Наиболее проблемные источники гармоник на промышленных объектах

Преобразователи мощности и частотные преобразователи на промышленных объектах. Частотные преобразователи и гармоники в новой концепции электромеханических комплексов.

По объемам применения и суммарной мощности из трех групп наиболее проблемных источников эмиссии гармонических возмущений в силовых сетях промышленных объектов безусловными лидерами остаются преобразователи мощности, а среди них – частотные преобразователи (ЧП) для электроприводов.

В целом особенности наиболее популярных сегодня 6-ти и 12-тиимпульсных преобразователей уже рассматривались в публикации компании, причем в материале было показано, что в зависимости от типа полупроводниковых ключей в выпрямительном звене и инверторе ЧП (тиристоры или IGBT транзисторы) спектры генерируемых гармоник разные, но все равно преобразователь вбрасывает гармонические токи в «оба конца», т.е. и к источнику питания, и к электродвигателю с нагрузкой (исполнительным механизмом).

Частотные преобразователи и гармоники в новой концепции электромеханических комплексов
Федеральные стандарты последнего десятка лет, а особенно введенные в действие после 2017 года реально меняют подход к проектированию, производству, выбору, применению преобразователей частоты, хотя, следует признать, что пока превалирующее большинство производителей (и торговых компаний) продолжают игнорировать требования этих целевых стандартов.

Действующими (!) стандартами формализована терминология, методы испытаний, расчеты ЧП, включая потери от гармонических искажений, а также определены требования к информации, которую производитель (или торговая компания) обязан предоставить заказчику при покупке частотного преобразователя. ГОСТ IEC 61800-2-2018 ввел концепцию комплектного преобразователя, ГОСТ IEC 61800-9-2-2021 – электромеханического комплекса (соответственно complete drive module, аббревиатура CDM и extended product, аббревиатура EP), а также стандарты формализовали методики расчета и классы энергоэффективности комплектных преобразователей с пороговыми нормами абсолютных и относительных потерь в зависимости от выходной мощности.

Из конвертеров, преобразующих энергию переменного тока в переменный стандарты выделяют ЧП с автономным инвертором (свойствами источника) напряжения АИН и ЧП с автономным инвертором (свойствами источника) тока АИТ (соответственно по международной терминологии Voltage Source Converter, аббревиатура VSC и Current Source Converter, аббревиатура CSC). Причем и АИТ, и АИН могут иметь выпрямители пассивного (на диодах, тиристорах) или активного (active in feed converter, аббревиатура AIC или Active Front End, аббревиатура AFE – на полевых транзисторах) типа, среди которых АИТ или АИН с AIC может регулировать реактивную мощность (или коэффициент мощности), а также гармонические искажения на входе.

Справка: подобное утверждение в принципе верно, поскольку выпрямитель, он же AIC в этой ситуации при соответствующей настройке и программном обеспечении ПЛК (программируемого логического контроллера) будет работать, как активный фильтр гармоник. Вместе с тем, следует понимать, что:

«резерв» накопленной энергии для генерации AIC токов в противофазе будет браться из звена постоянного тока комплектного преобразователя, которое, в свою очередь служит резервом и для инвертора (тока или напряжения);
при наличии в силовой сети УКРМ, УКРМТ, УКРМФ, УКРМТФ (конденсаторных установок для коррекции коэффициента мощности) баланс мощностей будет нарушен, а негативы недо- или же перекомпенсации реактивной энергии могут быть значительными и даже критическими;
силовые блоки на IGBT транзисторах по стоимости в разы превышают тиристорные, а тем более диодные, а значит в большинстве случаев блокировать трансмиссию гармоник (в сеть выше подключения и из сети) более целесообразно реакторами или одно-, многозвенными пассивными (L-C) фильтрами гармоник.
В комплектный ПЧ помимо выпрямителя, звена постоянного тока, инвертора могут (и должны включать) фильтры (см. ГОСТ IEC/TS 60034-25), причем если выходной фильтр может быть маломощным (или отсутствовать) благодаря естественному рассеянию гармоник в обмотках двигателя электропривода (с негативами нагрева), то входной должен быть спроектирован в зависимости от гармонического спектра в силовой сети и гармоник, генерируемых самим преобразователем.

Важно: расчеты потерь из-за гармонических искажений в комплектном (или автономном) преобразователе частоты следует считать по методикам (и формулам) ГОСТ IEC 61800-9-2, эти же методики могут использоваться для расчета потерь в активных фильтрах гармоник, а также (при необходимости) в силовых тиристорных свитчах конденсаторных установок УКРМТ.

Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН»