Transformator łagodzący harmoniczne: jak poprawić jakość energii

W systemach dystrybucji energii obciążenia nieliniowe są podatne na generowanie zniekształconych harmonicznych. Harmoniczne te mogą powodować liczne problemy, w tym przegrzanie sprzętu, zwiększone straty energii, zmniejszoną żywotność sprzętu, a nawet dłuższe przestoje.

Najlepszym rozwiązaniem tego problemu są transformatory łagodzące harmoniczne. Niezależnie od wielkości obciążenia tłumią szkodliwe harmoniczne w elementach pasywnych, poprawiając wydajność, oszczędność energii i niezawodność.

Spis treści:

1. Czym są harmoniczne?

2. Co powoduje harmoniczne?

3. Jak harmoniczne wpływają na transformatory?

4. Jakie zniekształcenia harmoniczne generują współczesne systemy elektroenergetyczne?

5. Co to jest transformator łagodzący harmoniczne?

6. Jak transformator łagodzący harmoniczne wpływa na harmoniczne?

7. Które urządzenia wymagają transformatora łagodzącego harmoniczne?

8. Jakie problemy elektryczne można rozwiązać za pomocą transformatora ograniczającego harmoniczne?

9. W jaki sposób transformatory ograniczające harmoniczne przewyższają transformatory o wartości znamionowej K-?

9. W jaki sposób transformatory ograniczające harmoniczne przewyższają transformatory o wartości znamionowej K-?

10. Jak działają transformatory łagodzące harmoniczne?

11. Jakie są rodzaje transformatorów łagodzących harmoniczne?

12. Jak transformatory łagodzące harmoniczne pomagają poprawić jakość energii?

13. Przyszłe trendy w zarządzaniu jakością energii

1. Czym są harmoniczne?

Jakie źródła-harmoniczne pochodzą: pqcomponents

W systemach zasilania sygnały elektryczne mają zazwyczaj charakter sinusoidalny, aby pomóc różnym urządzeniom elektrycznym w wykonywaniu ich funkcji, takich jak oświetlenie, napędzanie silników, drukowanie i uruchamianie programów komputerowych.

Ogólnie rzecz biorąc, w systemie 60 Hz normalny kształt fali prądu zmienia się w górę i w dół 60 razy na sekundę. Jednakże częstotliwości harmoniczne generowane przez obciążenie są jeszcze wyższe. Trzecia harmoniczna ma częstotliwość 180 Hz, a piąta harmoniczna ma częstotliwość 300 Hz, co reprezentuje-formy fal harmonicznych zmieniające się cyklicznie z częstotliwościami odpowiednio 180 i 300 razy na sekundę.

2. Co powoduje harmoniczne?

Aby zrozumieć przyczyny powstawania harmonicznych, musimy zrozumieć obciążenia liniowe i nieliniowe w systemie. Obydwa sposoby zużycia energii przez urządzenia w systemie elektroenergetycznym. Swoiście:

Obciążenia liniowe

Pochodzenie obciążeń liniowych-: jakość mocy

Pobór mocy przez obciążenia liniowe ogólnie przypomina przebieg sinusoidalny. Obciążenia liniowe obejmują zazwyczaj silniki lub żarówki.

Obciążenia nieliniowe

Obciążenia nieliniowe-źródło: test mocy działania

Fale prądu przemiennego generowane przez obciążenia nieliniowe nie mają kształtu fali sinusoidalnej. Generują harmoniczne podczas zużycia energii. Harmoniczne te są zazwyczaj generowane przez urządzenia takie jak przetwornice częstotliwości, prostowniki i inny nowoczesny sprzęt elektroniczny i łatwo powodują zniekształcenia napięcia i prądu.

Typowe źródła harmonicznych obejmują:

Typowe źródła harmonicznych-: megawaty

Przemienniki częstotliwości (VFD), zasilacze bezprzerwowe (UPS), szafy serwerowe, oświetlenie LED, ładowarki pojazdów elektrycznych i zasilacze impulsowe.

