мостовой выпрямитель заменен полностью управляемым IGBT мостом Преимущества: Идеально низкий коэффициент гармоник тока Возможность динамического торможения Недостатки: Высокая стоимость Может генерировать высшие гармоники Высокое электромагнитное излучение Необходимы пуско-наладочные работы и регулярное сервисное обслуживание из-за сложности оборудования

36 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. LINEATOR улучшенный универсальный фильтр гармоник Подключается на входе ЧРП Подавляет весь спектр гармоник, генерируемых ЧРП Эквивалент 18-пульсной системы при работе с 6-пульсным ЧРП Соответствует стандарту IEEE 519 по уровню ограничения гармоник I TDD < 8% на входе V THD < 5% Коэффициент мощности около 1.0 Совместим с генераторами Высокий КПД Новый реактор уникальной конструкции Методы подавления гармоник

37 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Схема внутренних подключений LINEATOR Многообмоточная система на едином сердечнике (Patented Design) Со стороны входа настроен ниже 5-ой гармоники для уменьшения потребления гармоник от сети Обмотка L1с высоким импедансом Компенсационная обмотка L2 снижает падение напряжения на реакторе, уменьшая сквозной импеданс Уникальный дизайн реактора позволяет использовать конденсаторную батарею меньшего размера, снизить реактивное потребление и перенапряжения на холостом ходу Со стороны выхода настроен ниже 7ой гармоники для подавления гармоник нагрузки Методы подавления гармоник

38 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Рабочие характеристики Lineator, установленного на ЧРП 150 ЛС ШИМ-регулирование Методы подавления гармоник

39 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Тестирование Lineator производителем ЧРП 10-ти кратное подавление гармоник Методы подавления гармоник

40 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Сравнение Lineator и 18-пульсной системы при небалансе питающего напряжения Методы подавления гармоник

41 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Сравнение Lineator и 18-пульсной системы при искаженном питающем напряжении Методы подавления гармоник

42 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. КПД: 18-пульсная система и Lineator/6-пульсная По сравнению с 18-пульсным ЧРП, Lineator 400 ЛС / 6-пульсная система экономит более $3,000 ежегодных эксплуатационных затрат при средней нагрузке 75% стоимостью $0.07 / кВт*ч. Методы подавления гармоник КПД с Lineator на 2% - 3% выше

43 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Методы подавления гармоник DRIVE A FAN 6-Pulse + LINEATOR HzRPMkW SAVINGS KW KW привод B вентилятор 18- пульсная система ГцОб/минкВт двигатель 250 ЛС 6-пульсный ЧРП TOSHIBA + LINEATOR 18-пульсный ЧРП вентилятор Питание 480 В, 3 фазы, 60 Гц Экономия электроэнергии: 18-пульсная система и пассивный фильтр / 6-пульсная система

44 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. привод Aвентилятор 6-Pulse + LINEATOR ГцОб/мин кВт привод B вентилятор 18- пульсная система ГцОб/минкВт Двигатель 250 ЛС 6-пульсный ЧРП TOSHIBA + LINEATOR 18-пульсный ЧРП Вентилятор Питание 480 В, 3 фазы, 60 Гц Сэкономленные кВт, 6-пульсный ЧРП + LINEATOR 60 Гц 55 Гц 6.62 кВт 9.2 кВт 6-пульсный привод + LINEATOR экономит от 3.5% до 6% электроэнергии, необходимой для работы вентилятора Экономия 9.2 кВт 6.6 кВт Методы подавления гармоник Экономия электроэнергии: 18-пульсная система и пассивный фильтр / 6-пульсная система

45 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Защита привода переменного тока от коммутационных «помех», вызванных приводом постоянного тока Форма кривой напряжения при входе фильтра Форма кривой напряжения при выходе фильтра Коммутационные «помехи» Измерения сделаны на широкополосном фильтре (Lineator), установленном на входе ЧРП переменного тока Siemens. Место установки ЧРП - питание компрессоров на российской морской буровой платформе До установки фильтра привод переменного тока отключался по перенапряжению Методы подавления гармоник

