Tubo fluorescente LED armonico<>
Cosa sono le armoniche di potenza?
Le frequenze superiori alla frequenza fondamentale sono chiamate armoniche, che sono generalmente multipli interi della frequenza fondamentale (o multipli irrazionali). Le armoniche dei multipli interi possono essere descritte dalla serie di Fourier.
Le armoniche possono causare la distorsione della forma d'onda. Questa distorsione può essere vista con un oscilloscopio, come uno strumento di analisi nel dominio del tempo, ma è meglio usare uno strumento di analisi nel dominio della frequenza, come un analizzatore di spettro. Naturalmente, possono essere utilizzati anche alcuni oscilloscopi di fascia alta con funzione di analisi dello spettro.
Armoniche nel sistema di alimentazione
La comparsa di correnti armoniche nei sistemi di alimentazione esiste da molti anni. In passato, le correnti armoniche venivano utilizzate dalle ferrovie elettriche e dai dispositivi di trasmissione industriali per la regolazione della velocità in CC e prodotte da raddrizzatori al mercurio che convertono la corrente alternata in corrente continua. Negli ultimi anni, i tipi e le quantità di apparecchiature che generano armoniche sono aumentate notevolmente e continueranno a crescere. Pertanto, dobbiamo considerare attentamente le armoniche e i suoi effetti negativi e come minimizzare gli effetti negativi.
1 generazione armonica
In un sistema di alimentazione pulito ideale, sia la corrente che la tensione sono onde sinusoidali. In un circuito semplice contenente solo componenti lineari (resistenza, induttanza e capacità), la corrente che scorre è proporzionale alla tensione applicata e la corrente che scorre è un'onda sinusoidale.
Nel sistema di alimentazione vero e proprio, a causa dell'esistenza di carichi non lineari, quando la corrente attraversa il carico che non è lineare con la tensione applicata, si forma una corrente non sinusoidale. Qualsiasi forma d'onda periodica può essere scomposta in un'onda sinusoidale con una frequenza fondamentale più un'onda sinusoidale con molte frequenze armoniche. La frequenza armonica è un multiplo intero della frequenza fondamentale. Ad esempio, la frequenza fondamentale è 50 Hz, la seconda armonica è 100 Hz e la terza armonica è 150 Hz. Pertanto, la forma d'onda della corrente distorta può consistere di seconda armonica, terza armonica... forse fino alla trentesima armonica.
2 Tipi di apparecchiature che generano armoniche
Tutti i carichi non lineari possono generare correnti armoniche. I tipi di apparecchiature che generano armoniche sono: alimentazione a commutazione (SMPS), reattore elettronico per tubi fluorescenti, dispositivo di controllo della velocità, gruppo di continuità (UPS), apparecchiature con nucleo di ferro magnetico e alcuni elettrodomestici come i televisori.
(1) Alimentatore a commutazione (SMPS):
La maggior parte dei dispositivi elettronici moderni utilizza alimentatori a modalità commutata (SMPS). Sono diversi dai vecchi apparecchi. Hanno sostituito il tradizionale buck e raddrizzatore con l'alimentazione direttamente attraverso il dispositivo raddrizzatore controllabile per caricare il condensatore di accumulo e quindi utilizzare una tensione e una corrente di uscita adeguate. Il metodo emette la corrente CC richiesta. Il vantaggio di questo per i produttori di apparecchiature è che le dimensioni, il prezzo e il peso del dispositivo possono essere notevolmente ridotti. Il suo svantaggio è che, indipendentemente dal modello, non può prelevare corrente continua dall'alimentatore, ma può solo prelevare impulsi. Attuale. Questa corrente impulsiva contiene un gran numero di componenti di terza armonica e superiori.
(2) Reattore elettronico per tubi fluorescenti:
I reattori elettronici per tubi fluorescenti sono stati ampiamente adottati negli ultimi anni. Il suo vantaggio è che può migliorare significativamente l'efficienza del tubo quando si lavora ad alte frequenze, ma il suo svantaggio è che il suo inverter genera armoniche e rumore elettrico nella corrente di alimentazione. L'uso di modelli con correzione del fattore di potenza può ridurre le armoniche, ma il costo è elevato.
