vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. tämän teknisen oppaan...

32
Tekninen opas nro 6 Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas Tekninen opas nro 6

Upload: others

Post on 17-Jun-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

Tekninen opas nro 6

Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Tekninen opas nro 6

Page 2: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

2 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Page 3: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

3Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

1. Johdanto ......................................................... 5

2. Yliaaltoilmiön perusteet ....................................... 6

3. Yliaaltosärön lähteet ja vaikutukset .................. 8

4. Yliaaltosärön laskeminenDriveSize-ohjelmalla ....................................... 9

4.1 Esimerkkilaskelman piirikaavio ................................ 94.2 Kuormitustiedot ....................................................... 94.3 Moottorin valinta ...................................................... 104.4 Vaihtosuuntaajan valinta ........................................... 104.5 Vaihtosuuntaajan syöttöyksikön tiedot .................... 104.6 Verkon ja muuntajan tietojen syöttö ......................... 104.7 Laskettu yliaaltovirta ja -jännite ............................... 114.8 Lasketut yliaaltovirrat graafisessa muodossa......... 114.9 Osa tulostetusta raportista ...................................... 11

5. Yliaaltoja koskevat standardit ............................ 12

5.1 SFS-EN 61800-3 (IEC1800-3) Nopeussäädetytsähköiset PDS-käytöt .............................................. 12

5.2 IEC1000-2-2,Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) ............ 13

5.3 IEC1000-2-4,Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) ............ 13

5.4 IEC1000-3-2,Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) ............ 13

5.5 IEC1000-3-4,Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) ............ 13

5.6 IEEE519, IEEE Toimenpidesuositukset javaatimukset sähkönjakelujärjestelmienyliaaltojen hallintaan ................................................. 14

6. Yliaaltojen arvioiminen .................................... 16

7. Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttööntehdyillä rakenteellisilla muutoksilla ............... 17

7.1 Yliaaltoihin vaikuttavatvaihtovirtakäytön ominaisuudet ............................... 17

7.2 Taulukko: luettelo eri tekijöistä janiiden vaikutuksista .................................................. 18

7.3 6-pulssisen dioditasasuuntaajan käyttö .................. 187.4 12- tai 24-pulssinen dioditasasuuntaaja .................. 19

Sisällysluettelo

Page 4: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

4 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

7.5 Verkkokommutoiduntyristoritasasuuntaajan käyttö .................................. 19

7.6 IGBT-sillan käyttö ..................................................... 207.7 Suuremman tasa- tai vaihtovirtakuristimen käyttö .. 21

8. Muita yliaaltojen vähentämismenetelmiä......... 24

8.1 Yhdelle taajuudelle viritetty passiivisuodin .............. 248.2 Monelle taajuudelle viritetty passiivisuodin ............. 248.3 Ulkoinen aktiivisuodin .............................................. 25

9. Yhteenveto yliaaltojen vähentämisestä ............ 26

9.1 6-pulssinen tasasuuntaaja ilman kuristinta .............. 269.2 6-pulssinen tasasuuntaaja kuristimella .................... 269.3 12-pulssinen tasasuuntaaja polycon-muuntajalla .... 269.4 12-pulssinen tasasuuntaaja kaksikäämisellä

muuntajalla ............................................................... 269.5 24-pulssinen tasasuuntaaja kahdella

kolmikäämisellä muuntajalla ..................................... 269.6 Aktiivinen IGBT-tasasuuntaaja ................................. 27

10. Määritelmät ..................................................... 28

11. Hakemisto ....................................................... 30

Page 5: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

5Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Yleistä

Luku 1 - Johdanto

Tämä opas on jatkoa ABB:n teknisten oppaiden sarjaan.Oppaassa kerrotaan yliaaltosäröstä, sen lähteistä javaikutuksista sekä särön laskennasta ja arvioinnista. Erityisestihuomiota kiinnitetään vaihtovirtakäyttöjen yliaaltojenvähentämismenetelmiin.

Page 6: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

6 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

is(t) = i1(t) + Σ ih(t)Muuttaja-kuorma

Muutkuormat

Yhteiskytkentä-piste (PCC)

Syöttömuuntaja

Rs Ls u(t)

Luku 2 - Yliaaltoilmiön perusteet

Sähkönjakelujärjestelmään kytketyt epälineaariset kuormatsynnyttävät yliaaltovirtoja ja -jännitteitä. Yliaaltosärö on yksisähkölaitoksissa muodostuva saasteen muoto, joka voiaiheuttaa ongelmia, jos yliaaltovirrat ylittävät tietyt rajat.

Kaikki erilaisissa sähköjärjestelmissä käytetyt teho-elektroniikkamuuttajat voivat lisätä yliaaltosäröjä levittämälläyliaaltovirtoja suoraan verkkoon. Kuvassa 2.1 näkyy, kuinkatehoelektroniikkamuuttajan tulovirran (is) virtayliaallot (ih)vaikuttavat syöttöjännitteeseen (ut).

Kuva 2.1 Syöttömuuntajasta, muuttajakuormasta sekä muistakuormista muodostuva sähkölaitos.

6-pulssisen kolmivaiheisen tasasuuntaajan verkkovirtavoidaan laskea suorasta lähtövirrasta seuraavalla kaavalla.

Perustaajuuden virta on siten

RMS-kokonaisvirta ja

tasasuuntaajan lähtövirta.(pätee ideaaliseen suodatettuun tasavirtaan)

, jossa

Page 7: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

7Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Kuva 2.2 Teoreettinen yliaaltosisältö 6-pulssisen tasasuuntaajansymmetrisessä virrassa.

Yliaaltokomponenttien lisääminen perustaajuuden virtaanesitetään kuvassa 2.3, jossa näkyvissä on vain 5. yliaalto.

Kuva 2.3 Kokonaisvirta perustaajuuden virran ja 5. yliaallonsummana.

Yliaaltokomponenttien rms-arvot ovat:

jossa

Yliaaltokomponenttien järjestys

Yliaalto-virta (%)

Yliaaltoilmiön perusteet

Teoreettisessa tapauksessa, jossa lähtövirta voidaan arvioidapuhtaaksi tasavirraksi, 6-pulssisen kolmivaiheisen tasa-suuntaajan yliaaltovirran taajuudet ovat n kertaa perustaajuus(50 tai 60 Hz). Alla annetut tiedot ovat voimassa siinätapauksessa, että verkon induktanssi on vähäinen verrattunatasavirtakuristimen induktanssiin. Verkkovirta on sitensymmetrinen 120 ° vaihekulmin. Järjestysnumerot n lasketaanalla olevan kaavan mukaan:

ja yliaaltokomponentit ovat kuten kuvassa 2.2.