46 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Опережающий коэффициент мощности Нагрузка с опережающим коэффициентом мощности по сути и не хороша, и не плоха Емкостное сопротивление в процентах от номинальной мощности (кВА) очень важно Высокие уровни могут вызвать нежелательно высокие напряжения и несовместимость с дизель-генераторами Опережающий коэффициент мощности Lineator при малых нагрузках содержит невысокую емкостную составляющую < 15% номинальной мощности (кВА) Можно использовать для компенсации низкого коэффициента мощности индуктивных нагрузок (напр., нерегулируемый двигатель) Методы подавления гармоник

47 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Увеличиваются потери, особенно токи Фуко Сильное искажение выходного напряжения (трапециидальная форма) как следствие высокого импеданса генератора Импеданс в 3- 4 раза выше, чем у трансформатора Стандартно увеличивают мощность генератора по крайней мере в 2 раза Зачастую проблемы гармоник обнаруживаются при работе резервного генератора Традиционные фильтры могут вызвать проблемы в системе регулирования возбуждения при опережающем коэффициенте мощности с высокой емкостной составляющей Влияние гармоник на генераторы Методы подавления гармоник

48 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Кривая допустимой реактивной мощности генератора Максимальное емкостное сопротивление других фильтров Максимальное емкостное сопротивление фильтра Максимальное емкостное сопротивление для Lineator находится в пределах, приемлемых генератором Методы подавления гармоник

49 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение LINEATOR Подключается последовательно ко входу ЧРП При применении схем шунтирования должен шунтироваться вместе с ЧРП Можно применять с одним ЧРП, а можно с несколькими Методы подавления гармоник

50 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Проблемы до установки фильтра Взорвавшиеся конденсаторы батареи для повышения коэффициента мощности на нерегулируемом двигателе Коэффициент искажения кривой напряжения превышает спецификацию (5% макс имум) После установки Нет помех радиовещанию Применение на станции водоочистки (питание от трансформатора) Двигатель A Двигатель B 300 ЛС ABB VFD 300 Lineator RVS 1000 кВА Применение Lineator

51 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение на станции водоочистки (питание от генератора) 750 кВт генератор Двигатель A Двигатель B 300 ЛС ABB VFD3 00 Lineator RVS Применение Lineator

52 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Снижение электромагнитных и радиопомех при помощи Lineator Lineator Lineator блокирует обратный путь, тем самым ослабляет электромагнитные и радиопомехи Методы снижения гармоник

53 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример применения (анализ): Ocean Challenger Кабелепрокладочное судно Описание проблем: Гармонические искажения, генерируемые приводом 1.5МВт для манипулятора, искажали напряжение на распределительном щите генератора до уровня значительно превышающего предельный уровень 5% Требовалось 2 отдельных генератора для раздельного питания приводов Владельцы хотели убрать затраты на аренду и освободить пространство палубы Описание корабля: Кабелепрокладочное судно и плавучая ремонтная мастерская Дистанционно управляемый подводный манипулятор 2МВт для прокладки подводных траншей 3.9м глубиной для трубопровода 1м диаметром., на глубине 2000м 10 x 30кВт подруливающих устройств и 4 x 300кВт электрических насосов Методы снижения гармоник

54 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Решение по Ocean Challenger Напряжения и ток на входе LINEATOR и их спектры Спектр тока, коэффициент искажения кривой тока = 6.4% Спектр напряжения, коэффициент искажения напряжения = 2.7% Искажение напряжения генератора (пик коэффициента искажения кривой напряжения = 1.6%) Методы подавления гармоник 2 x 750кВт LINEATORs были установлены в цепи питания ЧРП манипулятора со стороны главных генераторов Искажение тока снизилось до 6% Коэффициент искажения кривой напряжения снизился до < 3% тем самым избавляя от необходимости в отдельных генераторах

55 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример применения (анализ) 2: саморазгружающаяся баржа Модернизация существующего судна для нового вида работ требовал замены носового подруливающего устройства асинхронного электродвигателя с контактными кольцами на новый асинхронный электродвигатель 550кВт и ЧРП. Компьютерное моделирование показало, что коэффициент искажения кривой напряжения будет превышать 9% без подавления гармоник Чтобы соответствовать требованиям морской контролирующей организации (5%), был установлен LINEATOR 900ЛС Коэффициент искажения кривой тока = 6% Коэффициент искажения кривой напряжения = 2.8% Методы подавления гармоник

56 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение Lineator ЧРП 150ЛС с глубинным нефтяным насосом и фильтром подавления гармоник Lineator (Венесуэла) 150 HP VFD

57 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение Lineator 2 ЧРП 450ЛС канализационной насосной станции и фильтр подавления гармоник Lineator 450 HP

58 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение Lineator ЧРП 125ЛС вентилятора системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и с фильтром подавления гармоник Lineator 125 HP

59 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение Lineator Привод 350 кВт конвейера с фильтром подавления гармоник (Алкоа, Западная Австралия)

60 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. 12-пульсный ЧРП на морской нефтяной платформе Первоначальный вариант требовал: Двойных фазосдвигающих трансформаторов, 2.75 МВА каждый Двойных выпрямителей на всех 12-пульсных ЧРП с двойными фидерами Фазосдвигающие трансформаторы –вероятный источник отказов (нет резервирования) Подавление гармоник не соответствует стандарту американского бюро судоходства Методы подавления гармоник

61 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Усовершенствованный фильтр подавления гармоник на морской нефтяной платформе Предлагаемая конструкция требует: Выходные трансформаторы с низким К-фактором, 3.0 МВА каждый (полное резервирование) Lineators питают двусторонние распределительные щиты (полное резервирование) Стандартный 6-пульсный частотно-регулируемый привод Экономия на 14 выключателях, 8 кабельных линиях, 8 корпусах Экономия затрат: 30 % - на оборудование, 40% - на стоимости инсталляции Соответствует стандартам Американского бюро судоходства Методы подавления гармоник

62 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Что можно сделать для 1-фазных применений? 3-фазный ЧРП часто применяется как преобразователь фаз для 3- фазных двигателей при однофазной сети электропитания Удаленное расположение Фермы, площадки для игры в гольф, нефтяные и газовые месторождения Жилые районы Водоочистка При 1-фазной работе ЧРП генерирует больше гармоник, чем при 3-фазной работе Примерно 100% ITHD к 5 ой и 7 ой гармоникам добавляется 3 ья Высокочастотные помехи также выше Требует занижения номинальных рабочих характеристик ЧРП в 2 раза Методы подавления гармоник

63 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Применение Lineator- 1Q3 К-т гарм. иск-ий тока=109% К-т гарм. иск-ий напр= 5.8% 60 ЛС VFD 30 ЛС 480В К-т гарм. иск-ий тока= 11.5% К-т гарм. иск-ий напр. = 2.0% Сбалансиро- ванный 1-фаза, 2-провода Несбалансиро- ванный 3-провода Сбалансиро- ванный 3-фазы, 3-провода 40 ЛС ЧРП 30 ЛС 480В 30 ЛС1Q3 Методы подавления гармоник

64 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример компьютерного моделирования Компьютерное моделирование

65 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример компьютерного моделирования (прод.) Компьютерное моделирование

66 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример компьютерного моделирования (прод.) Компьютерное моделирование

67 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример компьютерного моделирования (прод.) Компьютерное моделирование

68 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример компьютерного моделирования (прод.) Компьютерное моделирование

69 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Пример компьютерного моделирования (прод.) Компьютерное моделирование

70 Sept. 10, VFD3 © 2008 MIRUS International Inc. All Rights Reserved. Заключение При потреблении несинусоидального тока ЧРП генерирует гармоники Протекание гармоник тока по импедансу системы электропитания искажает питающее напряжение Чрезмерные искажения напряжения ведут к отказам оборудования Гармоники снижают коэффициент мощности, так как потребляют реактивную мощность Возможен резонанс в том случае, когда конденсаторы для повышения коэффициента мощности и импеданс системы резонируют на частотах гармоник Соответствие качества электропитания стандарту IEEE 519 возможно с помощью правильно подобранных методов подавления гармоник Оборудование, обеспечивающее подавление гармоник, должно быть работоспособным при питании от реальных сетей ти при питании от резервных генераторов Гармоники ЧРП и их подавление