J'ai trouvé cet excellent document écrit en 2000 et a décidé de partager avec vous.

Auteurs

Daniel J. Carnovale, P.E. DanielJCarnovale@eaton.com Eaton | Cutler-Hammer Moon Township, Pennsylvanie

Thomas J. Dionise, P.E. ThomasJDionise@eaton.com Eaton | Cutler-Hammer Warrendale, Pennsylvanie

Thomas M. Épanouissement, P.E. ThomasMBlooming@eaton.com Eaton | Cutler-Hammer Minneapolis, MN

Introduction

Ce document suppose que le lecteur possède quelques connaissances de base des harmoniques du réseau électrique. Comme un rappel simple - l'explication générale acceptable est que le flux courants harmoniques ou "source" de charges et de créer des distorsions de tension (ou tensions harmoniques) lorsqu'ils passent à travers les composants de puissance en amont du système d'impédance tels que des câbles, transformateurs, et des générateurs. En général, la plus éloignée de la source de courants harmoniques (i.e. les charges), la distorsion moins de tension, vous verrez. Certes, il existe des exceptions et des tensions harmoniques peuvent être «produite» par certains équipements (certains générateurs, par exemple) mais la discussion générale de ce document traite de considérations standards lorsqu'il s'agit de charges harmoniques typiques de production dans les systèmes électriques industriels et commerciaux.

Souvent, lorsque le thème de la qualité de puissance se pose, les gens supposent automatiquement que le sujet est lié aux harmoniques. Ces deux termes ont été échangés et malheureusement beaucoup de confusion s'est produite à la suite. Le sujet des harmoniques est un sous-ensemble de la qualité du courant (PQ). D'autres considérations de qualité de puissance comprennent les variations de tension (s'affaisse, interruptions, vaciller, etc), transitoires (surtensions, foudre, événements de commutation), et mise à la terre - qui sont tous des sujets importants sur leur propre. Donc, tous les problèmes PQ n'est pas lié aux harmoniques.

En ce qui concerne les problèmes d'harmoniques, les isthis ligne de fond: Les harmoniques sont pas un problème, sauf si elles sont un problème. Comme avec tous les problèmes de qualité de l'énergie, vous ne devriez pas envisager quelque chose d'un problème PQ que s'il s'agit d'une dépense (en termes de pénalités de services publics, des pertes monétaires, les pertes de production ou de dysfonctionnements de l').

Tout simplement parce que vous avez des courants harmoniques circulant dans votre système et vous mesurer la distorsion de tension, vous n'avez pas nécessairement un problème. Très souvent,, problèmes harmoniques sont élevés parce que les niveaux ont dépassé la norme IEEE 519-1992 limites recommandées quelque part dans un système d'alimentation.

Le fait est que la plupart des équipements peuvent résister à des niveaux de distorsion harmonique bien au-dessus de ces limites conservatrices recommandées. Les harmoniques sont intéressants et peuvent être problématiques, mais sont souvent blâmés pour des problèmes avec aucune preuve réelle. Prenez le temps de se renseigner sur les harmoniques et la façon dont les systèmes électriques et d'équipements sont effectivement affectés et vous vous éviterez bien des ennuis et certainement beaucoup d'argent!

Une fois que vous avez identifié que vous avez en effet un problème de qualité de l'énergie liée aux harmoniques, pensez-y - il ya au moins dix façons de résoudre votre problème. Celui qui est bon pour vous et sera une solution et que le plus rentable on soulager clairement les problèmes que vous rencontrez? Le débat économique (choisir une solution qui est moins “meilleur”) nécessite une analyse très détaillée et que ce document fournira des lignes directrices pour aider à prendre cette décision. En plus, choix d'une solution harmonique n'est pas toujours une décision économique dans tous les cas. Prix ​​et performances sont certainement liés entre eux et considérations pour les deux sont nécessaires pour bien choisir la «meilleure» solution.

Sources harmoniques

Où puis-harmoniques proviennent de? Les catégories générales de charges harmoniques produisent (aussi appelé les charges non linéaires) sont:

• Puissance de matériel électronique (lecteurs, redresseurs, ordinateurs, etc)
• Appareils d'arc (soudeurs, fours à arc, lampes fluorescentes, etc)
• Dispositifs de saturation en fer (transformateurs)
• Les machines tournantes (générateurs)

Aujourd'hui, les sources les plus répandues et les harmoniques sont en croissance:

• Variateurs de fréquence (AFD)
• Alimentations à découpage (ordinateurs)
• Éclairage fluorescent

Les symptômes d'harmoniques

Comment savez-vous que vous avez un problème? Le onlyway savoir, c'est d'identifier les symptômes d'harmoniques. Très souvent,, si vous reconnaissez les symptômes spécifiques d'harmoniques, le problème a déjà créé des problèmes sur votre système d'alimentation. L'astuce consiste à reconnaître «potentiels» des symptômes et d'identifier les problèmes potentiels avant qu'ils ne surviennent harmoniques ou de mettre en œuvre la correction dans la conception du système. Parfois, la modélisation et les calculs simples vous aideront à identifier les problèmes avant qu'ils ne deviennent un problème.

Les symptômes de problèmes d'harmoniques peuvent être divisés en quatre grands domaines: Défaillance de l'équipement et une mauvaise opération, considérations économiques, application des condensateurs de correction du facteur de puissance et d'autres questions. Les symptômes suivants sont exemples de défaillance de l'équipement et une mauvaise opération associé à des harmoniques sur un système d'alimentation.

• Entaillage tension
• Fonctionnement erratique de matériel électronique
• Ordinateur et / ou PLC blocages
• Surchauffe (moteurs, câbles, transformateurs, neutres)
• Vibrations du moteur
• Bruit dans les transformateurs et les machines tournantes
• Nuisance fonctionnement du disjoncteur
• Régulateur de tension défectueux
• Régulateur de générateur de dysfonctionnements
• Le calendrier ou les erreurs d'horloge numérique
• Incendies d'origine électrique

Ce qui suit sont des considérations économiques qui doivent être évalués par rapport aux harmoniques.