Page 8: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

8 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Luku 3 - Yliaaltosärön lähteet ja vaikutukset

Tavallisia epälineaarisia kuormia ovat moottorin käynnistimet,nopeussäädetyt käytöt, tietokoneet ja muut elektroniikka-laitteet, elektroniset valonsäätimet, hitsauslaitteet ja UPS-laitteet.

Yliaaltojen vaikutuksesta yliaaltoja synnyttävien laitteidenkanssa samaan sähkönsyöttöön kytketyt muuntajat, kaapelit,moottorit, generaattorit ja kondensaattorit voivat ylikuumeta.Elektroniset näytöt ja valot saattavat vilkkua, katkaisijat voivatlaueta, tietokoneet voivat kaatua ja mittalaitteet antavat vääriälukemia.

Jos yllä mainittujen oireiden syytä ei tiedetä, on syytä tutkiasähkönjakelujärjestelmän yliaaltosärö. Vaikutukset näkyvättodennäköisesti asiakkaan laitteissa ennen kuin ne näkyvätsyöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksenaon auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa, ettei yliaaltosärötasoja ylitetä.

Page 9: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

9Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

4.1 Esimerkki-laskelmanpiirikaavio

Luku 4 - Yliaaltosärön laskeminen DriveSize-ohjelmalla

4.2 Kuormitus-tiedot

Yliaaltovirrat aiheuttavat särön verkkojännitteeseen.Periaatteessa jännitteen yliaallot voidaan laskea missätahansa verkon pisteessä, jos yliaaltovirrat ja verkonimpedanssi tunnetaan. Kuvan 4.1. piirikaavioissa näkyymuuttajaa syöttävä verkko ja muut asennuksen oleelliset osat.Esimerkkilaskelmassa on käytetty ABB:n DriveSize -ohjelmaa.

Kuva 4.2. Tärkein kuormitustieto yliaaltojenlaskennassa on perusteho (kW).

Kuva 4.1. Taajuusmuuttajan syöttöverkko on keskellä ja sitävastaava sijaiskytkentä oikealla. Tämän esimerkin tiedot ovatvasemmalla.

SyöttöSk = 150 MVAU = 22 kV

Muuntaja:S = 400 kVAU1 = 22 kVU2 = 415 Vz = 4,5 %

Kaapeli:Pituus = 60 mR = 0,007 mΩ/m

Moottori:P = 100 kWIN = 200 A

S'k

Xk

Xt

X'k

I

Motor load

Load type

Overload type

Speed [rpm]

Power [kW]

Overload [%]

Const. torque/power

One overload

min base max

0

0

1450

100

100

100

100

1500

60 600Overload time [s] every [s]

Page 10: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

10 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Yliaaltosärön laskeminen DriveSize-ohjelmalla

4.4Vaihtosuuntaajanvalinta

4.5Vaihtosuuntaajansyöttöyksiköntiedot

4.6 Verkon jamuuntajantietojen syöttö

Kuva 4.4. Vaihtosuuntaajan valinta perustuu moottorin valintaan.Käyttäjällä on myös mahdollisuus valita vaihtosuuntaajamanuaalisesti.

Kuva 4.6. Verkon ja muuntajan tiedot syötetään tässä. ABB:nvakiomuuntajien tiedot näkyvät automaattisesti.

Kuva 4.5. DriveSize määrittää syöttöyksikön tiedot valitunvaihtosuuntaajan mukaan.

4.3 Moottorinvalinta

Kuva 4. 3. Ohjelma valitsee moottorin määritetylle kuormalle.Tarvittaessa voidaan valita jokin muu kuin DriveSizen valitsemamoottori.

Selected motor dataM2BA 315 SMC 6

SelectionVoltage [V]ConnectionFrequency [Hz]Power [kW]PolesSpeed [rpm]Max mech. speed [rpm]Current [A]Torque [Nm]T max/TnPower factorEfficiency [%]Insulation class

DriveSize415D50110

9926

230019710603,20,8295,6F

SelectionSelection methodVoltage [V]Drive power [kVA]Pn [kW]Normal Icont [A]Normal Imax [A]Phd [kW]Heavyduty Icont[A]Heavyduty Imax [A]PulseFrame typeP&F 12Nsq [A]

Selected inverter dataACS607-0140-3

UserCurrent (normal)400140110

238216

901782676R8260

Supply unit data

Pulse #

Lv [µH]

Cdc [mF]

Udc [V]

Idc [A]

6

110

4,95

560

191

Network and Transformer data

Primary voltage [V] Secondary voltage [V]

Frequency [Hz]

Network Sk [MVA]

Transformer Sn [kVA]Transformer Pk [kW]

Transformer Zk [%]

Supply cable type Cable Busbar

Cable quantityCable length [m]

Impedance [µΩ]

unknow

22000

50

150

400

3,0

3,8

360

415

70

Page 11: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

11Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Yliaaltosärön laskeminen DriveSize-ohjelmalla

4.7 Laskettuyliaaltovirta ja-jännite

4.8 Lasketutyliaaltovirratgraafisessamuodossa

4.9 Osatulostetustaraportista

Kuva 4.8. Laskelmien tulokset voidaan esittää taulukkona(kuva 4.7) tai kuvaajana.

Kuva 4.9. Syötetyt tiedot ja laskelmien tulokset voidaan tulostaaraporttina, josta osa näkyy tässä.

Kuva 4.7. Yliaallot lasketaan tekemällä syöttöyksikönsimuloituun vaihevirtaan erillinen Fourier-muunnos.Käytössä on erilaisia piirimalleja, yksi vaihtovirtainduktanssillavarustettua SingleDrivea ja yksi tasavirtainduktanssilla varustettuadiodi- ja tyristorisyöttöä varten.6-, 12- ja 24-pulssisille kytkennöille on myös omat mallit.

THD

Data

Show mode

VoltageCurrent

Result

IEEE CalcIEEE Limit

47,1% 0,2%

0,2%/ 0,2%/15,0% 0,5%

Primary sideSecondary side

Table

Graph

n157

11131719232529313537

50250350550650850950115012501450155017501850

2,81,20,60,20,20,10,10,10,00,00,00,00,0

100,0 %

0,6 %

41,2 %19,5 %8,6 %5,6 %4,2 %2,7 %2,3 %1,4 %1,2 %0,8 %0,5 %

21996,632,921,715,111,711,38,18,25,55,33,73,03,3

f [Hz] Current [A] In/I1 Voltage[V]

[%]

Frequency [Hz]

50

40

30

20

10

0

25

0

35

0

55

0

65

0

85

0

95

0

1150

1250

1450

1550

1750

1850

Network check

Network and Transformer data

ACS607-0140-3

Supply unit dataNormal voltage [V]Frequency [Hz]Network Sk [MVA]Transformer Sn [kVA]Transformer Pk [kW]Transformer Zk [%]Supply cable typeCable quantityCable lenght

22000 (primary side)501504003,03,8Cable360

Pulse #Lv [µH]Cdc [mF]Udc [V]Idc [A]

61104,95560191

ResultCosfiiTot. power factorUnmax mot.