3. Jak harmoniczne wpływają na transformatory?

Jak harmoniczne wpływają na transformatory-źródło: rośnie

Podczas pracy transformatora harmoniczne pochodzące z nieliniowych obciążeń mogą łatwo zwiększyć straty w uzwojeniu i rdzeniu, prowadząc do przegrzania lub utraty mocy. Swoiście:

Zwiększona odporność i ciepło

Transformator składa się z uzwojeń i rdzenia. Podczas pracy harmoniczne przemieszczają się i gromadzą w kierunku zewnętrznych krawędzi przewodów, nasilając gromadzenie się ciepła w ciasno upakowanych cewkach, co skutkuje zwiększoną rezystancją i wydzielaniem ciepła transformatora.

Zwiększona strata rdzenia

Przy kierunkach prądu przemiennego polaryzacja prądu wzbudzenia w rdzeniu zmienia się pod wpływem harmonicznych o wysokiej-częstotliwości. Im wyższa częstotliwość zmiany prądu wzbudzenia, tym większa strata ciepła w rdzeniu, stąd określenie straty histerezy.

Wzrost temperatury

Harmoniczne indukują prądy wirowe (małe prądy obrotowe) w sprzęcie, co dodatkowo pogarsza straty ciepła transformatora i zwiększa temperaturę sprzętu.

Zmniejszona obciążalność prądowa

Trzecia, dziewiąta i piętnasta harmoniczna może powodować przegrzanie przewodu neutralnego, co prowadzi do uszkodzenia izolacji i ostatecznie do zmniejszenia obciążalności prądowej.

4. Jakie zniekształcenia harmoniczne generują współczesne systemy elektroenergetyczne?

Ogólnie rzecz biorąc, obciążenia nieliniowe generują harmoniczne będące całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej (60 Hz), wpływając w ten sposób na pracę transformatora. Należą do nich:

Potrójne harmoniczne

Potrójne harmoniczne-źródło:-inżynieria elektryczna

Trzecia harmoniczna obejmuje 3., 9. i 15. harmoniczną, o częstotliwościach odpowiednio 180 Hz, 540 Hz i 900 Hz. Te szkodliwe harmoniczne nakładają się na linię neutralną, powodując wzrost prądu linii neutralnej.

Piąta i siódma harmoniczna

Piąta i siódma harmoniczna-źródło: norwall

Piąta i siódma harmoniczna mają częstotliwości odpowiednio 300 Hz i 420 Hz. Te szkodliwe harmoniczne zwiększają rozproszony strumień magnetyczny, co prowadzi do dodatkowego nagrzewania prądem wirowym.

5. Co to jest transformator łagodzący harmoniczne?

Co to jest transformator łagodzący harmoniczne-źródło: LTEC

Transformator eliminujący harmoniczne to rodzaj transformatora-suchego. Eliminuje prądy harmoniczne poprzez specjalną strukturę uzwojenia, przesunięcie fazowe i kontrolę impedancji sekwencji zerowej.

W przeciwieństwie do filtrów pasywnych pochłaniających harmoniczne lub transformatorów o znamionowej wartości K-, które są w stanie wytrzymać tylko harmoniczne, wykorzystuje on zależności wektorowe i fazowe w uzwojeniach transformatora, aby zapobiec przedostawaniu się nałożonych na siebie prądów harmonicznych do układu poprzedzającego, redukując w ten sposób zniekształcenia harmoniczne.