(3) Dispositivo di trasmissione per la regolazione della velocità DC:
Il controller di velocità di un motore CC di solito utilizza un circuito raddrizzatore a ponte trifase, chiamato anche circuito raddrizzatore a ponte a sei impulsi, perché ci sono sei impulsi per ciclo sul lato di uscita CC (uno sulla semionda di ciascuna fase ). L'induttanza di un motore CC è limitata, quindi c'è un'onda pulsante di 300 Hz nella corrente CC (cioè 6 volte la frequenza di alimentazione), che cambia la forma d'onda della corrente di alimentazione.
(4) Gruppo di continuità (UPS):
Esistono molti tipi diversi di UPS in base al metodo di conversione dell'alimentazione e al metodo di conversione utilizzato dall'alimentatore esterno all'alimentatore interno. Le principali tipologie sono: UPS online, UPS offline e UPS con interazione di linea. I carichi alimentati da UPS sono sempre apparecchiature informatiche elettroniche, che non sono lineari e contengono un gran numero di armoniche di basso ordine.
(5) Dispositivo con nucleo magnetico:
La relazione tra la corrente di magnetizzazione e la densità del flusso magnetico in un reattore con un nucleo di ferro è sempre non lineare. Se la forma d'onda della corrente è un'onda sinusoidale (ovvero, la resistenza nel circuito è grande), ci saranno armoniche più elevate nel campo magnetico, che è considerato un processo di magnetizzazione forzata. Se la tensione applicata alla bobina è una forma d'onda sinusoidale (ovvero, la resistenza in serie è piccola), anche la densità del flusso magnetico sarà una forma d'onda sinusoidale e la forma d'onda della corrente contiene armoniche più elevate, che è considerata un processo di magnetizzazione libera.
3 Problemi e soluzioni causati dalle armoniche
Le correnti armoniche possono causare problemi sia nel sistema di alimentazione che nel dispositivo. Tuttavia, gli effetti e le soluzioni sono molto diversi e devono essere trattati separatamente; i metodi atti ad eliminare gli effetti dannosi delle armoniche nel dispositivo non possono ridurre la distorsione causata dalle armoniche nel sistema di alimentazione, e viceversa.
(1) Problemi armonici nel dispositivo e soluzioni:
Esistono diversi problemi comuni e frequenti causati dalle armoniche: distorsione di tensione, rumore di zero-crossing, surriscaldamento della linea del neutro, surriscaldamento del trasformatore, malfunzionamento degli interruttori automatici, ecc.
①Distorsione di tensione: poiché il sistema di alimentazione ha un'impedenza interna, la corrente di carico armonica causerà la distorsione della tensione armonica della forma d'onda di tensione (questa è la fonte dell'onda"cima piatta"). Questa impedenza ha due componenti: l'impedenza della linea del cavo interno del dispositivo elettrico dopo l'interfaccia di alimentazione (PCC) e l'impedenza del sistema di alimentazione prima del PCC. Il trasformatore di alimentazione presso l'utente è un esempio di PCC.
La corrente di carico distorta causata dal carico non lineare produce una caduta di tensione distorta sull'impedenza del cavo. La forma d'onda di tensione distorta sintetizzata viene aggiunta a tutti gli altri carichi collegati allo stesso circuito, provocando il flusso di correnti armoniche, anche se questi carichi sono carichi lineari.
La soluzione consiste nel separare la linea di alimentazione del carico che genera armoniche dalla linea di alimentazione del carico sensibile alle armoniche. Il carico lineare e il carico non lineare sono alimentati da circuiti diversi dallo stesso punto di interfaccia di potenza, in modo che venga generato il carico non lineare. La tensione distorta non verrà condotta al carico lineare.