0,9990,90

98 %

THD CurrentTHD Voltage

47,1 %0,2 %

THD CurrentTHD Voltage

IEEE 519 limits calc/limit0,2 %/15,0 %0,2 %/5,0 %

Page 12: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

12 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

5.1SFS-EN 61800-3(IEC1800-3)Nopeussäädetytsähköiset PDS-käytöt

Luku 5 - Yliaaltorajoja koskevatstandardit

Alla on kuvattu yleisimmät kansainväliset ja kansallisetyliaaltoja rajoittavat standardit.Kuva 5.1 on esimerkkinä yliaaltosärölle asetetuista rajoista.

Osa 3: EMC-tuotestandardi ja erityiset testausmene-telmätEuroopan talousalueen (ETA) jäsenmaat ovat sopineetyhteisistä vähimmäisvaatimuksista, joiden avulla varmistetaantuotteiden vapaa liikkuminen ETA-alueella. CE-merkintäosoittaa, että tuote on sitä koskevien direktiivien mukainen.Direktiiveissä on lueteltu periaatteet, joita tuotteiden onnoudatettava. Standardeissa on määritelty vaatimukset, jotkatuotteiden on täytettävä. SFS-EN 61800-3 on nopeus-säädettyjen PDS-käyttöjen EMC-tuotestandardi. Standardinvaatimusten täyttäminen on vähimmäisedellytys PDS-käyttöjen vapaalle kaupalle ETA-alueella.

Standardin SFS-EN 61800-3 mukaan valmistajan onilmoitettava (PDS-käyttöjen dokumenteisssa taipyydettäessä) virran yliaaltotaso nimellisolosuhteissa,prosentteina liityntäpisteen nimellisestä perusvirrasta. Arvotlasketaan erikseen jokaiselle järjestysluvulle vähintään25:nteen asti. Virran harmoninen kokonaissärö, THD(järjestyslukuun 40 asti) ja sen suurtaajuuskomponentti PHD(sisältää järjestysluvut 14 - 40) arvioidaan. Näissävakiolaskelmissa PDS-käyttö oletetaan kytketyksi PCC-pisteeseen, jossa Rsc = 250 ja jonka lähtöjännitesärö on alle1 %. Verkon sisäisen impedanssin oletetaan olevan puhdastareaktanssia.

Julkisessa pienjänniteverkossa standardin IEC 1000-3-2rajoitukset ja vaatimukset koskevat laitetta, jonkanimellisvirta on ≤ 16 A. IEC1000-3-4-standardin käyttöäsuositellaan laitteessa, jonka nimellisvirta on > 16 A. JosPDS-käyttöä käytetään teollisuusasennuksissa, voidaantarkastella asennusta kokonaisuutena ottaen huomioontaloudelliset seikat. Tämä lähestymistapa perustuu tehoon,jonka verkko pystyy syöttämään kaikissa olosuhteissa.Asennuksen yliaaltojen laskemismenetelmästä sekäjännitesärön tai yliaaltovirran kokonaishäiriön rajoista onsovittu. IEC1000-2-4-standardissa annettuja yhteensopi-vuusrajoja voidaan käyttää jännitesärön rajoina.

Page 13: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

13Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Yliaaltorajoja koskevat standardit

5.5IEC1000-3-4,Sähkö-magneettinenyhteensopivuus(EMC)

5.4IEC1000-3-2,Sähkö-magneettinenyhteensopivuus(EMC)

5.3IEC1000-2-4,Sähkö-magneettinenyhteensopivuus(EMC)

5.2IEC1000-2-2,Sähkö-magneettinenyhteensopivuus(EMC)

Osa 2: Ympäristö - Luku 2: Yhteensopivuusrajatjulkisten pienjännitteisten teholähteidenpientaajuisille johtuville häiriöille ja ohjausviesteilleTässä standardissa annetaan yhteensopivuusrajat julkistenpienjännitteisten teholähteiden pientaajuisille johtuvillehäiriöille ja ohjausviesteille. Häiriöitä ovat yliaallot, sisäisetyliaallot, jännitevaihtelut, lyhyet katkokset ja jännite-epäsymmetria jne. Standardi sisältää suunnittelukriteeritlaitevalmistajalle sekä laitteen häiriönsiedon vähimmäis-vaatimukset. IEC1000-2-2 noudattaa standardissa SFS-EN50160 annettuja rajoja, jotka koskevat laitoksen omistajanasiakkaiden syöttöliittimiin tuottaman jänniteen laatua.

Osa 2: Ympäristö - Luku 4: Yhteensopivuusrajatteollisuuslaitosten pientaajuisille johtuville häiriöilleIEC1000-2-4 on sisällöltään samanlainen kuin IEC1000-2-2,paitsi että siinä annetut yhteensopivuusrajat koskevatteollisia ja muita kuin julkisia verkkoja. Standardi kattaapienjänniteverkot sekä keskijännitelähteet lukuunottamattalaivojen, lentokoneiden, porauslauttojen ja rautateidenverkkoja.

Osa 3: Rajat - Luku 2: Rajat yliaaltovirtapäästöille(laitevirta <16 A /vaihe)Tässä standardissa käsitellään julkisiin verkkoihinkytkettyjen yksittäisten laitteiden yliaaltovirtapäästöjen rajoja.

Tämä standardi on julkaistu Type II Technical report-raporttina, ja sitä ollaan muuntamassa viralliseksistandardiksi. Standardissa annetaan rajat yksittäistenlaitteiden, joiden nimellisvirta on 16 A - 75 A, yliaalto-virtapäästöille. Standardi on voimassa julkisissa verkoissa,joiden nimellisjännite on 230 V yksivaiheinen - 600 Vkolmivaiheinen.