6. Jak transformator łagodzący harmoniczne wpływa na harmoniczne?

Jak transformator łagodzący harmoniczne wpływa na harmoniczne-źródło: maddox

Dzięki zastosowaniu transformatora łagodzącego harmoniczne, harmoniczne generowane przez obciążenia nieliniowe w systemie są redukowane i eliminowane. Jego zalety obejmują:

• Zmniejszone wytwarzanie ciepła, zapewniające pełne wykorzystanie mocy znamionowej transformatora;
• Zapobieganie przegrzaniu systemu i zbyt wysokim temperaturom;

Jego zalety to:

7. Które urządzenia wymagają transformatora łagodzącego harmoniczne?

Które urządzenia wymagają transformatora łagodzącego harmoniczne-źródło: hammondpowersolutions

Ogólnie rzecz biorąc, wzrost nieliniowych obciążeń w systemach zasilania, takich jak serwery, systemy UPS, oświetlenie LED, komputery i przetwornice częstotliwości, łatwo generuje zniekształcenia harmoniczne, co prowadzi do zwiększonego nagrzewania się transformatora, zmniejszenia wydajności i zwiększonego zużycia energii.

Dlatego w systemach elektroenergetycznych z takimi obciążeniami liniowymi wymagana jest konfiguracja transformatorów łagodzących harmoniczne, aby pomóc w ograniczeniu i wyeliminowaniu harmonicznych w systemie.

8. Jakie problemy elektryczne można rozwiązać za pomocą transformatora ograniczającego harmoniczne?

Oprócz redukcji lub eliminacji harmonicznych w systemie może również rozwiązać:

• Przegrzanie linii neutralnej lub podajnika;
• Zniekształcenia napięcia poprzedzającego zbliżają się do granic.
• Dominacja jednofazowego obciążenia elektronicznego;

W przypadku napotkania powyższych problemów, przed zapewnieniem rozwiązań w zakresie transformatorów łagodzących harmoniczne, należy w pełni rozważyć różne czynniki, takie jak rozkład obciążenia, równowaga faz, metoda uziemienia, połączenia transformatora i inny sprzęt tłumiący harmoniczne w systemie, aby zapewnić prawidłowe rozwiązanie.

9. W jaki sposób transformatory ograniczające harmoniczne przewyższają transformatory o wartości znamionowej K-?

Transformator łagodzący harmoniczne vs transformator o klasie znamionowej K-:

10. Jak działają transformatory łagodzące harmoniczne?

Charakterystyka robocza transformatorów łagodzących harmoniczne zależy przede wszystkim od ich geometrii uzwojenia, konstrukcji rdzenia i zaprojektowanego przesunięcia fazowego. Należą do nich:

Potrójne tłumienie harmonicznych

Potrójne tłumienie harmonicznych-źródło: kondensatorconnect

Przy projektowaniu schematów tłumienia trzecich harmonicznych transformatory łagodzące harmoniczne wykorzystują głównie konfiguracje zygzaka,-zygzaka delta lub specjalne podwójne-uzwojenie wtórne. Osiąga się to poprzez przekierowanie prądu w celu wyeliminowania trzeciej harmonicznej.

Tłumienie piątej i siódmej harmonicznej

Eliminacja piątej i siódmej harmonicznej-źródło: forum fizyki

Ze względu na 180-stopniową różnicę fazową pomiędzy prądami 5. i 7. harmonicznej oraz różnymi fazami wyjściowymi wtórnych transformatora łagodzącego harmoniczne, możliwa jest eliminacja 5. i 7. harmonicznej.

Główne zasady projektowania transformatorów łagodzących harmoniczne obejmują:

• Zoptymalizowana geometria rdzenia
• Zmniejszona impedancja-sekwencji zerowej
• Specjalne układy nawijania
• Kontrolowane ścieżki strumienia magnetycznego

11. Jakie są rodzaje transformatorów łagodzących harmoniczne?

Typ transformatora łagodzącego harmoniczne zależy przede wszystkim od środowiska instalacji i obejmuje:

Typ eliminacji potrójnych harmonicznych - HMT

Ten typ transformatora rozwiązuje głównie problemy z odkształceniami napięcia powodowanymi przez potrójne harmoniczne (3., 9. i 15. harmoniczna) i jest odpowiedni dla środowisk wykorzystujących głównie jedno-fazowe obciążenia elektroniczne, takich jak biura i centra danych IT.

