В съвременните електрически системи въпросът за хармониците се превърна в значителна загриженост поради нарастващата употреба на не -линейни натоварвания като променливи честотни устройства (VFD), токоизправители и други електронни устройства за захранване. Тези не -линейни натоварвания инжектират хармонични токове в електрическата мрежа, което може да доведе до различни проблеми, включително прегряване на оборудване, смущения в комуникационни системи и неточно измерване. Сериен реактор е едно от ефективните решения за смекчаване на хармоничното съдържание във верига и като сериен доставчик на реактор ще се задълбоча в това как серийният реактор влияе на хармоничното съдържание в схема.
Разбиране на хармониците в електрическа верига
Преди да се обсъди ролята на сериен реактор, е от съществено значение да се разбере какво са хармониците. В идеалната електрическа система напрежението и токовите вълни са чисти синусоидни вълни с една честота, обикновено основната честота (напр. 50Hz или 60Hz). Въпреки това, когато не -линейните натоварвания са свързани към системата, те изтеглят ток по не синусоидален начин. Тези не -синусоидални токове могат да бъдат разложени в серия от синусоидални компоненти с честоти, които са цяло число на фундаменталната честота. Тези компоненти се наричат хармоници. Например, 3 -та хармоника има честота 3 пъти по -голяма от основната честота, 5 -та хармоника има честота 5 пъти по -голяма от основната честота и т.н.
Хармониците могат да причинят няколко проблема в електрическа верига. Те могат да увеличат стойността на RMS (коренно -средно - квадратно) на тока, което води до допълнителни загуби в проводниците, трансформаторите и друго оборудване. Това може да доведе до прегряване и намаляване на живота на оборудването. Освен това хармониците могат да причинят изкривяване на напрежението, което може да повлияе на работата на чувствителното електронно оборудване.
Как работи сериен реактор
Сериен реактор е индуктивно устройство, което е свързано последователно с товара или във веригата. Импедансът на индуктор се дава от формулата (z = j \ omega l), където (\ omega = 2 \ pi f) е ъгловата честота, (l) е индуктивността на реактора и (j = \ sqrt {- 1}).
Импедансът на серийния реактор се увеличава с честотата. При основната честота импедансът на реактора е сравнително нисък, така че има минимално влияние върху нормалната работа на веригата. С увеличаването на честотата на хармоничните токове, импедансът на реактора също се увеличава значително.
Когато хармоничните токове преминават през серийния реактор, повишеният импеданс на реактора за тези високи честотни компоненти причинява спад на напрежението през реактора. Според закона на Ом (v = iz), където (v) е спадът на напрежението, (i) е токът, а (z) е импедансът. Тъй като импедансът на реактора е много по -висок за хармониците в сравнение с основната честота, спадът на напрежението през реактора за хармонични токове е много по -голям.
Този спад на напрежението през серийния реактор намалява количеството хармоничен ток, който може да тече в останалата част от веригата. С други думи, серийният реактор действа като филтър за хармонични токове, блокирайки или засилвайки ги, преди да могат да създадат проблеми в електрическата система.
Видове серийни реактори и тяхното въздействие върху хармониците
На пазара има различни видове серийни реактори, всеки със собствени характеристики и приложения.
Меден изходен променлив вентиков реактор
TheМеден изходен променлив вентиков реакторе вид сериен реактор, който използва мед като проводник. Медта има отлична електрическа проводимост, което означава, че има ниска устойчивост при основната честота. Това води до ниски загуби на мощност по време на нормална работа на веригата.
За хармонично смекчаване, високочестотният импеданс на медния изход AC реактор ефективно ограничава потока на хармоничните токове. Ниското устойчивост на мед също гарантира, че има по -малко генериране на топлина поради потока на хармонични токове, което е полезно за дългосрочната надеждност на реактора.
Алуминиев изходен променлив вентически реактор
TheАлуминиев изходен променлив вентически реакторе друг вариант. Алуминият е по -разходи - ефективна алтернатива на медта. Въпреки че алуминият има малко по -висока устойчивост от медта, той все още е добър проводник.
Характеристиките на импеданса на алуминиев изходен променлив QUAS реактор са подобни на тези на меден изходен AC реактор при високи честоти. Той също така може ефективно да намали хармоничното съдържание във веригата. Поради по -високата си съпротивление обаче може да има малко повече загуби на мощност при основната честота в сравнение с меден реактор.
Синусоиден филтър
AСинусоиден филтърможе да се счита и за тип сериен реактор. Той е проектиран да преобразува не синусоидалния изход на VFD в по -синусоидална форма на вълната. Филтърът на синусоида се състои от индуктор (серия реактор) и кондензатор.