Page 14: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

14 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

132 kV verkko

33 kV verkko

11 kV verkko

400 kV verkko

Tyypilliset arvot

MinR sce

66

120

175

250

350

450

>600

12

15

20

30

40

50

60

10

12

14

18

25

35

40

9

12

12

13

15

20

25

6

8

8

8

10

15

18

2,36

1,69

1,25

1,06

0,97

1,02

<=0,91

I5 I7 I11 I13JÄNNITE%THD

PORTAAN 2 RAJAT% I1

MAKSIMIKUORMA 12p 6p

# 6,66 MW (5,0 MW)

# 2,50 MW (5,0 MW)

#

# 4.40 MW (3,3 MW)

# 1.65 MW (3,3 MW)

# 1,11 MW (830 kW)

# 415 kW (830 kW)

# 760 kW (215 kW)

# 108 kW (215 kW)

PCC

**Nykyisen THD-tason osuusvalitussa PCC:ssä

(oletus 26 MVA)

(oletus 100 MVA)

(oletus 400 MVA)

(oletus 600 MVA) **

Yliaaltorajoja koskevat standardit

5.6 IEEE519,IEEEToimenpide-suositukset javaatimuksetsähkönjakelu-järjestelmienyliaaltojenhallintaan

Standardissa on määritetty yliaaltorajat kolmelle eri portaalle.Noudattamalla portaan 1 yksittäisiä yliaaltorajoja laite voidaankytkeä mihin tahansa kohtaan syöttöjärjestelmässä.Portaassa 2 annetaan yksittäiset yliaaltovirtarajat sekä THD-arvot ja painotetut suurtaajuiset PWHD-arvot. Rajatluokitellaan ja taulukoidaan eri oikosulkutehoportaille. Porras3 perustuu käyttäjän ja verkkoviranomaisen väliseensopimukseen, joka pohjautuu tilaustehoon. Jos nimellisvirtaon yli 75 A, porras 3 pätee kaikkiin tapauksiin.

Tämän standardin rakennetta on yleensä pidetty hyvänä.Voidaan silti kysyä, tulisiko yksi- ja kolmivaiheisilla laitteillaolla eri rajat portaassa 2. On hyvin todennäköistä, ettästandardin rakenne säilyy ennallaan, mutta sen lopullisessaversiossa on eri rajat yksi- ja kolmivaiheisille laitteille.

Kuva 5.1 Yliaaltorajat ehdotetussa standardissa EN 61000-3-4.

Yliaaltorajojen kehittämisen tavoitteena on rajoittaa yksittäistenasiakkaiden yliaaltojen levittämistä siten, että ne eivät aiheutamäärätyt rajat ylittävää yliaaltosäröä laitoksen normaali-jännitteessä. Tämä standardi tunnetaan myös nimellä AmericanNational Standard, ja sitä käytetään laajalti Yhdysvalloissa,etenkin kuntasektorilla.

Page 15: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

15Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Yliaaltorajoja koskevat standardit

Standardissa ei anneta rajoja yksittäisille laitteille vaanyksittäisille asiakkaille. Asiakkaat on luokiteltu verkonoikosulkuvirran (Isc) ja suurimman kuormitusvirran (IL)yhteiskytkentäpisteessä lasketun suhteen perusteella.Kokonaiskuormitusvirta on lineaaristen ja epälineaaristenkuormien summa. Teollisuuslaitoksessa PCC määritelläänepälineaarisen kuorman ja muiden kuormien väliseksipisteeksi.

Sallitut yksittäiset yliaaltovirrat ja harmoninen kokonaissäröon taulukoitu verkon oikosulkuvirran ja kokonais-kuormitusvirran (Isc/IL) yhteiskytkentäpisteessä lasketunsuhteen perusteella. Rajat annetaan prosentteina koko-naiskuormitusvirrasta kaikille parittomille ja parillisilleyliaalloille 2:nnesta äärettömyyteen. Harmoninen koko-naissärö tulisi laskea äärettömyyteen asti. Monet viranomaisetrajoittavat sekä yksittäisten komponenttien että harmonisenkokonaissärön laskelmat 50:een.

Standardin taulukko 10.3 tulkitaan joskus virheellisesti siten,että siinä annetaan yhden laitteen yliaaltopäästörajatkäyttämällä laitteiston Rsc-arvoa koko asennuksen Isc/IL-arvon sijaan. Taulukon rajoja ei kuitenkaan tulisi tulkita tällätavalla vaan olisi käytettävä asennuksen oikosulkuvirran jakokonaiskuormitusvirran välistä suhdetta.

Page 16: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

16 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

LAITOS

Laske keskimääräinenmaksimikuormitusvirta (IL)

Valitse PCC

Laske oikosulku-teho ja -virta (SSC, ISC)

Laske oikosulkusuhde(SCR=(ISC /IL)

Kyllä

Kyllä

Ei

Kyllä

Ei

Onko teho-kertoimen korjaus tehty

tai suunniteltu?

Vaihe 1:Onko yksityiskohtainen

arviointi tarpeen?

Ei

Arvioi painotettu häiriöteho(SDW) tai % epälineaarinen

kuorma

Vaihe 2:Vastaako laitteisto

yliaaltorajoja?

Määritä yliaaltotasot(mittaukset, analyysi)

Tee tehokertoimen korjausja/tai suunnittele yliaaltojen

valvontalaite(myös resonanssiongelmat)

Tarkistusmittauksetja -laskelmat (jos tarpeen)

ASIAKAS

Kuva 6.1 Yliaaltosärön arvioiminen.

Luku 6 - Yliaaltojen arvioiminen

Oppaassa "Guide for Applying Harmonic Limits on PowerSystems" P519A/D6 (tammikuu 1999) on joitakin yleissääntöjäyliaaltorajojen määrittämisestä teollisuuslaitoksissa. Prosession kuvattu kuvan 6.1 kaaviossa.

Page 17: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

17Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

VERKKO

MUUNTAJA

VAIHTO-VIRTA-

KÄYTTÖ

KUORMA

Oikosulkuteho

Nimellisteho jaimpedanssi

Tasasuuntaajatyyppi

DIODI, TYRISTORI; VAIHTOS:

MVA

MVA

%

mH

PWM;CSI

kW

%

6-p, 12-p, 24-p

Kuristinkela

Vaihtosuuntaajatyyppi

Nimellisteho jakuorma

Vaihto-suuntaaja

Moottori

7.1 Yliaaltoihinvaikuttavatvaihtovirta-käytönominaisuudet

Vaihtoehto

Kuva 7.1 Yliaaltoihin vaikuttavat vaihtovirtakäytön ominaisuudet.

Luku 7 - Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla

muutoksilla

Yliaaltoja voidaan vähentää tekemällä vaihtovirtakäyttöönrakenteellisia muutoksia tai käyttämällä ulkoista suodatusta.Rakenteellisia muutoksia ovat syötön vahvistaminen, 12- taiuseampipulssisen käytön käyttäminen, säädetyn tasa-suuntaajan käyttäminen tai käytön sisäisen suodatuksenparantaminen.

