I moderna elektriska system har frågan om harmonik blivit ett betydande problem på grund av den ökande användningen av icke -linjära belastningar såsom variabla frekvensdrivningar (VFD), likriktare och andra kraftelektroniska enheter. Dessa icke -linjära belastningar injicerar harmoniska strömmar i det elektriska nätverket, vilket kan leda till olika problem inklusive överhettning av utrustning, störningar i kommunikationssystem och felaktig mätning. En serie reaktor är en av de effektiva lösningarna för att mildra det harmoniska innehållet i en krets, och som en serie reaktorleverantör kommer jag att fördjupa hur en serie reaktor påverkar det harmoniska innehållet i en krets.
Förstå harmonik i en elektrisk krets
Innan man diskuterar rollen som en seriens reaktor är det viktigt att förstå vad harmonier är. I ett idealiskt elektriskt system är spänningen och strömvågformerna rena sinusvågor med en enda frekvens, vanligtvis grundfrekvensen (t.ex. 50Hz eller 60Hz). Men när icke -linjära belastningar är anslutna till systemet drar de ström på ett icke -sinusformat sätt. Dessa icke -sinusformade strömmar kan sönderdelas i en serie sinusformade komponenter med frekvenser som är heltal multiplar av den grundläggande frekvensen. Dessa komponenter kallas harmonik. Till exempel har den tredje harmoniken en frekvens på 3 gånger den grundläggande frekvensen, den femte harmoniken har en frekvens på 5 gånger den grundläggande frekvensen, och så vidare.
Harmonics kan orsaka flera problem i en elektrisk krets. De kan öka RMS (rot - kvadrat) värde för strömmen, vilket leder till ytterligare förluster i ledare, transformatorer och annan utrustning. Detta kan resultera i överhettning och minskad livslängd för utrustningen. Dessutom kan harmonik orsaka spänningsförvrängning, vilket kan påverka prestandan för känslig elektronisk utrustning.
Hur en serie reaktor fungerar
En serie reaktor är en induktiv enhet som är ansluten i serie med lasten eller i kretsen. Impedansen för en induktor ges av formeln (z = j \ omega l), där (\ omega = 2 \ pi f) är vinkelfrekvensen, (l) är induktansen hos reaktorn och (j = \ sqrt {- 1}).
Impedansen för seriens reaktor ökar med frekvensen. Vid den grundläggande frekvensen är reaktorns impedans relativt låg, så den har en minimal inverkan på kretsens normala drift. När frekvensen för de harmoniska strömmarna ökar ökar emellertid reaktorns impedans också avsevärt.
När harmoniska strömmar flyter genom seriens reaktor orsakar den ökade impedansen av reaktorn för dessa höga frekvenskomponenter en spänningsfall över reaktorn. Enligt Ohms lag (v = iz), där (v) är spänningsfallet, (i) är strömmen, och (z) är impedansen. Eftersom reaktorns impedans är mycket högre för harmonier jämfört med den grundläggande frekvensen är spänningsfallet över reaktorn för harmoniska strömmar mycket större.
Denna spänningsfall över seriens reaktor minskar mängden harmonisk ström som kan strömma in i resten av kretsen. Med andra ord fungerar seriens reaktor som ett filter för harmoniska strömmar, blockerar eller dämpar dem innan de kan orsaka problem i det elektriska systemet.
Typer av seriefrikar och deras inverkan på harmonier
Det finns olika typer av serierreaktorer tillgängliga på marknaden, var och en med sina egna egenskaper och applikationer.
Kopparutgång AC -reaktor
DeKopparutgång AC -reaktorär en typ av serie reaktor som använder koppar som ledarmaterial. Koppar har utmärkt elektrisk konduktivitet, vilket innebär att den har låg motstånd vid den grundläggande frekvensen. Detta resulterar i låga effektförluster under normal drift av kretsen.
För harmonisk mildring begränsar den höga frekvensimpedansen för kopparutgången AC -reaktor effektivt flödet av harmoniska strömmar. Kopparens låga motstånd säkerställer också att det finns mindre värmeproduktion på grund av flödet av harmoniska strömmar, vilket är fördelaktigt för reaktorns långsiktiga tillförlitlighet.
Aluminiumproduktion AC -reaktor
DeAluminiumproduktion AC -reaktorär ett annat alternativ. Aluminium är ett mer kostnad - effektivt alternativ till koppar. Även om aluminium har något högre motstånd än koppar, är det fortfarande en bra ledare.
Impedansegenskaperna för en aluminiumutgång AC -reaktor liknar de för en kopparutgång AC -reaktor vid höga frekvenser. Det kan också effektivt minska det harmoniska innehållet i kretsen. På grund av dess högre motstånd kan det emellertid finnas något fler effektförluster vid grundfrekvensen jämfört med en kopparreaktor.