• Pertes / inefficacité (moteurs)
• pertes kW à câbles et les transformateurs
• Faible facteur de puissance totale
• Considérations sur le dimensionnement du générateur
• Dimensionnement d'UPS compte
• Problèmes de capacité (transformateurs, câbles)
• Utilitaire imposé des sanctions

Application des condensateurs de correction du facteur de puissance nécessite des considérations particulières en ce qui concerne les harmoniques.

• Défaillances de condensateurs
• Fusible ou le disjoncteur (condensateurs d'alimentation) déclenchements intempestifs
• Calculées ou mesurées conditions de résonance harmonique (série ou parallèle de résonance)

D'autres questions importantes sont généralement élevés en ce qui concerne les harmoniques. Il est intéressant de, ces questions ne sont souvent pas les vrais problèmes, mais plutôt battage créés par un manque de compréhension des harmoniques. Beaucoup de "problèmes d'harmoniques" sont des questions de spécification plutôt que des problèmes réels.

• Mesure - croyez-vous vraiment avez un problème ou avez-vous simplement installer un nouveau compteur qui peut vous montrer la forme d'onde et il "ressemble", vous devriez avoir un problème?
• Battage marketing basée sur une spécification de produit - avez-vous même avez un problème ou est quelqu'un que vous effrayer en leur faisant croire qu'il existe un problème si vous achetez leur produit?
• Specmanship - «Tu suivre IEEE-519 ...". Alors que IEEE519 est une pratique recommandée (Notez que le mot clé est "RECOMMANDÉ"), une réflexion doit être accordée à l'aspect pratique de la norme. En plus, l'application des limites IEEE519 à d'autres endroits dans le système d'alimentation (autre que le point de couplage commun,, ou PCC) est généralement exagéré et souvent coûteux ou problématique.

Chacun de ces symptômes ou des problèmes pourraient être discutées dans son document technique propre, mais il suffit de dire que l'ampleur du «coût» de ces symptômes est généralement proportionnelle à la complexité et le coût de la solution.

IEEE STD 519-1992

IEEE Std 519-1992 est "La norme IEEE pratique recommandée et exigences pour le contrôle des harmoniques dans les réseaux électriques". Beaucoup de gens utilisent les tables de tension et de courant limite de distorsion pour aider à déterminer si les harmoniques causera un problème sur leur système d'alimentation (ou système d'alimentation de leurs clients si elles sont un consultant). Cette norme a été sérieusement mal utilisé et mal cité au fil des ans. Beaucoup de fois des solutions économiques sont «sélectionnés» fondée sur la mauvaise application de la norme et à un coût significatif pour l'utilisateur final.

Spécifications de l'échantillon au-delà des recommandations de l'IEEE

Ce qui suit est libellé d'une spécification d'échantillonnage. Noter: ce n'est pas une recommandation mais plutôt un échantillon d'une interprétation erronée de l'IEEE 519 standard pour une installation d'entraînement.

Les valeurs de distorsion harmonique résultant de l'exploitation de tout ou partie des variables de fréquence d'entraînement axées sur les combinaisons de charges de fonctionnement du moteur à pleine charge doit être limitée telle que définie dans la dernière édition de la norme IEEE 519.

Cette déclaration est OK, mais, par la norme, s'applique uniquement à la CCP (point de couplage commun) avec l'utilitaire - pas tel que défini ici. Ceci ouvre la discussion plus large sur l'emplacement du PCC (voir la section suivante sur PCC). Il est intéressant de, même avec cette déclaration comme un en-tête (dans la même spécification), déclarations 1, 3 et 4 ci-dessous en contradiction avec la norme IEEE 519 recommandations.

1. Maximale admissible total de distorsion harmonique en tension (THD): 3% des droits fondamentaux
2. Fréquence maximale admissible de tension individuelle de distorsion harmonique: 3% des droits fondamentaux
3. Fréquence maximale admissible individu et de distorsion harmonique totale à la demande actuelle (ATS): 5% des droits fondamentaux
4. Les niveaux de distorsion harmonique doit être spécifique au bus standard fournissant une unité ou un groupe d'entraînement à fréquence variable
5. Le coût de tout équipement correctives pour limiter les niveaux d'harmoniques de ces valeurs est de la responsabilité du fabricant.

Bien que cette spécification de manière significative réduire au minimum les harmoniques du système d'alimentation bien en dessous des niveaux souhaitables, il est clairement au-delà des recommandations formulées par la norme. Comme il s'avère, l'ingénieur en précisant couvrira tous les problèmes potentiels avant qu'ils ne surviennent, mais permettra d'accroître considérablement le coût du travail. Une approche plus pratique est recommandée. Cela étant dit, le coût de l'équipement de correction après le fait est généralement plus élevé que les limitations nécessaires doivent être envisagées et certaines concessions devraient être faites à la fois répondre aux exigences IEEE en mettant en œuvre une solution pratique.

Harmoniques de tension ou de courant?

Une autre déclaration relative à la norme IEEE 519 qui entraîne souvent une importante controverse est la suivante:

L'entreprise sélectionnée est de concevoir et mettre en œuvre des solutions qui permettraient de réduire la distorsion harmonique totale sur le côté secondaire du transformateur principal du service pour moins de 5%.

La question dans ce cas est - harmoniques de tension ou de courant? La principale préoccupation de la norme est une distorsion de tension. Dans certains cas, l'ISC / IL est faible (i.e. le chargement est un pourcentage élevé de la capacité du système), la limite de distorsion du courant est 5% (mais seulement à réduire la distorsion de la tension). La norme IEEE 519 Norme stipule clairement que les courants harmoniques doit être réduite pour minimiser la distorsion de tension. Les courants harmoniques doivent également être réduite à minimiser la charge sur le système mais même le maximum admissible (20%) distorsion ne fera qu'augmenter le nombre total de racine carrée moyenne (rms) courant d'environ 2%.