Kuvassa 7.1 on esitetty ne vaihtovirtakäytön ominaisuudet,jotka vaikuttavat yliaaltoihin. Virtayliaallot riippuvat käytönrakenteesta, ja jänniteyliaallot ovat syöttöimpedansseillakerrottuja virtayliaaltoja.

Page 18: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

18 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Erilaisten tasasuuntaajaratkaisujen kytkennät näkyvät kuvassa7.2. 3-vaiheisten vaihtovirtakäyttöjen yleisin tasasuuntauspiirion 6-pulssinen diodisilta. Se koostuu kuudesta säätä-mättömästä tasasuuntaajasta tai diodeista ja induktorista, jokayhdessä tasavirtakondensaattorin kanssa muodostaaalipäästösuotimen tasavirran tasoittamiseksi. Induktori voi ollatasavirta- tai vaihtovirtapuolella tai se voidaan jättää kokonaanpois. 6-pulssinen tasasuuntaaja on yksinkertainen ja edullinen,mutta se generoi suuren määrän pieniä yliaaltoja 5., 7., 11.,etenkin alhaisella tasoitusinduktanssilla.

Virran muoto näkyy kuvassa 7.2. Jos suurin osa kuormastakoostuu 6-pulssisella tasasuuntaajalla varustetuistamuuttajista, syöttömuuntajan on oltava ylimitoitettu, jastandardien vaatimusten täyttäminen voi olla vaikeaa. Useintarvitaan jonkin verran yliaaltojen suodattamista.

Syy VaikutusMitä suurempi moottori… sitä suuremmat virtayliaallotMitä suurempi moottorin kuorma… sitä suuremmat virtayliaallotMitä suurempi induktanssi (AC tai DC).. sitä pienemmät virtayliaallotMitä suurempi tasasuuntaajanpulssien määrä… sitä pienemmät virtayliaallotMitä suurempi muuntaja… sitä pienemmät jänniteyliaallotMitä pienempi muuntajan impedanssi… sitä pienemmät jänniteyliaallotMitä suurempi syötönoikosulkukestoisuus… sitä pienemmät jänniteyliaallot

6-pulssinentasasuuntaaja

12-pulssinen 12-pulssinentasasuuntaaja tasasuuntaaja

24-pulssinentasasuuntaaja

Virran aaltomuoto Virran aaltomuoto Virran aaltomuoto

Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla muutoksilla

7.36-pulssisendioditasa-suuntaajankäyttö

7.2 Taulukko:luettelo eritekijöistä janiidenvaikutuksista

Kuva 7.2 Verkkovirran yliaallot erilaisilla tasasuuntaajarakenteilla.

Page 19: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

19Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

6-p. tasasuuntaaja 12-p. tasasuuntaaja 24-p. tasasuuntaaja

Yliaalto nro

InI1

Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla muutoksilla

7.5 Verkko-kommutoiduntyristoritasa-suuntaajankäyttö

7.4 12- tai 24-pulssinendioditasa-suuntaaja

12-pulssinen tasasuuntaaja muodostetaan kytkemällä kaksi6-pulssista tasasuuntaajaa rinnan syöttämään yhteistätasajännitevälipiiriä. Tasasuuntaajien syöttö tapahtuu yhdelläkolmikäämisellä muuntajalla tai kahdella kaksikäämisellämuuntajalla. Molemmissa tapauksissa muuntajan toisioissaon 30 o vaihe-ero. Tämän vaihtoehdon etuna on, että jotkutsyöttöpuolen yliaalloista ovat vastakkaisvaiheisia ja siteneliminoituvat. Teoriassa 11. on pienitaajuuisin yliaalto-komponentti muuntajan ensiössä.

Suurimpia haittoja ovat erikoismuuntajan tarve ja 6-pulssistatasasuuntaajaa korkeammat kustannukset.

24-pulssisen tasasuuntaajan periaate näkyy myös kuvassa7.2. Siinä on kaksi 12-pulssista tasasuuntaajaa rinnan sekäkaksi kolmikäämistä muuntajaa, joissa on ensiökäämitys30 o vaihe-erolla. Etuna on, että käytännöllisesti katsoen kaikkipienitaajuiset yliaallot eliminoituvat, mutta haittana korkeatkustannukset. Suuritehoisen yksittäiskäytön tai suurenryhmäkäytön tapauksessa 24-pulssinen järjestelmä saattaaolla taloudellisin ja vähiten yliaaltosäröä aiheuttava ratkaisu.

Kuva 7.3 Yliaaltokomponentit erilaisilla tasasuuntaajilla.

Verkkokommutoitu tasasuuntaaja muodostetaan korvaamalla6-pulssisen tasasuuntaajan diodit tyristoreilla. Koska tyristoritarvitsee liipaisupulssin siirtyäkseen johtamattomasta tilastajohtavaan, vaihekulmaa, jossa tyristori alkaa johtaa, voidaanviivyttää. Kun syttymiskulmaa viivytetään yli 90 o, tasa-jännitevälipiirin jännitteestä tulee negatiivinen. Tämämahdollistaa tehon takaisinsyötön tasajännitevälipiiristäsyöttävään verkkoon.

Page 20: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

20 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Syöttö

6-pulssinentasasuuntaaja

12-pulssinentasasuuntaaja

IGBT-syöttöyksikkö

VirtaTDH (%)

30

10

4

JänniteTDH (%)RSC=20

10

6

8

JänniteTDH (%)RSC=100

2

1,2

1,8

Särö on %:eina RMS-arvoista

Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla muutoksilla

7.6 IGBT-sillankäyttö

Vakiotasajännitevälipiirin ja vaihtosuuntaajan muodostamatkokoonpanot eivät salli tasajännitteen polariteetin muutosta.Jos polariteettia halutaan muuttaa, käytetään kahtavastarinnan kytkettyä tyristorisiltaa. Tässä kokoonpanossaensimmäinen silta johtaa tasasuuntaustilassa ja toinentakaisinsyöttötilassa.

Verkkokommutoitujen tasasuuntaajien virran aaltomuodotovat samanlaisia kuin 6-pulssisen dioditasasuuntaajan virranaaltomuodot, mutta koska ne siirtävät tehoa muuttuvallatehokertoimella, kokonaistehokerroin osittaisella kuormallaon melko heikko. Heikko tehokerroin aiheuttaa suurennäennäisvirran, ja absoluuttiset yliaaltovirrat ovat suurempiakuin dioditasasuuntaajan kanssa.

Näiden ongelmien lisäksi verkkokommutoidut muuttajataiheuttavat kommutointihäiriöitä syöttöjännitteen aalto-muodossa. Häiriöiden vaihekulma vaihtelee syttymiskulmanmukaan.

Kuva 7.4 Erilaisten syöttöyksikkötyyppien säröt. Arvot voivatvaihdella tapauskohtaisesti.

Itsekommutoivista komponenteista kootulla tasasuuntaus-sillalla on useita etuja ja mahdollisuuksia verkkokommutoituuntasasuuntaajaan verrattuna. Verkkokommutoidun tasa-suuntaajan tavoin sekä tasasuuntaus että takaisinsyöttö onmahdollista, mutta tässä laitteessa myös tasajännitetasoa jatehokerrointa voidaan säätää erikseen tehon virtaussuunnastariippumatta.

Tärkeimmät edut ovat:- Turvatoiminto verkkosyöttökatkoksen sattuessa.- Käytön ohjauksen hyvä dynaamiikka myös kentänheiken-

nysalueella.

Virran aaltomuoto

Page 21: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

21Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Syöttöyksikkö

3~

Syöttöyksikkö

Yliaalto nro

InI1

Virta ilmankuristinta

Virta kuristimenkanssa

Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla muutoksilla

7.7Suuremmantasa- taivaihtovirta-kuristimenkäyttö

Kuva 7.5 Verkkovirran yliaallot IGBT-syöttöyksikössä.

Jänniteohjatun vaihtovirtakäytön yliaaltoja voidaan vähentäämerkittävästi kytkemällä tarpeeksi suuri kuristin käytönvaihtovirtasyöttöön tai tasajännitevälipiiriin. Yhä useamminmuuttajan kokoa ja samalla kuristimen kokoa on pienennetty,tai kuristin on jätetty kokonaan huomioimatta. Seurauksetnäkyvät kuvan 7.6 käyrien muodoissa.

- Mahdollisuus tuottaa loistehoa ja kompensoidarinnakkaisten kuormien yliaaltovirtoja.

- Lähes sinimuotoinen syöttövirta pienelläyliaaltosisällöllä. Kuvassa 7.5 on erään käytönmittaustulokset. Kuvaan 7.3 verrattuna voidaan nähdä selväero. IGBT:llä on erittäin pienet yliaallot pienillä taajuuksillaja hieman suuremmat suuremmilla taajuuksilla.

- Jännitteen korotus. Jos syöttöjännite on pieni,tasajännitettä voidaan korottaa, jotta moottorijännite pysyykorkeampana kuin syöttöjännite.

Suurimpana haittana voidaan pitää IGBT-sillan ja ylimääräisensuodatuksen aiheuttamia korkeita kustannuksia.

Page 22: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

22 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

415 V, 50 Hz

5.

7.

11.

13.

17.

19.

23.

25.

THD

Tasavirtainduktanssi/mH = Tämä luku/moottori kW

Ylia

alto

virt

a (p

u)

Kuorma 60 A, Muuntajan teho 50-315 kVA, verkon vikataso 150 MVA

Jänn

ittee

n T

HD

(%

)

Oikosulkusuhde

Ei kuristinta,6-pulssinen

Pieni kuristin,6-pulssinen

Suuri kuristin,6-pulssinen

Suuri kuristin,12-pulssinen

Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla muutoksilla

Kuvan 7.7 kaaviosta nähdään tasavirtakuristimen koonvaikutus yliaaltoihin. Ensimmäisten 25 yliaaltokomponentinteoreettinen THD-minimi on 29 %. Tämä arvo saavutetaan,kun induktanssi on 100 mH jaettuna moottorin kW:lla eli1 mH 100 kW moottorissa (415 V, 50 Hz). Käytännössä onjärkevää, jos induktanssi on noin 25 mH jaettuna moottorinkW:lla, jolloin THD-arvo on noin 45 %. 100 kW moottorissatämä on 0,25 mH.

Kuva 7.7 Yliaaltovirta tasavirtainduktanssin funktiona.

Jännitesärö tietyllä virtasäröllä riippuu syötön oikosulku-suhteesta Rsc. Mitä suurempi suhde on, sitä pienempi onjännitesärö. Tämä näkyy kuvassa 7.8.

Kuva 7.8 THD-jännite vs vaihtovirtakäytön tyyppi ja muuntajan koko.

Page 23: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

23Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Esimerkki: 45 kW moottori kytketään200 kVA muuntajaan. THD = noin 3 %”käytöllä, jossa suuri kuristin” ja noin11 % ”käytöllä ilman kuristinta”

Ylia

alto

jänn

itesä

röLaskelmien syöttötiedot:

Käyttö valittu moottorinmukaanVakiomomenttikuormaJännite 415 VKäytön hyötysuhde = 97%Syötön impedanssi = 10%muuntajan impedanssista

Syöttö-muuntaja

(kVA)

SEIS VASEMMALLE

KÄY

VASEMMALLE

YLÖS

Moottori kW

Ei DC-kuristinta,6-pulssinen

Pieni DC-kuris-tin, 6-pulssinen

Suuri DC-kuris-tin, 6-pulssinenSuuri DC-kuristin, 12-pulssinen

A = Suuri DC-induktanssiB, C = Pieni DC-induktanssiD, E = Ei DC-induktanssia

Yliaaltojen vähentäminen vaihtovirtakäyttöön tehdyillä rakenteellisilla muutoksilla

Kuva 7.9 Kokonaisyliaaltosärön nomogrammi.

Eri valmistajien käytöille tekemien laboratoriotestien tuloksiaon kuvassa 7.10. Suurella DC-kuristimella varustetulla käytölläA on pienin yliaaltovirtasärö, kun taas käytöillä, joissa ei olekuristinta, on suurin särö.

Kuvassa 7.9 on yksinkertainen nomogrammi yliaalto-jännitteiden arviointia varten. Valitse oikealla alhaalla olevastakaaviosta moottorin kilowatit ja muuntajan kVA ja siirryvaakasuorassa vinoviivaan asti, käänny ylöspäin ja pysähdysovellukseesi sopivan käyrän kohdalla. Käänny sittenvasemmalle y-akselille, josta voit lukea yliaaltojännitesärön.

Page 24: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

24 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Suodatus on menetelmä, jolla yliaaltoja voidaan vähentääteollisuuslaitoksessa silloin, kun yliaaltosärö on lisääntynytvähitellen. Suodatusta voidaan myös käyttää uuden laitoksenkokonaisratkaisuna. Suodatukseen voidaan käyttää jokopassiivisia tai aktiivisia suotimia.

Yhdelle taajuudelle viritetyn passiivisuotimen periaate näkyykuvassa 8.1. Tätä suodinta tulisi käyttää pienimmässä yliaalto-komponentissa, kun järjestelmässä generoituu huomattavastiyliaaltoja. Teollisuuden kuormitusjärjestelmissä pienin yliaalto-komponentti olisi todennäköisesti 5. yliaalto. Viritetyntaajuuden yläpuolella yliaallot vaimenevat, kun taas alapuolellane saattavat vahvistua.

8.1 Yhdelletaajuudelleviritettypassiivisuodin

8.2 Monelletaajuudelleviritettypassiivisuodin

Luku 8 - Muita yliaaltojenvähentämismenetelmiä

Viritetty yhdelle taajuudelleViritetyn taajuuden yläpuolella yliaallot vaimenevatViritetyn taajuuden alapuolella yliaallot vahvistuvatYliaaltojen vähenemistä rajoittaa mahdollinenylikompensoituminen syöttötaajuudessa ja itse verkossa

Kapasitiivinen viritetyn taajuuden alapuolella/induktiivinen yläpuolellaParempi yliaaltojen vaimennusSuunnittelussa huomioitava yliaaltojen vahvistuminen suotimessaRajoittajina KVAr ja verkko

Kuva 8.1 Yhdelle taajuudelle viritetty passiivisuodin.

Tällainen suodin koostuu kuristimesta, joka on kytketty rinnankondensaattorin kanssa. Passiivisuotimen paras sijainti onlähellä yliaaltoja synnyttäviä kuormia. Tätä ratkaisua eiyleensä käytetä uusissa asennuksissa.

Tämän suotimen periaate näkyy kuvassa 8.2. Suotimella onuseita haaroja viritettyinä kahteen tai useampaan yliaalto-komponenttiin, joiden tulisi olla järjestelmän pienimpiämerkittäviä yliaaltotaajuuksia. Monitaajuinen suodinvaimentaa yliaallot paremmin kuin yksitaajuinen järjestelmä.

Kuva 8.2 Monelle taajuudelle viritetty passiivisuodin.

Page 25: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

25Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Kuva 8.3 Ulkoisen aktiivisuotimen pääkaavio.

Aktiivisuodin kompensoi epälineaaristen kuormien synnyttä-mät yliaallot generoimalla samat yliaaltokomponentitvastakkaisessa vaiheessa kuten kuvassa 8.4 näkyy. Ulkoisetaktiivisuotimet sopivat parhaiten pieniin ryhmäkäyttöihin. Neovat melko kalliita muihin menetelmiin verrattuna.

Kuva 8.4 Ulkoisen aktiivisuotimen aaltomuodot ja yliaallot.

Vain perus isärö

ikompensointi

Kuorma

Aktiivi-suodin

Virran aaltomuodot

Syöttö

Puhdassyötön

virta

Kuormitus-virta

Aktiivisuotimenvirta

Ylia

allo

tA

alto

muo

do

t

Muita yliaaltojen vähentämismenetelmiä

8.3 Ulkoinenaktiivisuodin

Monihaaraisia passiivisuotimia käytetään yleensä suurtentasavirtakäyttöjen asennuksissa, joissa erillinen muuntajahuolehtii koko asennuksen syötöstä.

Viritetty passiivisuodin tuo uusia resonansseja, jotka voivataiheuttaa lisää yliaalto-ongelmia. Uusien tehoelektroniikka-tekniikoiden seurauksena valmistetaan tuotteita, jotkakykenevät säätämään yliaaltosäröä aktiiviohjauksella. Nämäaktiivisuotimet (kuva 8.3) korvaavat järjestelmän yliaalto-komponentit perustuen nykyiseen yliaaltotuotantoon millätahansa hetkellä.

Page 26: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

26 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

9.5 24-pulssinentasasuuntaajakahdellakolmikäämisellämuuntajalla

9.4 12-pulssinentasasuuntaajakaksikäämisellämuuntajalla

9.3 12-pulssinentasasuuntaajapolycon-muuntajalla

9.2 6-pulssinentasasuuntaajakuristimella

9.1 6-pulssinentasasuuntaajailman kuristinta

Luku 9 - Yhteenveto yliaaltojenvähentämisestä

Yliaaltoja voidaan vähentää monilla eri tavoilla joko käytönsisä- tai ulkopuolella. Kaikilla tavoilla on hyvät ja huonotpuolensa, ja ne kaikki vaikuttavat kustannuksiin. Parasratkaisu riippuu kokonaiskuormituksesta, syötöstä ja pysy-västä säröstä.

Seuraavissa taulukoissa erilaisia sisäisiä toimintoja verrataanperusjärjestelmään, jossa ei ole kuristinta. Yliaaltosisältö onannettu 100 % kuormituksella. Kustannukset pätevät pieniinkäyttöihin, kun taas ryhmäkäytöissä 12-pulssinen ratkaisu onedullisempi.

Valmistuskustannukset 100 %Tyypilliset yliaaltovirran komponentit.

Perus 5.. 7. 11. 13. 17. 19.100 % 63 % 54 % 10 % 6,1 % 6,7 % 4,8 %

Valmistuskustannukset 120 %. AC- tai DC-kuristin lisätty.Tyypilliset yliaaltovirran komponentit.

Perus 5. 7. 11. 13. 17. 19.100 % 30 % 12 % 8,9 % 5,6 % 4,4 % 4,1 %

Valmistuskustannukset 200 %Tyypilliset yliaaltovirran komponentit.

Perus 5. 7. 11. 13. 17. 19.100 % 11 % 5,8 % 6,2 % 4,7 % 1,7 % 1,4 %

Valmistuskustannukset 210 %Tyypilliset yliaaltovirran komponentit.

Perus 5. 7. 11. 13. 17. 19.100 % 3,6 % 2,6 % 7,5 % 5,2 % 1,2 % 1,3 %

Valmistuskustannukset 250 %Tyypilliset yliaaltovirran komponentit.

Perus 5. 7. 11. 13. 17. 19.100 % 4,0 % 2,7 % 1,0 % 0,7 % 1,4 % 1,4 %

Page 27: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

27Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

9.6 AktiivinenIGBT-tasasuuntaaja

Yhteenveto yliaaltojen vähentämisestä

Valmistuskustannukset 250 %. Lisäetuna saadaan sähköinenjarrutus.Tyypilliset yliaaltovirran komponentit.