Серийният реактор в филтъра на синусоида помага да се ограничи скоростта на промяна на тока и да се намали хармониките с висока честота. Кондензаторът, от друга страна, помага да се компенсира реактивната мощност и допълнително да подобри качеството на формата на вълната. Заедно те могат значително да намалят хармоничното съдържание във веригата и да осигурят по -чисто захранване на товара.
Изчисляване на ефекта на сериен реактор върху хармониците
За да изчислим ефекта на сериен реактор върху хармониците, трябва да разгледаме еквивалентната схема на системата. Веригата може да бъде моделирана като източник, сериен реактор и товар.
Да приемем, че напрежението на източника е (v_s), импедансът на серийния реактор е (z_r = j \ omega l), а импедансът на товара е (z_l). Общият импеданс на веригата е (z_ {total} = z_r + z_l).
Токът, преминаващ през веригата, се дава от (i = \ frac {v_s} {z_ {total}}). За хармоничен анализ можем да разгледаме всеки хармоничен компонент поотделно. Нека (n) th хармонично напрежение е (v_ {sn}) и (n) th хармоничният импеданс на реактора да бъде (z_ {rn} = jn \ omega_0l) (където (\ omega_0) е ъгловата честота на основната), а (n) th вредната импедация на товара (z_ {{ln}).
(N) th хармоничен ток (i_n = \ frac {v_ {sn}} {z_ {rn}+z_ {ln}}). С увеличаване на (n) (z_ {rn}) се увеличава, което намалява стойността на (i_n).
Например, ако имаме 5 -ти хармоничен ток без серийния реактор, токът (i_ {5old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}}). След инсталиране на серия реактор, 5 -ти хармоничен ток (I_ {5new} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}}). Тъй като (z_ {r5} = j5 \ omega_0l) е сравнително голям, (i_ {5new} \ lt i_ {5old}), което показва, че серийният реактор е намалил 5 -ти хармоничен ток.
Практически съображения при използване на серийни реактори за хармонично смекчаване
Когато използвате серийни реактори за смекчаване на хармониците, има няколко практически съображения.
Първо, оценката на серийния реактор трябва да бъде внимателно подбрана. Стойността на индуктивността на реактора трябва да бъде избрана въз основа на нивото на хармонично изкривяване във веригата и изискванията на натоварването. Ако индуктивността е твърде ниска, реакторът може да не е ефективен за намаляване на хармоничните токове. От друга страна, ако индуктивността е твърде висока, това може да причини прекомерен спад на напрежението при основната честота, което може да повлияе на работата на товара.
Второ, местоположението на инсталацията на серийния реактор също е важно. Той може да бъде инсталиран или от входната страна на товара (напр. Пред VFD), или от изходната страна. Инсталирането на реактора от входната страна може да защити електрическата система нагоре по течението от хармонични токове, докато инсталирането му от изходната страна може да предпази натоварването от изкривяване на напрежението.
Трето, повишаването на температурата на серийния реактор трябва да се следи. Тъй като хармоничните токове могат да причинят допълнителни загуби в реактора, важно е да се гарантира, че реакторът не прегрява. Ако е необходимо, трябва да се осигурят адекватни мерки за вентилация и охлаждане.
Заключение
В заключение, сериен реактор е ефективен инструмент за смекчаване на хармоничното съдържание в електрическа верига. Чрез увеличаване на импеданса за хармонични токове с висока честота може да намали количеството хармоничен ток, който се влива в останалата част от веригата, като по този начин предпазва оборудването от вредните ефекти на хармониците.
Като доставчик на реактор от серия предлагаме широка гама от продукти, включителноМеден изходен променлив вентиков реактор,Алуминиев изходен променлив вентически реакториСинусоиден филтърЗа да отговорим на различните нужди на нашите клиенти. Ако сте изправени пред проблеми с хармониците във вашата електрическа система или търсите надеждно решение за подобряване на качеството на мощността, ви каним да се свържете с нас за подробна дискусия и договаряне на поръчки. Екипът ни от експерти ще се радва да ви помогне да изберете най -подходящия сериен реактор за вашето приложение.
ЛИТЕРАТУРА
- Dugan, RC, McGranaghan, MF, & Beaty, HW (2003). Качество на електрическите захранващи системи. McGraw - Hill.
- IEEE STD 519 - 2014, IEEE препоръчва практики и изисквания за хармоничен контрол в електроенергийните системи.
- Arrillaga, J., & Watson, NR (2003). Хармоники на електроенергийната система: Основи, анализ и дизайн на филтри. Уайли.