Point de couplage commun (PCC)

Par la norme, le PCC est l'endroit où les clients d'autres services publics peuvent être servis et n'est pas nécessairement le secondaire du transformateur principal service et n'est certainement pas un panneau de distribution en aval, MCC, d'alimentation ou de la charge. Notez que parfois dans les contrats de services publics, le PCC peut être définie explicitement à des endroits autres que celles définies dans la norme IEEE 519, comme un point de mesure.

Aussi, se méfier du fabricant de l'équipement, entrepreneurs et des ingénieurs insistant pour que une seule charge doit être conforme à la norme IEEE-519 de tension et les recommandations actuelles. Cela n'a jamais été l'intention de la norme.

Solutions harmoniques

Ce qui suit sont des solutions harmoniques qui sont des produits disponibles dans le commerce ou des combinaisons de produits pour réduire les courants harmoniques et en minimisant la distorsion harmonique de tension sur un réseau électrique. Les solutions harmoniques sont divisés en trois grandes catégories: d'entraînement et des solutions redresseur (typique pour les installations industrielles), des solutions pour les installations commerciales et les solutions harmoniques de corriger le facteur de puissance.

Disques et solutions redresseur

Les solutions suivantes sont fournies à disque ou redresseur triphasé (onduleurs grandes, par exemple) les applications où une grande quantité de courant harmonique est générée.

Réacteurs de ligne

Une self de ligne (étouffer) est une inductance série 3-phase sur le côté de la ligne de commande. Si une inductance de ligne est appliquée sur tous AFD, il est possible de respecter les lignes directrices IEEE où jusqu'à 15% à 40% de chargement du système sont AFD, en fonction de la rigidité de la ligne et la valeur de réactance de ligne. Inductances de ligne sont disponibles en différentes valeurs d'impédance pour cent, plus généralement 1-1.5%, 3%, et 5%.

IEEE 519A montre un exemple de l'avantage de l'utilisation de selfs de ligne dans la figure 2. Table 1 est un résumé de la distorsion de courant typique pour un lecteur avec une self de ligne de différentes tailles.

Table 1 - Une self de ligne vs. Harmoniques attendus

Avantages

• Faible coût
• Peut fournir une réduction modérée des harmoniques de tension et de courant
• Disponible en différentes valeurs d'impédance pour cent
• Fournit une protection accrue pour l'entrée AFD et ses semi-conducteurs contre les transitoires de ligne

Inconvénients

• Peut nécessiter montage séparé ou plus enceinte AFD
• Peut ne pas réduire les niveaux d'harmoniques au-dessous IEEE519 1992 des lignes directrices

K-Factor et Transformateurs d'isolement d'entraînement

Underwriters Laboratories (RUCHE) et les fabricants de transformateurs établi une méthode de cotation, l'KFactor, pour les transformateurs à sec afin d'évaluer leur aptitude au travail dans un environnement harmonique. Le facteur K concerne la capacité du transformateur pour alimenter divers degrés de charge non linéaire sans dépasser les limites nominales de montée en température du transformateur. Le facteur K est basé sur les pertes prévues comme spécifié dans la méthode simplifiée de la norme IEEE Std C57.110-1986, IEEE Pratique recommandée pour la mise en place des capacités Transformateur Lorsque fournir des courants de charge non sinusoïdaux (ANSI). Le facteur limitant relatif à la surchauffe est supposé être à nouveau des pertes par courants de Foucault dans les enroulements.

Facteur K nominal des transformateurs n'offrent pas de moyens pour réduire les amplitudes de courant harmonique (sauf qu'ils offrent réactance de ligne - voir Réacteurs de ligne). Mais la méthode KFactor permet à l'ingénieur de choisir un transformateur de type sec qui peut résister à l'obligation harmonique sans dommage ni perte de performance. Facteur K standard notes sont 4, 9, 13, 20, 30, 40, et 50.

Transformateurs d'isolement d'entraînement sont similaires à facteur K transformateurs en ce qu'ils offrent une impédance de ligne semblable à une self de ligne et de réduire la quantité de courant harmonique qui est «autorisé» à s'écouler vers la charge, mais sinon, ne pas réduire les harmoniques à partir du lecteur. Généralement, ils sont 1:1 rapport de transformation et sont utilisées pour protéger d'autres charges à partir des hautes fréquences créées par l'entraînement et sont utilisées en combinaison pour créer un réseau de distribution d'impulsions 12-.

Avantages

• Peut fournir une réduction modérée des harmoniques de tension et de courant en ajoutant réactance de source
• Peut acheter différentes valeurs d'impédance pour cent selon les besoins
• Fournit une protection accrue pour l'entrée AFD et ses semi-conducteurs contre les transitoires de ligne
• Peut être utilisé en combinaison avec d'inductances de ligne et les transformateurs d'annulation harmonique.

Inconvénients

• Facteur K transformateurs eux-mêmes sont une méthode pour «vivre avec» les harmoniques, mais ne réduira pas sensiblement les harmoniques sur la solution du réacteur moins cher.
• Doit être dimensionnés (entièrement classé) faire correspondre chaque disque ou groupe de disques.
• Peut généralement pas profiter de la diversité de charges.
• Peut ne pas réduire les niveaux d'harmoniques au-dessous de
IEEE519 1992 des lignes directrices

DC Choke

Il s'agit simplement d'une inductance série (réacteur) sur le côté courant continu du circuit en pont semi-conducteur sur l'extrémité avant de l'AFD. À bien des égards, l'inductance DC est comparable à une self de ligne ca-côté équivalente, bien que le% de distorsion harmonique totale (THD) est un peu moins. L'inductance DC fournit une plus grande réduction principalement des harmoniques 5 et 7. Sur harmoniques d'ordre supérieur du réacteur ligne est supérieure, donc en termes de satisfaction des directives IEEE, l'inductance DC et self de ligne sont similaires. Si une inductance DC (self de ligne ou) est appliquée sur tous AFD, il est possible de respecter les lignes directrices IEEE où jusqu'à 15% à 40% de chargement du système sont AFD, en fonction de la rigidité de la ligne, la quantité de charges linéaires et la valeur de l'inductance d'arrêt.

