کاربردی

روش‌های کاهش هارمونیک حاصل از درایوهای AC

روش های کاهش هارمونیک درایو
مقدمه:

پیش‌تر راجع به هارمونیک و دلایل به وجود آمدنش صحبت کردیم (جهت آگاهی می توانید مقاله هارمونیک چیست را مطالعه کنید)، همچنین گفتیم که درایوها (اینورترها) یکی از ادواتی هستند که باعث ایجاد هارمونیک و کاهش کیفیت برق شبکه می‌شوند، از این‌رو با توجه به گستردگی استفاده از درایو مخصوصا در صنعت، لازم است روش‌هایی را به کار برد که این هارمونیک‌ها کاهش پیدا کنند، بنابراین در این مقاله سعی کردیم تکنیک‌هایی را برای کاهش هارمونیک در درایو ها ارائه کنیم، امیدواریم که برای شما عزیزان مثمرثمر قرارگیرد.

 

تکنیک های کاهش هارمونیک برای درایو های AC

  • راکتورها

راکتورهای خط AC و چوک های لینک DC (راکتورها) جریان گرفته شده از خط برق را سینوسی تر می کنند. در یک درایو بدون راکتور معمولا اعوجاج جریان ورودی 70 الی 100 درصد می باشد حال با اضافه شدن راکتور به سیستم این اعوجاج به 30 الی 40 درصد کاهش پیدا می کند. راکتورها هزینه اولیه درایو را 10 تا 20 درصد افزایش می دهند و به عنوان استاندارد در بسیاری از درایوهای 5 اسب بخاری و بزرگ‌تر گنجانده می شوند.

راکتور AC

شکل موج خروجی اینورتر همراه با فیلتر

آبی-  6 پالس استاندارد،    قرمز-6 پالس با راکتور AC یا چوک لینک DC،     سبز –جریان سینوسی خالص

راکتورهای خط AC دارای مزیت دوگانه راحتی و کاهش بیشتر اختلالات منبع تغذیه AC مانند نوسانات یا تعادل فاز ضعیف هستند. با این حال آنها باعث کاهش ولتاژ لینک DC نیز می شوند که می‌توانند مشکلات افت ولتاژ را ایجاد کنند. به عنوان مثال یک راکتور خط AC بزرگ با ولتاژ خط پایین می تواند به اندازه کافی افت ولتاژ ایجاد کند تا ولتاژ خروجی کافی برای تامین گشتاور موتور و اسب بخار کامل ایجاد نشود.

  • چوک های لینک DC

چوک های لینک DC را می توان به صورت جداگانه (معمولاً در گذرگاه DC مثبت) یا به صورت جفت با یکی در گذرگاه مثبت و منفی استفاده کرد. هنگامی که از دو راکتور DC در گذرگاه استفاده می شود، اندوکتانس افزایشی است. امپدانس های معادل را می توان با استفاده از یک راکتور بزرگتر در شین مثبت یا منفی یا دو راکتور کوچکتر در هر دو گذرگاه مثبت و منفی بدست آورد.

فیلتر چوک DC

سلف های DC زمانی که به تنهایی استفاده می شوند، هارمونیک های مرتبه بالا را به میزان قابل توجهی کاهش نمی دهند و حتی ممکن است آنها را نیز افزایش دهند. به همین دلیل استفاده از راکتورهای AC استاندارد نسبت به سلف های DC مطلوب تر می باشد.

استفاده از VFD‌ها با راکتورهای خط AC و چوک‌های لینک DC بر اساس درجه‌بندی اسب بخار و ولتاژ درایو متفاوت است. در درایو های کوچکتر از 5 اسب بخار عمدتاً از راکتورهای خط AC و چوک های لینک DC استفاده نمی شود، زیرا تأثیر هارمونیک آنها معمولاً ناچیز است. همچنین در درایوهای سایز متوسط (بیشتر از 5 اسب بخار و کوچکتر از 100 اسب بخار) از چوک لینک DC (یکی در پایه مثبت یا یکی در هر دو پایه مثبت و منفی) و در درایوهای بزرگتر (100 اسب بخار و بزرگتر) از راکتورهای خط AC استفاده می شود.

نکته : امپدانس معادل راکتورهای مورد استفاده در درایوهای بزرگتر بر اساس اسب بخار و ولتاژ با میانگین تقریباً 5 درصد متفاوت خواهد بود.

  • درایوهای چندین پالس (12 و 18 پالس)

یک روش دیگر برای کاهش هارمونیک ها استفاده از درایوهای 12 پالسی و درایوهای 18 پالسی که به درایوهای چندین پالس نیز معروف است می باشد. این درایوها حاوی چندین یکسو کننده و همچنین یک ترانسفورماتور گران قیمت با یک اولیه و ثانویه چندگانه هستند. این پیکربندی ها برخی از جریان های هارمونیک سطح پایین تر و دامنه بالاتر را لغو می کنند.

