Трансформатор для подавления гармоник: как улучшить качество электроэнергии

В системах распределения электроэнергии нелинейные нагрузки склонны генерировать искаженные гармоники. Эти гармоники могут вызвать множество проблем, включая перегрев оборудования, увеличение потерь энергии, сокращение срока службы оборудования и даже увеличение времени простоя.

Трансформаторы, подавляющие гармоники, являются лучшим решением этой проблемы. Независимо от размера нагрузки они подавляют вредные гармоники в пассивных компонентах, повышая эффективность, экономию энергии и надежность.

Оглавление:

1. Что такое гармоники?

2. Что вызывает гармоники?

3. Как гармоники влияют на трансформаторы?

4. Какие гармонические искажения генерируются современными энергосистемами?

5. Что такое трансформатор, смягчающий гармоники?

6. Как трансформатор, смягчающий гармоники, влияет на гармоники?

7. Для каких устройств требуется трансформатор для подавления гармоник?

8. Какие электрические проблемы может решить трансформатор, смягчающий гармоники?

9. Насколько трансформаторы, подавляющие гармоники, превосходят трансформаторы с номиналом K-?

9. Насколько трансформаторы, подавляющие гармоники, превосходят трансформаторы с номиналом K-?

10. Как работают трансформаторы, смягчающие гармоники?

11. Каковы типы трансформаторов для подавления гармоник?

12. Как трансформаторы, подавляющие гармоники, помогают улучшить качество электроэнергии?

13. Будущие тенденции в управлении качеством электроэнергии

1. Что такое гармоники?

Откуда берутся гармоники-: pqcomComponents

В энергосистемах электрические сигналы обычно имеют синусоидальную форму, помогая различным электрическим устройствам выполнять свои функции, например освещение, привод двигателей, печать и запуск компьютерных программ.

Обычно в системе с частотой 60 Гц нормальная форма сигнала тока колеблется вверх и вниз 60 раз в секунду. Однако частоты гармоник, генерируемых нагрузкой, еще выше. Третья гармоника имеет частоту 180 Гц, а пятая гармоника имеет частоту 300 Гц, что представляет собой гармонические волны,-формирующиеся с частотой 180 и 300 раз в секунду соответственно.

2. Что вызывает гармоники?

Чтобы понять причины возникновения гармоник, нам необходимо понять линейные и нелинейные нагрузки в системе. Оба способа потребляют электроэнергию оборудованием в энергосистеме. Конкретно:

Линейные нагрузки

Линейные нагрузки-источник: качество электроэнергии

Потребляемая мощность линейных нагрузок обычно напоминает синусоидальную форму сигнала. Линейные нагрузки обычно включают двигатели или лампы накаливания.

Нелинейные нагрузки

Нелинейные нагрузки-источник: actionpowertest

Волны переменного тока, генерируемые нелинейными нагрузками, не имеют синусоидальной формы. Они генерируют гармоники во время энергопотребления. Эти гармоники обычно генерируются такими устройствами, как преобразователи частоты, выпрямители и другое современное электронное оборудование, и легко вызывают искажения напряжения и тока.

Типичные источники гармоник включают в себя:

Типичные источники гармоник-источник: мегаватты.

Частотно-регулируемые приводы (ЧРП), источники бесперебойного питания (ИБП), серверные стойки, светодиодное освещение, зарядные устройства для электромобилей и импульсные источники питания.

3. Как гармоники влияют на трансформаторы?

Как гармоники влияют на трансформаторы-источник: grwinding

Во время работы трансформатора гармоники от нелинейных нагрузок могут легко увеличить потери в обмотках и сердечнике, что приведет к перегреву или потере мощности. Конкретно:

Повышенное сопротивление и тепло

Трансформатор состоит из обмоток и сердечника. Во время работы гармоники перемещаются и накапливаются к внешним краям проводников, усугубляя накопление тепла в плотно расположенных катушках, что приводит к увеличению сопротивления трансформатора и нагреву.

Увеличение потерь в сердечнике

При переменном направлении тока полярность тока возбуждения в сердечнике меняется под воздействием высокочастотных гармоник. Чем выше частота изменения тока возбуждения, тем больше тепловые потери сердечника, отсюда и термин «гистерезисные потери».

Повышение температуры

Гармоники вызывают вихревые токи (небольшие вращающиеся токи) в оборудовании, что еще больше увеличивает теплопотери трансформатора и повышает температуру оборудования.

Пониженная допустимая нагрузка по току

3-я, 9-я и 15-я гармоники могут вызвать перегрев нейтрального проводника, что приведет к повреждению изоляции и, в конечном итоге, к снижению допустимой нагрузки по току.

4. Какие гармонические искажения генерируются современными энергосистемами?

Как правило, нелинейные нагрузки генерируют гармоники, кратные основной частоте (60 Гц), что влияет на работу трансформатора. К ним относятся:

Тройные гармоники

Тройные гармоники-источник: электротехника-инженерия.

Третьи гармоники включают 3-ю, 9-ю и 15-ю гармоники с частотами 180 Гц, 540 Гц и 900 Гц соответственно. Эти вредные гармоники накладываются на нейтральную линию, вызывая увеличение тока нейтральной линии.

Пятая и седьмая гармоники

Пятая и седьмая гармоники-источник: norwall

Пятая и седьмая гармоники имеют частоты 300 Гц и 420 Гц соответственно. Эти вредные гармоники увеличивают паразитный магнитный поток, что приводит к дополнительному вихретоковому нагреву.

5. Что такое трансформатор, смягчающий гармоники?

Что такое трансформатор для подавления гармоник-источник: LTEC

Трансформатор для подавления гармоник — это трансформатор сухого-типа. Он устраняет гармонические токи за счет специальной конструкции обмотки, фазового сдвига и управления импедансом нулевой-последовательности.

В отличие от пассивных фильтров, поглощающих гармоники, или трансформаторов с номиналом K-, которые могут противостоять только гармоникам, он использует векторные и фазовые соотношения внутри обмоток трансформатора, чтобы предотвратить попадание наложенных гармонических токов в входную систему, тем самым уменьшая гармонические искажения.

6. Как трансформатор, смягчающий гармоники, влияет на гармоники?

Как трансформатор, смягчающий гармоники, влияет на гармоники-источник: maddox

Благодаря использованию трансформатора, подавляющего гармоники, гармоники, генерируемые нелинейными нагрузками внутри системы, уменьшаются и устраняются. Его преимущества включают в себя:

• Снижение тепловыделения, обеспечивающее полное использование номинальной мощности трансформатора;
• Предотвращение перегрева системы и чрезмерно высоких температур;

К его преимуществам относятся:

7. Для каких устройств требуется трансформатор для подавления гармоник?

Каким устройствам требуется трансформатор для подавления гармоник-источник: hammondpowersolutions

Как правило, увеличение нелинейных нагрузок в энергосистемах, таких как серверы, системы ИБП, светодиодное освещение, компьютеры и преобразователи частоты, легко приводит к гармоническим искажениям, что приводит к повышенному нагреву трансформатора, снижению эффективности и увеличению энергопотребления.

Поэтому в энергосистемах с такими линейными нагрузками необходима конфигурация трансформаторов для подавления гармоник, которые помогут уменьшить и устранить гармоники в системе.

8. Какие электрические проблемы может решить трансформатор, смягчающий гармоники?

Помимо уменьшения или устранения гармоник в системе, он также может решить:

• Перегрев нейтральной линии или фидера;
• Искажение входного напряжения приближается к пределу.
• Преобладание однофазной-электронной нагрузки;

При возникновении вышеуказанных проблем, прежде чем предлагать решения для трансформатора для подавления гармоник, вам необходимо полностью рассмотреть различные факторы, такие как распределение нагрузки, баланс фаз, метод заземления, соединения трансформатора и другое оборудование для подавления гармоник в системе, чтобы обеспечить правильное решение.

9. Насколько трансформаторы, подавляющие гармоники, превосходят трансформаторы с номиналом K-?

Трансформатор для подавления гармоник и трансформатор с номиналом K-:

10. Как работают трансформаторы, смягчающие гармоники?

Рабочие характеристики трансформаторов, снижающих гармоники, в первую очередь зависят от геометрии их обмоток, конструкции сердечника и спроектированного фазового сдвига. К ним относятся:

Тройное подавление гармоник

Тройное подавление гармоник-источник: конденсаторное соединение

При разработке схем подавления третьей гармоники в трансформаторах для подавления гармоник в основном используются зигзагообразные, треугольные-зигзагообразные или специальные конфигурации двойной-вторичной обмотки. Это достигается путем перенаправления тока для подавления третьей гармоники.