Avantages

• Emballé intégralement à l'AFD
• Peut fournir une réduction modérée des harmoniques de tension et de courant
• Chute de tension Moins d'une inductance de ligne équivalente

Inconvénients

• Moins de protection que les autres méthodes d'entrée pour les semi-conducteurs de l'AFD
• Peut ne pas réduire les niveaux d'harmoniques au-dessous de la norme IEEE Std 519-1992 des lignes directrices
• DC Impédance starter est généralement fixé par la conception (sélection de champ ne)
• Non disponible en tant qu'option pour de nombreux AFD.

12-Pulse Convertisseurs

Une 12 Pulse Converter intègre deux ponts séparés AFD semi-conducteurs d'entrée, qui sont alimentés à partir de 30 degré  déphasé sources d'alimentation avec une impédance identique. Les sources peuvent être de deux transformateurs d'isolement, où l'on est une conception delta / étoile (qui fournit le déphasage) et la seconde une conception delta / delta (qui ne décalage de phase). Il peut aussi être un «trois enroulements" transformateur avec un primaire delta et delta et en étoile des enroulements secondaires. Un réacteur de la ligne de l'impédance égale à l'transformateur triangle / étoile peut aussi être utilisé à la place du transformateur triangle / triangle.

La disposition à 12 impulsions permet certaines harmoniques (principalement 5e et 7e) à partir du premier convertisseur d'annuler les harmoniques de la seconde. Jusqu'à environ 85% réduction de la distorsion harmonique de courant et de tension peut être obtenu (plus standard à 6 impulsions convertisseur). Cela permet une installation à utiliser un plus grand pourcentage des charges de l'AFD dans IEEE Std 519-1992 lignes directrices que les réacteurs admissibles à l'aide en ligne ou inductances DC.

Avantages

• Coût raisonnable, bien que nettement plus que les réacteurs et selfs
• Réduction substantielle (jusqu'à env. 85%) en harmoniques de tension et de courant
• Fournit une protection accrue pour l'entrée AFD et ses semi-conducteurs contre les transitoires de ligne

Inconvénients

• Adaptation d'impédance de décalage de phase des sources est essentielle à la performance
• Les transformateurs ont souvent besoin de montage séparé ou plus boîtiers AFD
• Peut ne pas réduire les niveaux de distribution harmoniques au-dessous de la norme IEEE Std 519-1992 des lignes directrices

Transformateurs d'atténuation des harmoniques ou Multi-Pulse distribution

Ceci est similaire à un convertisseur à 12 impulsions, sur une échelle macro. Si deux AFD de HP égal et sont déphasés de charge d'alimentation par une AFD à partir d'un transformateur triangle / étoile, et l'alimentation de la deuxième à un transformateur triangle / triangle ou une self de ligne de l'impédance équivalente, des performances similaires à 12 impulsions peut être réalisé. L'annulation se dégrade que les charges varient de l'AFD à l'AFD, bien que la charge sur un seul diminue AFD, le pourcentage de distorsion diminue la contribution individuelle, résultant en moins d'une nécessité d'annulation. Il est possible pour une installation avec un grand nombre d'AFD pour alimenter deux moitiés de la distribution de phase décalée transformateurs, a entraîné une réduction importante des niveaux d'harmoniques pour un coût minime, et en permettant un plus grand pourcentage de charges sous l'AFD IEEE Std 519-1992 des lignes directrices.

Plusieurs transformateurs peuvent être utilisés pour développer des déphasages différents entre les sources de courants harmoniques. Par exemple, deux transformateurs avec un 60 Décalage de phase de Hz 30 degrés entre eux entraînera l'annulation de la 5e , 7e , 17e , et 19, etc. harmoniques et se ressemblent 12 Système d'entraînement d'impulsions.

Quatre transformateurs décalée par 15 degrés par rapport à l'autre se traduira par une distribution d'impulsions 24-et minimiser significativement les harmoniques résultant en amont du bus commun.

Avantages

• Le coût peut être soit faible ou élevé en fonction de la mise en œuvre
• Fournit une réduction substantielle (50-80%) en harmoniques de tension et de courant
• Fournit une protection accrue pour l'entrée AFD et ses semi-conducteurs contre les transitoires de ligne

Inconvénients

• Le coût peut être faible ou élevé en fonction de la mise en œuvre
• Adaptation d'impédance de décalage de phase des sources est essentielle à la performance
• Annulation maximale se produit uniquement si charge du variateur est équilibré
• Transformateurs, il faudra montage séparé
• Peut ne pas réduire les niveaux d'harmoniques au-dessous de la norme IEEE Std 519-1992 des lignes directrices

Tuned filtres harmoniques

Accordés filtres d'harmoniques sont constitués de la combinaison d'un réacteur et des éléments de condensateur. Correction de facteur de puissance peut être incorporé dans une conception de filtre, mais des précautions doivent être prises si un filtre est appliqué au niveau du système afin que l' 60 Hz capacitif rémunération n'augmente pas de façon significative la tension du système dans des conditions de faible charge. Souvent, une tension filtre d'harmoniques (dans les étapes de 50 gauche, par exemple) peut être utilisé pour réguler la quantité d' 60 Hz et le filtrage requis par l'évolution dynamique de charges.

Ces filtres sont installés dans un dispositif de dérivation sur le côté de la ligne de l'AFD ou sur un bus commun pour les charges d'entraînement multiples. Le filtre adapté est un court-circuit ou une très faible impédance à la "réglé" fréquence. Pour les charges d'entraînement, filtres adaptés sont à l'écoute un peu en dessous de la 5ème harmonique, qui est la principale composante de distorsion harmonique. Le filtre sera également absorber une partie en cours septième harmonique. A septième harmoniques de filtre ou des filtres supplémentaires accordés sur des harmoniques d'ordre supérieur peuvent également être utilisés. Plus de soins est nécessaire à l'application de filtres d'harmoniques accordés qu'avec d'autres méthodes. Le filtre peut être surchargé si on n'y prend garde de rendre compte de toutes les sources d'harmoniques sur un système. Si plus d'AFD ou des charges non linéaires sont ajoutés sans filtrage, les filtres déjà installés peuvent être surchargé (elles sont généralement fondus de protection). Pour les applications industrielles, un réacteur de ligne optionnel utilisé en conjonction avec le filtre minimise la possibilité que cela se produise et améliore les performances du filtre (réactance totale est souvent partagée entre le réacteur AFD / interne et le réacteur en option).

