In qualità di fornitore di VFD VF Control, spesso incontro domande da parte dei clienti sul contenuto armonico di questi azionamenti. In questo post del blog, approfondirò cos'è il contenuto armonico, perché è importante nei VFD VF Control e come influisce sulle prestazioni generali dei tuoi sistemi.
Comprendere le armoniche
Per cominciare, chiariamo cosa sono le armoniche. In un sistema elettrico, la frequenza fondamentale è la frequenza principale della corrente alternata (CA), tipicamente 50 o 60 Hz a seconda della regione. Le armoniche sono frequenze che sono multipli interi di questa frequenza fondamentale. Ad esempio, la 2a armonica è il doppio della frequenza fondamentale, la 3a armonica è tre volte la frequenza fondamentale e così via.
Le armoniche vengono generate nei sistemi elettrici quando sono presenti carichi non lineari. Un carico non lineare è quello in cui la corrente assorbita non è proporzionale alla tensione applicata. I VFD VF Control rientrano in questa categoria. Quando un VFD converte l'alimentazione CA in ingresso in CC e poi di nuovo in CA a una frequenza variabile, introduce non linearità nella forma d'onda della corrente, che a loro volta generano armoniche.
La generazione di armoniche nei VFD di controllo VF
I VFD VF Control utilizzano dispositivi elettronici di potenza come diodi, tiristori e transistor bipolari a gate isolato (IGBT). Questi dispositivi attivano e disattivano la corrente elettrica ad alte frequenze per controllare la tensione e la frequenza di uscita. Durante il processo di commutazione, la forma d'onda della corrente si discosta da un'onda sinusoidale pura, provocando la generazione di armoniche.
La sezione raddrizzatore di un VFD, che converte la corrente alternata in corrente continua, è una delle principali fonti di armoniche. La maggior parte dei VFD utilizza un raddrizzatore a sei impulsi, che genera quantità significative di 5a, 7a, 11a e 13a armonica. Maggiore è l'ordine dell'armonica, minore è la sua ampiezza, ma anche queste armoniche di ampiezza inferiore possono avere un impatto sul sistema.
Perché il contenuto armonico è importante
Il contenuto armonico in un VFD VF Control può avere diversi effetti negativi sul sistema elettrico e sulle apparecchiature collegate:
1. Surriscaldamento delle apparecchiature
Le armoniche causano un ulteriore riscaldamento nelle apparecchiature elettriche come trasformatori, motori e cavi. La corrente aggiuntiva dovuta alle armoniche aumenta le perdite resistive (perdite I²R) in questi componenti. Nel tempo, ciò può portare all'invecchiamento precoce dell'isolamento, alla riduzione della durata dell'apparecchiatura e persino al guasto dell'apparecchiatura.
2. Distorsione di tensione
Le armoniche possono causare distorsioni di tensione nel sistema elettrico. Quando la forma d'onda della corrente è distorta a causa delle armoniche, crea una caduta di tensione attraverso l'impedenza del sistema. Questa caduta di tensione contiene componenti armoniche che possono influenzare le prestazioni di altre apparecchiature sensibili collegate alla stessa alimentazione. Ad esempio, computer, dispositivi di comunicazione e altre apparecchiature elettroniche potrebbero presentare malfunzionamenti a causa della distorsione della tensione.
3. Interferenze con altre apparecchiature
Le armoniche possono anche causare interferenze elettromagnetiche (EMI) con altre apparecchiature elettriche ed elettroniche. I componenti ad alta frequenza delle armoniche possono irradiare energia elettromagnetica, che può interferire con il normale funzionamento delle apparecchiature vicine come ricevitori radio, sensori e sistemi di controllo.
Misurazione del contenuto armonico
Per valutare il contenuto armonico in un VFD di controllo VF, vengono comunemente utilizzati diversi parametri:
1. Distorsione armonica totale (THD):
Il THD è una misura della distorsione complessiva della forma d'onda di corrente o tensione dovuta alle armoniche. È espresso in percentuale e rappresenta il rapporto tra il valore efficace (RMS) di tutte le componenti armoniche e il valore RMS della componente fondamentale. Un valore THD inferiore indica una forma d'onda più pulita con una minore distorsione armonica.
2. Ampiezze armoniche individuali:
Oltre al THD è importante misurare anche le ampiezze delle singole armoniche. Ciò aiuta a identificare le armoniche specifiche che causano problemi e a determinare le misure di mitigazione appropriate.
Mitigare il contenuto armonico
In qualità di fornitore VFD di VF Control, offriamo diverse soluzioni per mitigare il contenuto armonico nei nostri azionamenti:
1. Filtri passivi
I filtri passivi sono il metodo più comune di mitigazione delle armoniche. Questi filtri sono costituiti da induttori, condensatori e resistori collegati in una configurazione specifica per assorbire o bloccare le correnti armoniche. I filtri passivi possono essere progettati per individuare armoniche specifiche o per ridurre il THD complessivo.
2. Filtri attivi
I filtri attivi sono più avanzati e possono fornire una migliore mitigazione delle armoniche rispetto ai filtri passivi. Questi filtri utilizzano l'elettronica di potenza per generare una corrente di compensazione uguale in grandezza ma opposta in fase alla corrente armonica. Ciò annulla efficacemente la corrente armonica nel sistema.
3. Raddrizzatori multiimpulso
Invece di utilizzare un raddrizzatore standard a sei impulsi, è possibile utilizzare raddrizzatori multiimpulsi come i raddrizzatori a 12 o 18 impulsi. Questi raddrizzatori riducono il contenuto armonico aumentando il numero di impulsi nel processo di rettifica, il che si traduce in una tensione CC più pulita e correnti armoniche inferiori.
Impatto sulle prestazioni del sistema
Il contenuto armonico in un VFD VF Control può avere un impatto significativo sulle prestazioni dell'intero sistema. Riducendo il contenuto armonico, possiamo migliorare l'efficienza del sistema elettrico, ridurre il consumo di energia e aumentare l'affidabilità delle apparecchiature collegate. Ad esempio, un motore che funziona con un'alimentazione più pulita (contenuto armonico inferiore) funzionerà in modo più fluido, con meno vibrazioni e rumore e avrà una durata maggiore.
Applicazioni e considerazioni
I VFD VF Control sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui macchinari industriali, sistemi HVAC e sistemi di energia rinnovabile. In ogni applicazione, il contenuto armonico deve essere attentamente considerato. Ad esempio, in un processo industriale delicato, anche una piccola quantità di distorsione armonica può causare problemi di qualità del prodotto. In un sistema HVAC, un elevato contenuto armonico può portare ad un aumento del consumo di energia e al guasto prematuro delle apparecchiature.
Quando si seleziona un VFD VF Control per un'applicazione specifica, è importante considerare i requisiti armonici del sistema. Alcune applicazioni potrebbero richiedere un VFD con un THD molto basso, mentre altre potrebbero essere più tolleranti alla distorsione armonica. Il nostro team di esperti può aiutarti a scegliere la giusta soluzione VFD e di mitigazione delle armoniche per le tue esigenze specifiche.
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Riferimenti
- "Qualità dell'energia nei sistemi elettrici" di Math HJ Bollen
- "Azionamenti a frequenza variabile: selezione, applicazione e manutenzione" di Dan M. Ionel e Giri K. Venkataramanan