Les convertisseurs de fréquence sont largement utilisés dans l'industrie des systèmes de transmission à vitesse variable dans la production industrielle.En raison des caractéristiques de commutation de puissance du circuit redresseur onduleur, une charge système discrète typique est générée sur son alimentation à découpage.Le variateur de fréquence fonctionne généralement simultanément avec d'autres appareils tels que des ordinateurs et des capteurs sur site.Ces appareils sont pour la plupart installés à proximité et peuvent s’influencer mutuellement.Par conséquent, les équipements électroniques de puissance représentés par les convertisseurs de fréquence sont l’une des sources harmoniques importantes du réseau électrique public, et la pollution harmonique générée par les équipements électroniques de puissance est devenue le principal obstacle au développement de la technologie électronique de puissance elle-même.
1.1 Que sont les harmoniques
La cause première des harmoniques est la charge discrète du système.Lorsqu'un courant traverse la charge, il n'y a pas de relation linéaire avec la tension appliquée et un courant autre qu'une onde sinusoïdale circule, générant des harmoniques plus élevées.Les fréquences harmoniques sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale.Selon le principe d'analyse du mathématicien français Fourier (M.Fourier), toute forme d'onde répétitive peut être décomposée en composantes d'onde sinusoïdale comprenant la fréquence fondamentale et les harmoniques d'une série de multiples de fréquence fondamentale.Les harmoniques sont des formes d'onde sinusoïdales et chaque forme d'onde sinusoïdale a souvent une fréquence, une amplitude et un angle de phase différents.Les harmoniques peuvent être divisées en harmoniques paires et impaires, les troisième, cinquième et septième nombres sont des harmoniques impaires et les deuxième, quatorzième, sixième et huitième nombres sont des harmoniques paires.Par exemple, lorsque l’onde fondamentale est de 50 Hz, la deuxième harmonique est de 10 Hz et la troisième harmonique est de 150 Hz.En général, les harmoniques impaires sont plus dommageables que les harmoniques paires.Dans un système triphasé équilibré, en raison de la symétrie, les harmoniques paires ont été éliminées et seules les harmoniques impaires existent.Pour la charge du redresseur triphasé, le courant harmonique est un harmonique 6n 1, tel que 5, 7, 11, 13, 17, 19, etc. La touche de démarrage progressif provoque les 5ème et 7ème harmoniques.
1.2 Normes pertinentes pour le contrôle des harmoniques
Le contrôle des harmoniques de l'onduleur doit prêter attention aux normes suivantes : normes anti-interférences : EN50082-1, -2, EN61800-3 : normes de rayonnement : EN5008l-1, -2, EN61800-3.Surtout IEC10003, IEC1800-3 (EN61800-3), IEC555 (EN60555) et IEEE519-1992.
Les normes générales anti-interférences EN50081 et EN50082 et la norme des convertisseurs de fréquence EN61800 (1ECl800-3) définissent les niveaux de rayonnement et d'anti-interférence des équipements fonctionnant dans différents environnements.Les normes mentionnées ci-dessus définissent les niveaux de rayonnement acceptables dans différentes conditions environnementales : niveau L, pas de limite de rayonnement.Il convient aux utilisateurs qui utilisent des démarreurs progressifs dans des environnements naturels non affectés et aux utilisateurs qui résolvent eux-mêmes les restrictions relatives aux sources de rayonnement.La classe h est la limite spécifiée par EN61800-3, premier environnement : distribution limite, deuxième environnement.En option pour le filtre radiofréquence, équipé d'un filtre radiofréquence, le démarreur progressif peut atteindre le niveau commercial, qui est généralement utilisé dans un environnement non industriel.
2 Mesures de contrôle des harmoniques
Les problèmes harmoniques peuvent être gérés, les interférences de rayonnement et les interférences du système d'alimentation peuvent être supprimées, et des mesures techniques telles que le blindage, l'isolation, la mise à la terre et le filtrage peuvent être adoptées.
(1) Appliquer un filtre passif ou un filtre actif ;
(2) Soulevez le transformateur, réduisez l'impédance caractéristique du circuit et débranchez la ligne électrique ;
(3) Utilisez un démarreur progressif vert, pas de pollution par courant pulsé.