Plusieurs fois,, si la correction du facteur de puissance est nécessaire sur un système électrique avec des sources harmoniques, un filtre adapté harmonique sera appliqué en lieu et place de condensateurs pour alimenter les besoins en puissance réactive tout en fournissant une fréquence de résonance prévisible.

Avantages

• Permettre à un plus grand pourcentage de chargement du système d'AFD que les réacteurs et les selfs de ligne
• Fournit la correction du facteur de puissance
• Un seul filtre peut compenser plusieurs lecteurs

Inconvénients

• Coût plus élevé
• Dispositif de montage et de protection individuelle (disjoncteur / fusible) requis
• Peut ne pas réduire les niveaux d'harmoniques au-dessous de la norme IEEE Std 519-1992 des lignes directrices
• Les soins sont nécessaires dans l'application pour s'assurer que le filtre ne soit surchargé
• Les soins sont nécessaires dans l'application pour s'assurer que la surcompensation ne sera pas augmenter la tension
significativement
• Pourrait entraîner des facteurs de puissance conduisant à des conditions faiblement chargés

Filtres à large bande de blocage

Ces filtres sont similaires aux filtres accordés mais ils ont quelques différences de conception majeurs. Comme filtres adaptés sont connectés en parallèle aux charges harmoniques, Filtres à large bande sont connectés en série avec l'AFD et réaliser pleinement l'AFD en cours. Cette différence offre une protection supplémentaire pour la section de puissance d'entrée de l'AFD. Filtres à haut débit nécessitent aucun réglage, améliorer le facteur de puissance du système et de minimiser toutes les fréquences harmoniques, y compris la 3ème harmonique. En outre, ils évitent de résonance du système et ne sont pas surchargés par les harmoniques de charges autres.

Avantages

• Permet à un pourcentage plus élevé de chargement du système d'AFD que les réacteurs et les selfs de ligne
• Fournit une protection accrue pour l'entrée AFD et ses semi-conducteurs contre les transitoires de ligne
• Fournit une protection supplémentaire pour la section AFD puissance d'entrée
• Fournit la correction du facteur de puissance du système
• typiques de simuler des filtres de blocage 12/18 harmoniques de commande d'impulsion

Inconvénients

• Coût élevé
• Montage séparé requis
• Nécessite un filtre par disque
• Peut ne pas réduire les niveaux d'harmoniques au-dessous de la norme IEEE Std 519-1992 des lignes directrices
• Pourrait entraîner des facteurs de puissance de premier plan lors de conditions faiblement chargés

18 Pulse Converter - Différentiel Delta

Cette méthode est semblable à à 12 impulsions convertisseurs, même si au lieu d'utiliser deux sources de courant déphasées et les ponts semi-conducteurs, trois sont utilisés. Un fabricant utilise un autotransformateur blessure spécialement (Différentiel Delta) et 18 semi-conducteurs d'entrée. Lorsque ce dispositif est utilisé, sur 90% de courants harmoniques sont annulés (Typique de distorsion harmonique totale actuelle de 2-3%).

Avantages

• Pratiquement garantit la conformité à la norme IEEE Std 519-1992 - Excellent pour les lecteurs >100 HP
• Fournit une protection accrue pour l'entrée AFD et ses semi-conducteurs contre les transitoires de ligne
• Jusqu'à 4 fois la réduction des harmoniques 12 méthodes d'impulsion
• Plus petit transformateur de transformateur d'isolation utilisés dans 12 Convertisseur d'impulsion

Inconvénients

• Coût plus élevé (mais de bien meilleures performances)
• magnétisme plus grands et plus lourds que d'autres méthodes

Filtres Actifs

Cette méthode utilise une électronique sophistiquée et IGBT section de puissance à injecter harmoniques égales et opposées sur le système d'alimentation d'annuler celles générées par d'autres charges. Ces filtres surveiller les courants non linéaires exigées des charges non-linéaires (comme AFD) et par voie électronique génèrent des courants qui correspondent et annuler les harmoniques des courants de charge. Filtres actifs sont intrinsèquement non-résonnant et sont facilement connecté en parallèle avec les charges du système. Actives filtres harmoniques peuvent être utilisés pour compenser les harmoniques, harmoniques et le facteur de puissance ou tout simplement pour un facteur de puissance. Ils peuvent également être utilisés avec des condensateurs de correction du facteur de puissance existants sans se préoccuper de résonance harmonique.

Parallèle (le type le plus commun) filtres actifs d'harmoniques compenser les harmoniques des courants de charge.
Parallèle (shunter) filtres actifs pour compenser la distorsion de tension provoquée par la charge en annulant les courants de charge harmoniques. Série filtres actifs d'harmoniques compenser les harmoniques de source (tension) mais ne compensent pas les harmoniques des courants de charge. Filtres de la série sont généralement utilisés pour protéger la charge d'harmoniques de source dommageables tandis que les filtres de dérivation sont conçus pour protéger le système contre les harmoniques de charge. Le filtre actif shunt va compenser les harmoniques et le facteur de puissance jusqu'à sa capacité maximale et il ne peut pas être surchargé.