Sinusvågfilter
EnSinusvågfilterKan också betraktas som en typ av seriefrikat. Den är utformad för att konvertera icke -sinusformad produktion av en VFD till en mer sinusformad vågform. Sinusvågfiltret består av en induktor (seriens reaktor) och en kondensator.
Seriens reaktor i sinusvågfiltret hjälper till att begränsa hastigheten för förändring av strömmen och minska den höga frekvensharmoniken. Kondensatorn hjälper å andra sidan att kompensera för den reaktiva kraften och förbättra vågformkvaliteten ytterligare. Tillsammans kan de avsevärt minska det harmoniska innehållet i kretsen och ge en renare strömförsörjning till lasten.
Beräkna effekten av en serie reaktor på harmonik
För att beräkna effekten av en seriens reaktor på harmonik måste vi överväga systemets motsvarande krets. Kretsen kan modelleras som en källa, en serie reaktor och en belastning.
Låt oss anta att källspänningen är (v_s), seriens reaktor är (z_r = j \ omega l) och impedansen för lasten är (z_l). Den totala impedansen för kretsen är (z_ {total} = z_r + z_l).
Strömmen som strömmar genom kretsen ges av (i = \ frac {v_s} {z_ {total}}). För harmonisk analys kan vi överväga varje harmonisk komponent separat. Let the (n)th harmonic voltage be (V_{sn}) and the (n)th harmonic impedance of the reactor be (Z_{rn}=jn\omega_0L) (where (\omega_0) is the angular frequency of the fundamental), and the (n)th harmonic impedance of the load be (Z_{Ln}).
(N) th harmonic ström (i_n = \ frac {v_ {sn}} {z_ {rn}+z_ {ln}}). När (n) ökar ökar (z_ {rn}), vilket minskar värdet på (i_n).
Om vi till exempel har en femte harmonisk ström utan seriens reaktor, är strömmen (i_ {5old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}}). Efter installation av en serie reaktor, den femte harmoniska strömmen (i_ {5New} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}}). Eftersom (z_ {r5} = j5 \ omega_0l) är relativt stor, (i_ {5new} \ lt i_ {5old}), vilket visar att seriens reaktor har minskat den 5: e harmoniska strömmen.
Praktiska överväganden vid användning av seriefrågor för harmonisk mildring
När man använder seriefrågor för att mildra harmonik finns det flera praktiska överväganden.
För det första måste klassificeringsreaktorn väljas noggrant. Reaktorns induktansvärde bör väljas baserat på nivån på harmonisk distorsion i kretsen och kraven för lasten. Om induktansen är för låg kan reaktorn inte vara effektiv för att minska de harmoniska strömmarna. Å andra sidan, om induktansen är för hög, kan det orsaka överdriven spänningsfall vid den grundläggande frekvensen, vilket kan påverka belastningens prestanda.
För det andra är installationsplatsen för seriens reaktor också viktig. Det kan installeras antingen på ingångssidan av lasten (t.ex. framför en VFD) eller vid utgångssidan. Att installera reaktorn på ingångssidan kan skydda uppströms elektriska system från harmoniska strömmar, medan installation av den på utgångssidan kan skydda belastningen från spänningsförvrängning.
För det tredje måste temperaturökningen för seriens reaktor övervakas. Eftersom harmoniska strömmar kan orsaka ytterligare förluster i reaktorn är det viktigt att se till att reaktorn inte överhettas. Tillräcklig ventilations- och kylningsåtgärder bör tillhandahållas vid behov.
Slutsats
Sammanfattningsvis är en seriereaktor ett effektivt verktyg för att mildra det harmoniska innehållet i en elektrisk krets. Genom att öka impedansen för högfrekvens harmoniska strömmar kan det minska mängden harmonisk ström som rinner in i resten av kretsen och därigenom skyddar utrustningen från de skadliga effekterna av harmonier.
Som en serie reaktorleverantör erbjuder vi ett brett utbud av produkter inklusiveKopparutgång AC -reaktor,Aluminiumproduktion AC -reaktorochSinusvågfilterför att tillgodose våra kunders olika behov. Om du står inför problem med harmonier i ditt elektriska system eller letar efter en pålitlig lösning för att förbättra kraftkvaliteten, inbjuder vi dig att kontakta oss för en detaljerad diskussions- och upphandlingsförhandling. Vårt team av experter hjälper dig gärna med att välja den mest lämpliga seriens reaktor för din applikation.
Referenser
- Dugan, RC, McGranaghan, MF, & Beaty, HW (2003). Elektriska kraftsystemkvalitet. McGraw - Hill.
- IEEE STD 519 - 2014, IEEE rekommenderade praxis och krav för harmonisk kontroll i elektriska kraftsystem.
- Arrillaga, J., & Watson, NR (2003). Power System Harmonics: Grundläggande, analys och filterdesign. Wiley.