Perus 5. 7. 11. 13. 17. 19.100 % 2,6 % 3,4 % 3,0 % 0,1 % 2,1 % 2,2 %

Page 28: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

28 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

THD: Tulovirran yliaaltojen kokonaissärö määritellään:

jossa I1 on perustaajuusvirran rms-arvo. Jännitteen THDvoidaan laskea samalla tavalla. Tässä on esimerkki 25pienimmästä yliaaltokomponentista teoreettisilla arvoilla:

PWHD: Osittain painotettu yliaaltosärö määritellään:

Luku 10 - Määritelmät

S: Näennäisteho

P: Pätöteho

Q: Loisteho

Rsc: Oikosulkusuhde on syötön oikosulkutehoyhteiskytkentäpisteessä suhteessa laitteen nimelliseennäennäistehoon.Rsc = Ss / Sn.

ω1: Perusaaltokomponentin kulmataajuusω1 = 2*π*f1, jossa f1 on perustaajuus(esim. 50 Hz tai 60 Hz).

n: Järjestysluku n = 2, 3, ... ∞. Yliaaltotaajuudetmääritellään wn = n*ω1.

In: Verkkovirran n:nnen harmonisen komponentin RMS-arvo.

Zn: Impedanssi taajuudella n*ω1.

%Un: Harmoninen jännitekomponentti prosentteina perus(verkko) jännitteestä.

Page 29: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

29Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Määritelmät

PCC: Yhteiskytkentäpiste eli PCC määritellään tässäoppaassa sellaiseksi pisteeksi, joka voi ollayhteinen käytettävälle laitteelle ja muille laitteille.Yhteiskytkentäpisteellä on useita eri määritelmiä eristandardeissa, ja näitä määritelmiä on tulkittu eriteoksissa eri tavoin. Tähän valittu määritelmä onkatsottu teknisesti hyväksi.

PF: Tehokerroin määritellään PF = P/S (teho/ voltti-ampeeri) = I1 / Is * DPF (sinimuotoinen virta PFon yhtäsuuri kuin DPF).

DPF: Tehokertoimeksi määritellään cosφ1, jossaφ1 on laitteen virran ja jännitteen perustaajuustenkomponenttien välinen vaihekulma.

Page 30: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

30 Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

kolmikäämi 265. yliaalto 76-pulssinen tasasuuntaaja 7,18, 19, 206-pulssinen kolmivaiheinentasasuuntaaja 712-pulssinen tasasuuntaaja 18,19, 2024-pulssinen tasasuuntaaja 18,19

AABB 5, 10aktiivisuodin 24, 25alipäästösuodin 18American National Standard 14asennus 9, 12, 14, 15, 19, 24, 25

CCE-merkintä 12

DDriveSize 9, 10, 11

Eelektroniikkalaite 8elektroninen näyttö 8elektroninen valonsäädin 8EMC-tuotestandardi 12epälineaarinen kuorma 6, 8, 15,16Euroopan talousalue 12

Hharmoninen kokonaissärö 10,15, 23, 28hitsauslaitteet 8

IIGBT-silta 20, 21induktanssi 17, 18, 22, 23

Jjännite 6, 9, 11, 12, 13, 14, 17,18, 19, 20, 21, 22, 23jännitteen korotus 21

Kkatkaisija 8kaksikääminen muuntaja 19kolmikääminen 26kolmikääminen muuntaja 19kommutointihäiriö 20kuormitustiedot 9kuristin 18, 21, 22, 23, 24, 26

Llaboratoriotesti 23laskeminen 5, 9, 11, 12, 15, 16,23liityntäpiste 12loisteho 21, 28lähde 6, 8, 9, 21

Mmittalaitteet 8monitaajuinen passiivisuodin24, 25moottorin valinta 10moottorin käynnistin 8muuntaja 9, 10muuttaja 6, 9, 12, 18, 20, 21muuttajakuorma 6

Nnopeussäädetyt käytöt 8näennäisteho 28

Ooikosulkusuhde 22, 28oikosulkuteho 14, 16, 17, 28

Ppassiivisuodin 24, 25PDS-käyttö 12perustaajuus 7, 28, 29PHD 12PWHD 14, 28pätöteho 28

Luku 11 - Hakemisto

Page 31: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

31Tekninen opas nro 6 - Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas

Hakemisto

Rrakenteellinen muutos 17, 18,19, 20, 21, 22, 23raportti 11

Sstandardi 12, 13, 14, 15, 18, 20,29suodatus 17, 18, 21, 24syöttöjännite 6, 21, 29syöttökaapeli 18syöttömuuntaja 18sähkömagneettinenyhteensopivuus (EMC) 22sähkönjakelu 6särön laskeminen 5, 6särönomogrammi 23

Ttaajuus 9, 12, 13, 14, 19, 24,28, 29takaisinsyöttötila 20tasasuuntaaja 5, 6, 7, 17, 18,19, 20, 26, 27tasasuuntaustila 20tasavirta 18tasavirtakondensaattori 18tehokerroin 16, 20, 29teollisuusasennus 12THD 12, 14, 22, 23, 28tietokone 8tyristori 17, 19, 20

Uulkoinen suodatus 17UPS-laitteet 8

Vvaihtosuuntaajan valinta 10vaihtosuuntaajansyöttöyksikön tiedot 10vaihtovirtakuristin 21vaikutus 5, 6, 8, 17, 18, 21, 22valmistuskustannukset 26, 27

verkko 10verkkokommutoitutasasuuntaaja 20verkkomuuntaja 6verkkoviranomainen 14verkkovirta 6, 18, 21verkon impedanssi 9vähentämismenetelmät 5, 26

Yyhteensopivuusraja 12, 13yhteinen tasajännitevälipiiri 19yhteiskytkentäpiste 15, 29yksitaajuinen passiivisuodin24yliaaltoilmiö 6, 7yliaaltojen vähentäminen 17,24, 25yliaaltojännite 23, 28yliaaltokomponentti 7, 19, 22,24, 25, 28yliaaltoraja 12, 13, 14, 15, 16yliaaltosärö 6, 8, 9, 12, 14, 15,16, 19, 23, 25, 28yliaaltovirrat 6, 7, 9, 11, 12, 13,15, 20, 21, 22, 23, 26, 27ylikuumeneminen 8

Page 32: Vaihtovirtakäyttöjen yliaalto-opas...syöttävässä verkossa. Tämän teknisen oppaan tarkoituksena on auttaa asiakkaita ymmärtämään mahdollisia yliaalto-ongelmia ja varmistaa,

AB

B In

dustry O

yTuotem

yyntiP

L 18200381 H

elsinkiP

uhelin010 222 000

Telekopio010 222 2913

Internethttp://w

ww

.abb.fi

Copyright © ABB Automation Group Ltd, 2001 3BFE64440225 R0105 Oikeudet muutoksiin ilman erillistä ilmoitusta pidätetään.FI 27.02.2001