 

Avantages

• Garantit la conformité à la norme IEEE Std 519-1992 en cas de calibrage correctement
• Shunt unité ne peut pas être surchargé, même en tant que futurs charges harmoniques sont ajoutées
• l'annulation des harmoniques du 2e au 50e harmonique
• Shunt unité connectée permet une installation facile sans retouche majeure du système
• Fournit réactive (était) courants d'améliorer le facteur de puissance du système
• Peut être conçu dans un MCC pour compenser AFD plusieurs

Inconvénients

• En général, plus cher que d'autres méthodes de contrôle en raison de la haute performance et la puissance sections
• Série unité doit être dimensionné pour la charge totale

Solutions pour les installations commerciales

Sur un 3-phase, 4-Système d'alimentation de fil alimentant monophasés alimentations à découpage (alimentations informatiques, par exemple) ou éclairage fluorescent, harmoniques importants (toutes les harmoniques impaires, généralement) écoulement sur les conducteurs de phase du fait de la non-linéaire de courant tiré par les charges. Sur le conducteur neutre, les courants d'harmonique 3 (et tous les multiples impairs de la 3ème harmonique, 9e, 15e, etc. - Aussi appelé triplens) de chaque phase sont additionnés et peuvent surcharger les conducteurs de neutre, connexions dans les panneaux de distribution et de transformateurs si la situation n'est pas traitée. Le courant de neutre peut approcher 175% du conducteur de courant de phase.

Il existe une variété de façons d'éliminer les harmoniques ou «vivre avec» les harmoniques résultantes. Chaque solution présente des avantages économiques et techniques et des inconvénients.

Ce qui suit sont des solutions typiques et disponible dans le commerce pour les problèmes liés à la harmoniques 3 sur les systèmes d'alimentation.

Neutre filtre de blocage

Un filtre neutre de blocage est un condensateur et la combinaison réacteur qui est connecté en série avec le conducteur de neutre. Ces composants sont «résonnant parallèle" à la 3ème harmonique permettant 60 Hz (charge normale) le passage du courant, mais sont une impédance extrêmement élevée pour le courant harmonique de rang 3 et ne permettent pas la charge de "source" courant à cette fréquence.

L'application de ce type de filtre à un transformateur de distribution bloque toutes les charges en aval du
générer des harmoniques 3. Ceci a l'avantage supplémentaire de réduire le courant de charge (rms) à partir de toutes les charges et permet de réduire considérablement les pertes dans le transformateur et les conducteurs entre le transformateur et les charges.

 

Avantages

• Réduit les courants neutres par plus de 80% (en empêchant troisième flux de courant harmonique)
• Diminue rms des courants phase par 10-30%
• Communiqués de presse non utilisable capacité de près de 30%
• Supprime troisième harmonique du courant de tous les neutres système, du transformateur vers
la prise la plus • Meilleur potentiel d'économies d'énergie

Inconvénients

• Coût élevé
• Classé pour la charge maximale prévue neutre du transformateur
• Peut augmenter distorsion de la tension aux bornes de charge.

Transformateurs Zigzag (Homopolaire pièges)

Les troisièmes harmoniques générés par une seule phase d'écoulement des charges non linéaire en arrière à travers le neutre commun. Si le transformateur n'est pas conçu pour "gérer" les courants harmoniques excessives ou si le circuit en amont n'est pas neutre surdimensionné, les harmoniques doivent être prises en compte avant le transformateur. Un transformateur zig-zag soit appliquée de l'extérieur (aussi appelé «homopolaire piège") existant à un delta-étoile transformateur ou intégré dans le transformateur lui-même (la configuration de l'enroulement delta serait alors en zig-zag, typiquement), fournit une très faible impédance pour la 3ème harmonique (et des multiples impairs de la troisième) courants.

L'application d'un transformateur en zig-zag ou une delta / en zig-zag transformateur de distribution simplement
fournit un autre chemin pour les courants harmoniques troisième à l'écoulement et ne permettent pas le passage du courant à travers l'étape principale transformateur abaisseur. Ceci permet de réduire la distorsion de la tension globale en amont du transformateur et / ou d'autres charges parallèles, dans certains cas,, en aval. Un réacteur de ligne en option est parfois utilisé pour réduire l'actuelle division entre le transformateur d'origine et le nouveau zig-zag transformateur et de forcer la majorité du courant harmonique de rang 3 dans le zig-zag.

Avantages

• Peut être installé sur des systèmes existants ou peut être spécifié sur une nouvelle construction où
importantes monophasés courants harmoniques sont attendus.
• Peut être ou ne pas augmenter de manière significative le coût du système en fonction de l'application
et la conception.

Inconvénients

• Peut être ou ne pas augmenter de manière significative le coût du système en fonction de l'application
et la conception.
• Permet harmoniques à s'écouler, mais fournit simplement un chemin de faible impédance vers la source.
• Peut accroître courant de défaut disponible en réduisant l'impédance homopolaire.
• Peut augmenter les harmoniques en réduisant l'impédance de source du point de vue charge.

Neutre surdimensionné, K-évalué transformateurs et / ou transformateur Déclassement

Étant entendu que l'intensité du courant dans le circuit de neutre peut approcher 175% du courant dans les phases significatives lorsque les harmoniques sont présents troisième, plusieurs méthodes ont été développées pour «vivre avec» le courant a augmenté sans dépenser une importante somme d'argent. Ces méthodes consistent soit en augmentant la capacité harmonique des composants du système d'alimentation ou en déclassant les composants pour tenir compte des courants harmoniques.

Une méthode de notation de-les composants du système d'alimentation est de doubler la taille du neutre
conducteur. Cela implique d'augmenter la taille conducteur neutre à deux fois la taille de la phase
conducteur dans les circuits où un "neutre partagé» est utilisé. Cela comprend les panneaux de distribution et le partage des circuits neutres tels que l'on trouve dans sous-circuits de l'armoire dans les immeubles de bureaux, par exemple. Aujourd'hui, pour de nombreuses installations chaque circuit comporte un conducteur de phase et son propre conducteur neutre.