درایو چندین پالس

رکتیفایر 18 پالسه، شامل ترانسفورماتور (1 اولیه، 2 ثانویه) و 2 پل ورودی و راکتور متعادل کننده

درایو چندین پالس

رکتیفایر 18 پالسه، شامل ترانسفورماتور (1 اولیه، 3 ثانویه) و 3 پل ورودی و راکتور متعادل کننده

نکته :اعوجاج جریان(THDi) در پایانه های ورودی برای درایوهای 12 پالسی تقریباً 10٪ و برای درایوهای 18 پالسی 5٪  است.

شکل موج ورودی درایو چندین پالس

این فناوری ها دارای چند اشکال هستند:

  • هزینه اولیه یک درایو 12 پالسی تقریباً 400٪ بیشتر از یک درایو استاندارد 6 پالس و برای یک درایو 18 پالسی تقریبا 500% بیشتر می باشد.
  • خطوط برق ورودی باید به خوبی متعادل باشند (1٪ یا بهتر). حتی یک عدم تعادل جزئی 3٪ تقریباً تمام کاهش هارمونیک ها را نفی می کند.
  • اندازه فیزیکی – پل های یکسوساز اضافی و ترانسفورماتورهای سفارشی، باعث بزرگتر شدن درایو می‌شوند.
  • تلفات عملکردی بیشتر در این فناوری باعث ایجاد راندمان کمتر می شود.
  • فیلترهای پسیو

فیلترهای پسیو متشکل از پیکربندی تنظیم شده ای از خازن ها، سلف ها و در برخی موارد مقاومت ها می باشد. این فیلتر ها گاهی اوقات برای حذف هارمونیک های خاص (معمولاً 5، 7، و غیره) استفاده می شوند. بسته به سطح کاهش، استفاده از فیلترهای پسیو هزینه کل درایوهای نصب شده را 200 تا 500٪ افزایش می دهد. با این حال فیلترهای پسیو نسبت به عدم تعادل خطوط، تا حدودی تحمل بیشتری دارند.

فیلتر پسیو

(فیلتر پسیو)

  • فیلتر هارمونیک فعال و active front end

فناوری های جدیدتر فیلتر هارمونیک فعال (AHF) و  (AFE)active front end VFD هستند. یک AHF منفرد می تواند هارمونیک های چند VFD یا کل یک مرکز را فیلتر کند. AHF موازی با بارهای دیگر است و فقط هارمونیک های اصلاحی مورد نیاز برای جبران آن هایی که توسط بارهای غیرخطی ایجاد می شود را کنترل می کند. اعوجاج جریان در ورودی فیلتر کمتر از 4 درصد خواهد بود و این فیلترها نسبتاً تحت تأثیر عدم تعادل خط قرار نمی گیرند.

AFE در واقع ترکیبی از دو اینورتر است. یک اینورتر موتور را تغذیه می کند و دیگری به طور فعال برق را از خط می گیرد. AFE جریان اصلی و جریان های هارمونیک ایجاد شده توسط بار را کنترل می کند. هر دو تکنیک مانند تکنیک های کاهش نویز فعال شنیداری عمل می کنند. اگر هارمونیک پنجم تشخیص داده شود، هارمونیکی با دامنه برابر و مخالف ایجاد می شود که به طور موثر هارمونیک پنجم را حذف می کند. این تکنیک ها، در حالی که هنوز به اندازه یک درایو 18 پالس هزینه دارند، بیشترین نوید را برای کاهش هزینه می دهند.

فیلتر اکتیو

(فیلتر اکتیو)

فیلتر اکتیو

(Active front end)

جمع‌بندی

در این مقاله سعی کردیم تکنیک‌هایی جهت کاهش هارمونیک حاصل از درایو (اینورتر) ارائه دهیم، از روش‌های ارائه شده در بالا فیلتر راکتور AC و چوک لینک DC در حال حاضر بیش‌تر در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند، روش‌های دیگر به دلیل محدودیت‌های ابعادی و هزینه‌ای هنوز به صورت گسترده مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

مجموعه الکتروسامه با افتخار آماده ارائه مشاوره در خصوص نحوه انتخاب و خرید مناسبترین نوع فیلتر برای شما همراهان گرامی می باشد.

انتقادات و پیشنهادات شما ما را در بهبود عملکردمان کمک بسیاری خواهد کرد؛ شما دوست دارید مقاله بعدی راجب چه موضوعی باشد، در پایین همین صفحه انتقادات و پشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید.

                                                                                                                                                                                                 

الکتروسامه

author-avatar

درباره علی فرهودی مقدم

«علی فرهودی مقدم»،کارشناس ارشد مهندسی الکترونیک قدرت و ماشین های الکتریکی، علاقه مند به طراحی و پیاده سازی مدارات الکترونیک قدرت، آشنا به طراحی و شبیه سازی الکتروموتور بوده و در حال حاضر در مجموعه الکترو سامه فعالیت دارد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *