Наиболее проблемные источники гармоник на промышленных объектах

По частоте использования и общей мощности из трёх категорий наиболее проблемных источников эмиссии гармонических возмущений в сетях силового типа промышленных объектов лидерами являются преобразователи мощности. И, в частности, частотные преобразователи для электроприводов (или, как их сокращённо называют – ЧП).

Стоит отметить, что в зависимости от того, какой тип полупроводниковых ключей используется, в выпрямительном звене и инверторе ЧП спектры генерируемых гармоник будут различными. Но так или иначе преобразователь будет вбрасывать гармонические токи в оба конца, т.е. как к непосредственному источнику питания, так и к электродвигателю с нагрузкой (с исполнительным механизмом).

Новейшая концепция электромеханических комплексов: о частотных преобразователях и гармониках

Стандарты федерального уровня, которые вводились в последние 10 лет, действительно меняют общую концепцию проектирования. Вместе с тем меняется подход и к производству (различной направленности), и к выбору, и к применению преобразователей частоты. Однако всё же стоит отметить, что, в особенности, после 2017 года большая часть производителей и торговых корпораций предпочитает игнорировать предъявляемые требования этих стандартов.

На сегодняшний день действующими нормами регулируется терминология, методики испытаний, а также расчёты ЧП (сюда входят и потери, возникающие при гармонических искажениях). Кроме того, сюда же входят требования к той информации, которую производитель указывать для заказчика, который покупает частотный преобразователь. Естественно, в основном информационном блоке должны указываться соответствующие оборудованию ГОСТы (например, ГОСТ, регулирующий концепцию комплексного преобразователя или ГОСТ, отвечающий за проектирование электромеханического комплекса). Также должны учитываться различные стандартизированные методики расчёта и маркировки, указывающие на класс энергоэффективности оборудования (обязательно наличие рассчитанных пороговых норм абсолютных и относительных потерь, которые, в свою очередь, зависят от выходного уровня мощности).

Особенно стоит отметить разновидности конвертеров, которые преобразуют энергию переменного тока в переменные стандарты. К ним относятся ЧП с автономным инвертором напряжения типа АИН и ЧП с автономным инвертором тока типа АИТ. Стоит учесть, что и АИН, и АИТ вполне могут быть оснащены выпрямителями пассивного или активного типа. Всем этим показателям соответствуют аббревиатуры, например, AIC, AFE и т.д. При этом АИТ или АИН, оснащённые AIC, способны регулировать уровень (или коэффициент) реактивной мощности, а также уровень гармонических искажений на выходе потока.

Важный нюанс: в принципе, утверждение выше можно считать верным, поскольку выпрямитель (который также именуется AIC) в данном случае будет функционировать как активный фильтр гармоник (если выставить для этого соответствующие настройки и оснастить систему необходимым программным обеспечением — программируемым логистическим контроллером). Однако при этом важно помнить, что так называемый «резерв» накопленной энергии для нормальной генерации AIC токов в противофазе будет черпаться из звена постоянного тока КП (комплексного преобразователя). Это звено, в свою очередь, будет ещё и резервом для инвертора (неважно тока или напряжения).

Кроме того, если в силовой сети имеются УКРМТФ, УКРМ, УКРМТ, УКРМФ, то баланс уровня мощностей нарушится, что приведёт к тому, что негативы недокомпенсации или перекомпенсации имеющейся реактивной энергии могут дойти до критических значений.

Важным является и то, что силовые блоки на транзисторах типа IGBT по своей стоимость значительно превышают стоимость тиристорных и уже тем более диодных, так что чаще всего для блокировки трансмиссии гармоник пользователи выбирают реакторы, однозвенные или многозвенные фильтры гармоник. Это куда более целесообразно и безопасно для бюджета.

О фильтрах

Фильтры являются важной частью комплектного ПЧ. Причём здесь важно понимать, что если выходной фильтр ещё может обладать малым уровнем мощности (а в некоторых случаях он вообще может отсутствовать в системе), поскольку присутствует естественное рассеяние гармоник в обмотках двигателя электропривода, то вот без входного фильтра, во-первых, не обойтись, и, во-вторых, его нужно проектировать, опираясь на гармонический спектр, преобладающий в силовой сети, и гармоники, которые генерируются непосредственно преобразователем.

И ещё: высчитывать возможные потери, возникающие из-за гармонических искажений в комплектном или автономном преобразователе частоты, нужно по тем формулам и методикам, которые установлены в едином ГОСТе IEC 61800-9-2. Кстати, именно этими же методиками модно пользоваться в том случае, если ведётся расчёт потерь в активных фильтрах гармоник и в силовых тиристорных свитчах конденсаторных установок типа УКРМТ.