Donc, le seul véritable «partagée» neutre est dans le panneau de distribution et sur le transformateur. Cependant, pour les installations existantes, ce n'est certainement pas le cas. K-évalué transformateurs sont conçus pour «vivre avec» les courants harmoniques excessives tout en conservant des valeurs typiques de l'impédance comme décrit plus haut dans cet article (c'est à dire, ce ne sont pas simplement surdimensionné transformateurs). Typiquement, les enroulements et neutres ont une cote beaucoup plus élevée par rapport à un transformateur standard et la connexion standard est le delta / étoile. L'enroulement triangle est dit «piéger» les harmoniques triplen (3e et multiples de la 3e) mais les deux jeux d'enroulements doit être dimensionné pour accueillir les courants harmoniques.

Pour les systèmes d'alimentation à découpage principalement des charges d'alimentation, K13 ou K20 a peut être nécessaire afin d'utiliser toute la capacité nominale (kVA).

Enfin, si un transformateur alimentant des charges est principalement non-linéaires et le transformateur n'est pas un transformateur K-évalué ou autrement transformateurs conçus pour traiter les harmoniques, le transformateur doit être déclassé conformément à la recommandation IEEE livre Emeraude dans la figure 14.

Avantages

• En général,, ce sont les méthodes les moins coûteuses de traitement des courants harmoniques sur
le système d'alimentation en supposant que le système et d'autres charges peuvent faire face à l'excès de
distorsion du courant et / ou tension. Comme la plupart des transformateurs sont généralement pas chargés à leur
Note kVA (chargement transformateur typique est de l'ordre de 30-40%), déclassement est souvent le
solution la plus raisonnable et la moins coûteuse.

Inconvénients

• Toutes ces solutions simplement «vivre avec» les courants harmoniques excessives sur le pouvoir
système. Ils ne sont pas intrinsèquement de réduire la distorsion de courant ou de tension.

Solutions harmoniques pour Power Factor Correction

Souvent, solutions harmoniques sont remplacés par des condensateurs de correction du facteur de puissance. Les condensateurs sont généralement appliqué à un système d'alimentation pour une des trois raisons:
• Améliorer le facteur de puissance
• Augmenter la capacité du système en particulier dans les transformateurs ou câbles (par la réduction totale kVA)
• Améliorer l'efficacité kW - i.e. réduire le courant de charge totale résultant de la réduction des pertes I2R.

Lorsque harmoniques existent sur un système d'alimentation avec des condensateurs, résonance harmonique peut endommager les condensateurs et autres composants du système d'alimentation. En plus, harmoniques apparaissent généralement comme des composants de puissance réactive - c'est à dire. plus d'harmoniques = faible facteur de puissance

Parfois, si vous essayez d'améliorer le facteur de puissance, le résultat peut être résonance harmonique (un résultat négatif). Parfois, si vous essayez de réduire les harmoniques circulant dans le système d'alimentation, vous pouvez réellement améliorer le facteur de puissance (un résultat positif). Des précautions doivent être prises afin de comprendre la relation complexe entre les condensateurs et les harmoniques [4].

Éviter Harmonic Resonance

Afin d'éviter la résonance harmonique encore corriger le facteur de puissance, Deux options sont disponibles:

1. Appliquer une autre méthode de compensation kvar pour corriger le facteur de puissance. Autres solutions harmoniques qui compenseront pour le fondamental (50 ou 60 Hz) courant réactif comprend; filtres harmoniques, filtres actifs et les filtres de la série à haut débit d'entraînement. En plus, la plupart des lecteurs actuels qui utilisent un circuit redresseur à diode à l'extrémité avant ont un facteur de puissance relativement élevée de manière solutions d'entraînement avec d'autres solutions d'atténuation des harmoniques (réacteurs, 18 impulsion, déphaser, etc) tendent à améliorer le facteur de puissance. En plus, compensateurs synchrones peuvent fournir une correction de facteur de puissance et d'éviter la résonance harmonique.
2. Modifier la taille de la batterie de condensateurs à surcompenser ou sous-compenser la kvar requise et vivre avec le ramifications.Care doivent être prises pour s'assurer que cette méthode ne provoque pas d'autres problèmes (questions especiallyovervoltage si la surcompensation est fait).

Le bon choix dépend vraiment de la situation. Si une solution harmonique pourrait soulager la peine de facteur de puissance et de réduire les harmoniques d'ensemble du système, c'est peut-être votre meilleur choix. Autrement, changeant simplement la taille du condensateur est généralement la solution la moins coûteuse dans la mesure où la surtension résultant de surcompensation ou la pénalité factorTransformer puissance résultant de la compensation sont acceptables sous.

Basse tension par rapport à des solutions de moyenne tension

Un facteur important pour l'application des condensateurs ou des solutions harmoniques pour la correction du facteur de puissance est de savoir si la solution doit être appliquée à la basse tension (LV) ou moyenne tension (MV) niveau. Si la peine de facteur de puissance est la seule préoccupation, une solution moyenne tension est généralement le choix le plus e conomical pour les grandes banques (typiquement > 1500 kVA). En plus, résonance harmonique est souvent plus facile d'éviter au sens MV niveau que les condensateurs droites peuvent être appliquées. Cependant, pour les banques multi-étages, MV commutation ajoute un coût important et donc, les banques à MV ont généralement plus commuté ou étapes fixes.

Si l'amélioration de la capacité du système ou de l'amélioration de l'efficacité kW sont des préoccupations importantes, puis en appliquant des solutions LV est toujours le choix le plus économique. En plus, pour les besoins kvar petits, LV banques sont presque toujours la solution la plus économique.

COMMENT RÉDUIRE LES HARMONIQUES économiser de l'argent?

Correction d'un problème d'harmoniques peuvent économiser de l'argent de manière évidente si le problème a entraîné des dommages matériels à l'équipement ou un mauvais fonctionnement de l'équipement. Atténuer ces questions montrent un remboursement immédiat si les dommages ou les coûts associés à la mauvaise opération sont plus importants que le coût de la solution. D'autres questions subtiles, mais parfois importants surviennent à la suite de courants harmoniques circulant dans le système d'alimentation distorsion de la tension. Ces questions concernent principalement les coûts liés à la réduction de l'efficacité de fonctionnement de l'équipement d'alimentation du système à des fréquences autres que la 50 ou 60 Hz pour lesquels ils ont été conçus.