Rumore di zero-crossing: molti controllori elettronici devono rilevare il punto di zero-crossing della tensione per determinare quando il carico è collegato. Questo viene fatto per accendere il carico induttivo quando la tensione attraversa lo zero senza generare sovratensioni transitorie, riducendo così le interferenze elettromagnetiche (EMI) e gli shock di tensione sui dispositivi di commutazione a semiconduttore. Quando sono presenti armoniche di ordine elevato o sovratensioni transitorie sull'alimentatore, la velocità di variazione della tensione al passaggio per lo zero è molto elevata e difficile da determinare, il che porta a malfunzionamenti. In effetti, possono esserci più zero crossing in ciascuna semionda.
③Surriscaldamento della linea neutra: in un sistema di alimentazione trifase a quattro fili in cui il punto neutro è direttamente messo a terra, quando il carico genera correnti armoniche 3N, la linea neutra scorre attraverso la somma delle correnti armoniche 3N di ciascuna fase. Ad esempio, quando il carico trifase è sbilanciato, la corrente che scorre attraverso il filo neutro sarà maggiore. Recenti esperimenti di ricerca hanno scoperto che la corrente neutra può essere maggiore della corrente di fase di qualsiasi fase. Fa sì che il filo neutro si surriscaldi troppo, aumenti la perdita di linea e persino bruci il filo.
La soluzione attuale consiste nell'aumentare l'area della sezione trasversale del filo neutro nel sistema di alimentazione trifase a quattro fili. Il requisito minimo è l'utilizzo di un filo con la stessa sezione del filo di fase. La Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) ha proposto che la sezione del conduttore di neutro sia il 200% della sezione del conduttore di fase.
④L'aumento della temperatura del trasformatore è troppo alto: quando il trasformatore con cablaggio Yyn produce una corrente armonica 3N dal carico laterale secondario, oltre alla somma della corrente sbilanciata del carico trifase sulla linea neutra, scorre anche la corrente armonica 3N Somma algebrica , e la corrente armonica scorre nella rete attraverso il lato primario del trasformatore. Il modo più semplice per risolvere i problemi di cui sopra consiste nell'utilizzare un trasformatore connesso in Dyn per far circolare la corrente armonica generata dal carico nell'avvolgimento a triangolo del trasformatore senza affluire in rete elettrica.
Indipendentemente dal fatto che la corrente armonica fluisca o meno nella rete elettrica, tutte le correnti armoniche aumenteranno la perdita di potenza del trasformatore e aumenteranno l'aumento di temperatura del trasformatore.
⑤Provoca il malfunzionamento dell'interruttore differenziale: L'interruttore differenziale (RCCB) funziona secondo la somma delle correnti che passano attraverso il trasformatore omopolare. Se la somma delle correnti è maggiore del limite nominale, scatterà e interromperà l'alimentazione. Ci sono due ragioni per il malfunzionamento dell'RCCB quando si verificano armoniche: in primo luogo, poiché l'RCCB è un dispositivo elettromeccanico, a volte non è in grado di rilevare con precisione la somma dei componenti ad alta frequenza, quindi scatterà per errore. In secondo luogo, a causa della corrente armonica, la corrente che scorre attraverso il circuito sarà maggiore del valore calcolato o semplicemente misurato. La maggior parte degli strumenti di misura portatili non è in grado di misurare il vero valore quadratico medio della corrente ma solo il valore medio, quindi presumere che la forma d'onda sia sinusoidale pura, quindi moltiplicare un fattore di correzione per ottenere la lettura. In presenza di armoniche, il risultato di questa lettura può essere molto inferiore al valore reale, e ciò significa che lo sganciatore è impostato su un valore molto basso.
Ora è possibile acquistare un interruttore in grado di rilevare il valore quadratico medio della corrente, abbinato alla tecnologia di misurazione del valore quadratico medio reale, e correggere il valore di impostazione dello sganciatore per garantire l'affidabilità dell'alimentazione.
Le armoniche dei tubi fluorescenti a LED Benwei sono attualmente<>