Faza-Przesunięcie/Wielokrotne-Impuls HMT

Faza-Shift/Multi-Impuls HMT-źródło: ytelect

Ten typ transformatora rozwiązuje głównie problemy powodowane przez 5. i 7. harmoniczną. Ustawiając pewną różnicę faz pomiędzy wyjściami wtórnymi, 5. i 7. harmoniczna są w naturalny sposób eliminowane.

12. Jak transformatory łagodzące harmoniczne pomagają poprawić jakość energii?

Transformatory eliminujące harmoniczne poprawiają jakość energii w następujący sposób:

Zmniejszanie prądu neutralnego

Prąd neutralny-źródło: zddqelectric

Transformatory łagodzące harmoniczne podczas pracy znacznie zmniejszają nagrzewanie się przewodu neutralnego, zmniejszając w ten sposób prąd neutralny.

Zmniejszenie nagrzewania transformatora

Ogrzewanie transformatorowe-źródło: maddox

Transformatory łagodzące harmoniczne zmniejszają straty błądzące i straty prądów wirowych spowodowane przez harmoniczne, obniżając w ten sposób temperaturę roboczą sprzętu i zmniejszając nagrzewanie się transformatora.

Poprawa jakości zasilania odbiorczego

Jakość zasilania zewnętrznego-źródło: obwód

W przypadku wrażliwych urządzeń w systemie transformatory łagodzące harmoniczne redukują i eliminują zniekształcenia napięcia spowodowane prądami harmonicznymi, umożliwiając lepsze połączenie systemu z PCC (Point of Common Coupling).

Zwiększanie dostępnej pojemności systemu

Redukując i eliminując harmoniczne w systemie, transformatory łagodzące harmoniczne uwalniają większą moc, ułatwiając podłączenie innych obciążeń.

Wydłużenie żywotności sprzętu

Eliminując harmoniczne w systemie i obniżając temperaturę sprzętu, HMT wydłużają żywotność sprzętu.

13. Przyszłe trendy w zarządzaniu jakością energii

W ramach rosnącego trendu HMT (Harmonic Mitigation Technology) przewiduje się, że przyszłe zarządzanie jakością energii będzie stopniowo rozwijać się w następujących aspektach:

Inteligentne systemy monitorowania

Inteligentne systemy monitorowania-źródło: electroind

Harmoniczne systemu będą monitorowane i synchronizowane przez inteligentne systemy monitorowania, co ułatwi późniejsze regulacje i ulepszenia.

Konserwacja predykcyjna oparta-na sztucznej inteligencji

Konserwacja predykcyjna-oparta na sztucznej inteligencji-źródło: nieskończony-czas pracy

Dzięki testom operacyjnym sztuczną inteligencję można wykorzystać do przewidywania jakości zasilania systemu i współczynnika awaryjności, ułatwiając przyszłą konserwację.

Systemy Integracji Energii Odnawialnej

Systemy integracji energii odnawialnej-źródło: pnnl

Przyszły trend będzie zmierzał w kierunku bardziej wydajnych i niezawodnych systemów integracji energii odnawialnej.

Wniosek:

Aby stawić czoła rosnącym wyzwaniom związanym z harmonicznymi w nowoczesnych systemach elektrycznych, HMT jest pasywnym, ale skutecznym rozwiązaniem. Redukując harmoniczne systemu i poprawiając ogólną jakość zasilania, staje się on-niezawodnym „koniem pociągowym” systemu w dłuższej perspektywie. Aby uzyskać szczegółowe specyfikacje techniczne lub omówić niestandardowe rozwiązanie inżynieryjne dla konkretnego zastosowania, prosimy o kontakt z naszym działem inżynieryjnym.