Voici quelques façons que les harmoniques peuvent vous coûter de l'argent sans que vous le sachiez.

1. Transformateurs, moteurs, générateurs, Les câbles et systèmes UPS sont souvent conçus au cours présence d'harmoniques et le coût associé à cette conception plus est, ou peut être importante.

Prenons l'exemple suivant.

Si un générateur de secours est dimensionné pour la puissance en kW ou en kVA de puissance de la charge et de fournitures pour charges harmoniques, la distorsion de la tension résultante est sensiblement plus élevée que lorsque les mêmes charges sont alimentées par la source de service (transformer). Figure 15 montre la différence entre la distorsion de tension quand la source est l'utilité par rapport à la génératrice de secours. Noter que le générateur comporte généralement au moins trois fois l'impédance du transformateur perturber significativement plus. Pour cette raison,, générateurs sont souvent surdimensionnés pour "gérer" la distorsion de courant qui augmente le coût de production par kW de charge.

2. les pertes dans les câbles kW, transformer, générateurs et les moteurs sont importants si l'on considère que la racine carrée moyenne (rms) courant peut être généralement 10-40% supérieur à la présence d'harmoniques que ce serait avec le l' 50 ou 60 Actuelle Hz faire le «travail». Réduire le courant harmonique sur les charges en aval (en utilisant un filtre de blocage sur un circuit avec d'importantes charges harmoniques troisième, par exemple) peut réduire les pertes par 3-8%. Les économies liées à cette réduction des pertes peut généralement payer pour la solution dans un délai raisonnable.

3. Si la tension du système est déformé à la suite d'importantes charges harmoniques, et une quantité appréciable de "inverse" de tension est présent (5ième harmonique, par exemple), moteurs tirera un courant harmonique de rang 5. Ce courant produit un couple inverse et palpitante adverse les moteurs «direction privilégiée que le moteur doit surmonter pour faire son travail requis.

Constamment lutter contre ce couple inverse rend le moteur chaud et très inefficace. Défaillances prématurées du moteur et des pertes substantielles se traduira. Dans ce cas,, la distorsion de tension doit être corrigé, mais il peut ne pas être immédiatement évident qu'un problème existe même.

4. Faible facteur de puissance à la suite de courants harmoniques peuvent contribuer à une pénalité de facteur de puissance à partir de l'utilitaire. En fonction de la méthode de calcul utilisée par l'utilitaire, le facteur de puissance totale (y compris les harmoniques) ou le facteur de puissance de déplacement (tension fondamentale et le courant seulement) peut entraîner une différence significative du facteur de puissance sur votre facture. Comme indiqué plus haut, importante distorsion harmonique se traduit souvent par un facteur de puissance totale faible et le résultat peut être un utilitaire peine imposée facteur de puissance aujourd'hui ou dans l'avenir.
VTHD = 2.3% VTHD = 5.8%
Source Générateur utilitaire de source

CHARGE UNIQUE CONTRE L'APPROCHE DES SYSTÈMES DE SOLUTIONS D'HARMONIQUES

La décision d'appliquer une solution harmonique sur une autre est généralement d'ordre économique, mais est aussi fortement tributaire de l'efficacité de la solution. Table 2 montre le "général" efficacité de différentes solutions harmoniques. Pour chaque solution, la ITHD résultant typique est montré. Par exemple, une inductance de ligne est certainement beaucoup moins cher qu'un filtre actif, mais un réacteur ligne typique ne fera que réduire les harmoniques de courant à environ 35% tandis qu'un filtre actif réduit la distorsion du courant à moins de 5% veiller à ce que les problèmes d'harmoniques sera probablement éliminé.

Figure 16(un) et 16(b) démontrer le coût des différentes solutions harmoniques pour une charge unique par rapport à une approche systémique. Figure 16(c) montre que lorsque le coût d'une unité est ajoutée au coût des différentes solutions, le coût des solutions sont beaucoup plus comparables et l'efficacité de chaque solution devient le critère de décision clés.

Résumé

Tableaux 2 et 3 résumer les solutions harmoniques décrits dans ce document. Table 2 définit les solutions en ce qui concerne le type de correction harmonique équipement et le tableau 3 décrit les solutions en se référant à charger les types de. Les tableaux indiquent les avantages les plus significatifs et les inconvénients de chaque technologie. Détails des autres avantages et inconvénients de chaque solution sont présentés dans le corps principal de cet article.

La décision d'appliquer des solutions harmoniques à BT ou MT et si cette solution doit être appliquée à une charge individuelle ou comme un «système» solution, dépend de l'économie de la situation ainsi que l'efficacité de la solution(s). Chaque solution a le mérite compte tenu des circonstances différentes. Sélection de la bonne solution nécessite de l'expérience avec chaque type de technologie pour s'assurer que c'est la meilleure solution technique et économique pour l'application.

Références

1. D. J. Carnovale, «L'application de solutions harmoniques de Power Systems commerciaux et industriels." Globalcon, 2003, Boston, MA.
2. EEE standard 1100-1999 - Pratique recommandée pour IEEE Alimentation et mise à la terre de matériel électronique (Emerald livre)
3. La norme IEEE 519-1992 - IEEE pratiques recommandées et exigences pour Harmonique
   Contrôle dans les réseaux électriques
4. D. J. Carnovale, "Power Factor Correction et Harmonic Resonance: Un mélange explosif,"CE&M
   Magazine, Juin, 2003.
5. T. Touche et J. Que, «Coût et avantages de la réduction des harmoniques de courant à découpage Alimentations dans un Immeuble de bureaux,"Dans IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 32, Aucun 5, Septembre / Octobre 1996.
6. J. K. Piel et D. J. Carnovale, «Avantages économiques et électrique des méthodes de réduction des harmoniques dans les établissements commerciaux." EPRI PQA 2003, Monterey, Californie
7. IEEE P519A - Projet 7. Groupe de travail des harmoniques - «Pratiques recommandées et le Guide pour l'application de limites harmoniques sur les réseaux électriques",