Подавление 5-й и 7-й гармоник

Подавление 5-й и 7-й гармоник-источник: Physicsforums

Благодаря разнице фаз в 180 градусов между токами 5-й и 7-й гармоник и различным вторичным выходным фазам трансформатора, снижающего гармоники, возможно подавление 5-й и 7-й гармоник.

К основным принципам проектирования трансформаторов для подавления гармоник относятся:

• Оптимизированная геометрия ядра
• Уменьшенный импеданс нулевой-последовательности
• Специальное расположение намотки
• Управляемые пути магнитного потока

11. Каковы типы трансформаторов для подавления гармоник?

Тип трансформатора для подавления гармоник в первую очередь определяется условиями установки и включает в себя:

Тип подавления тройных гармоник - HMT

Трансформатор этого типа в основном решает проблемы искажения напряжения, вызванные тройными гармониками (3-й, 9-й и 15-й гармониками), и подходит для сред, в которых преимущественно используются однофазные электронные нагрузки, например в офисах и центрах обработки данных ИТ.

Фазовый-сдвиг/мульти-импульсный HMT

Фазовый-сдвиг/мульти-импульсный HMT-источник: ytelect

Этот тип трансформатора в основном решает проблемы, вызванные 5-й и 7-й гармониками. Путем установки определенной разности фаз между вторичными выходами естественным образом подавляются 5-я и 7-я гармоники.

12. Как трансформаторы, подавляющие гармоники, помогают улучшить качество электроэнергии?

Трансформаторы, подавляющие гармоники, улучшают качество электроэнергии следующими способами:

Уменьшение нейтрального тока

Источник нейтрального тока-: zddqelectric

Трансформаторы, смягчающие гармоники, в процессе работы значительно уменьшают нагрев нейтрального проводника, тем самым уменьшая ток нейтрали.

Снижение нагрева трансформатора

Трансформаторное отопление-источник: maddox

Трансформаторы, подавляющие гармоники, уменьшают паразитные потери и потери на вихревые токи, вызванные гармониками, тем самым снижая рабочую температуру оборудования и уменьшая нагрев трансформатора.

Улучшение качества добываемой электроэнергии

Качество исходящей электроэнергии-источник: circutor

Для чувствительного оборудования в системе трансформаторы, подавляющие гармоники, уменьшают и устраняют искажения напряжения, вызванные гармоническими токами, позволяя системе лучше подключаться к PCC (точке общей связи).

Увеличение доступной емкости системы

Снижая и устраняя гармоники в системе, трансформаторы, подавляющие гармоники, высвобождают большую мощность, облегчая подключение других нагрузок.

Продление срока службы оборудования

Устраняя гармоники в системе и снижая температуру оборудования, HMT продлевают срок службы оборудования.

13. Будущие тенденции в управлении качеством электроэнергии

В соответствии с растущей тенденцией HMT (Технологии смягчения гармоник) прогнозируется, что будущее управление качеством электроэнергии будет постепенно развиваться в следующих аспектах:

Интеллектуальные системы мониторинга

Интеллектуальные системы мониторинга-источник: Electroind

Гармоники системы будут контролироваться и синхронизироваться с помощью интеллектуальных систем мониторинга, что облегчает последующую корректировку и усовершенствование.

Прогнозируемое обслуживание-на основе искусственного интеллекта

-Прогнозное обслуживание на основе искусственного интеллекта-на основе: бесконечное-время безотказной работы

Посредством эксплуатационных испытаний искусственный интеллект можно использовать для прогнозирования качества электропитания системы и частоты отказов, что облегчает будущее обслуживание.

Системы интеграции возобновляемых источников энергии

Системы интеграции возобновляемых источников энергии-источник: pnnl

Будущая тенденция будет направлена ​​на более эффективные и надежные системы интеграции возобновляемых источников энергии.

Заключение:

HMT является пассивным, но эффективным решением для решения растущих проблем, связанных с гармониками в современных электрических системах. За счет снижения гармоник системы и улучшения общего качества электроэнергии он становится -надежной рабочей лошадкой системы на долгий срок. Чтобы получить подробные технические характеристики или обсудить индивидуальное инженерное решение для вашего конкретного применения, свяжитесь с нашим инженерным отделом.