2.1 Utilisation de filtres passifs ou actifs
Les filtres passifs conviennent pour modifier l'impédance caractéristique des alimentations à découpage à des fréquences spéciales et conviennent aux systèmes stables et ne changeant pas.Les filtres actifs conviennent pour compenser les charges discrètes du système.
Les filtres passifs conviennent aux méthodes traditionnelles.Le filtre passif est apparu pour la première fois en raison de sa structure simple et claire, de son faible investissement dans le projet, de sa fiabilité de fonctionnement élevée et de son faible coût de fonctionnement.Ils restent le moyen clé pour supprimer les courants pulsés.Le filtre LC est un dispositif passif traditionnel de suppression des harmoniques d’ordre élevé.Il s'agit d'une combinaison appropriée de condensateurs de filtrage, de selfs et de résistances, et elle est connectée en parallèle avec la source d'harmoniques d'ordre élevé.En plus de la fonction de filtrage, il dispose également d'une fonction de compensation invalide.De tels dispositifs présentent des inconvénients insurmontables.La clé est très facile à surcharger, et elle grillera en cas de surcharge, ce qui entraînera un dépassement du facteur de puissance par rapport à la norme, à la compensation et à la punition.De plus, les filtres passifs sont hors de contrôle, donc au fil du temps, une fragilisation supplémentaire ou des changements de charge du réseau modifieront la résonance série et réduiront l'effet du filtre.Plus important encore, le filtre passif ne peut filtrer qu'une seule composante harmonique d'ordre élevé (s'il y a un filtre, il ne peut filtrer que la troisième harmonique), de sorte que si différentes fréquences harmoniques d'ordre élevé sont filtrées, différents filtres peuvent être utilisés pour augmenter investissement en matériel.
Il existe de nombreux types de filtres actifs dans divers pays du monde, qui peuvent suivre et compenser des courants d'impulsion de différentes fréquences et amplitudes, et les caractéristiques de compensation ne seront pas affectées par l'impédance caractéristique du réseau électrique.La théorie de base des filtres d'ingénierie de puissance active est née dans les années 1960, suivie par l'amélioration de la technologie des circuits intégrés à contrôle total de puissance de sortie de grande, moyenne et petite puissance, l'amélioration du système de contrôle de modulation de largeur d'impulsion et les harmoniques basées sur le théorie de la charge réactive à vitesse instantanée.La proposition claire de la méthode actuelle de surveillance de la vitesse instantanée a conduit au développement rapide de filtres actifs d’ingénierie énergétique.Son concept de base est de surveiller le courant harmonique provenant de la cible de compensation, et l'équipement de compensation crée une bande de fréquence de courant de compensation de même taille et de polarité opposée que le courant harmonique, de manière à compenser le courant d'impulsion provoqué par le courant d'impulsion. source de la ligne d'origine, puis faire le courant du réseau électrique. Seules les portions fondamentales sont incluses.La partie principale est le générateur d'ondes harmoniques et le système de contrôle automatique, c'est-à-dire qu'il fonctionne grâce à la technologie de traitement d'image numérique qui contrôle la triode rapide de la couche isolante.
À ce stade, dans le domaine du contrôle spécial du courant pulsé, des filtres passifs et des filtres actifs sont apparus sous la forme d'applications complémentaires et mixtes, exploitant pleinement les avantages des filtres actifs tels qu'une structure simple et claire, une maintenance facile, un faible coût. , et de bonnes performances de rémunération.Il élimine les défauts liés au grand volume et au coût accru du filtre actif, et combine les deux pour permettre à l'ensemble du logiciel système d'obtenir d'excellentes performances.
2.2 Réduire l'impédance de la boucle et couper la méthode de la ligne de transmission
La cause première de la génération d'harmoniques est due à l'utilisation de charges non linéaires. Par conséquent, la solution de base consiste à séparer les lignes électriques des charges génératrices d'harmoniques des lignes électriques des charges sensibles aux harmoniques.Le courant déformé généré par la charge non linéaire produit une chute de tension déformée sur l'impédance du câble, et la forme d'onde de tension déformée synthétisée est appliquée à d'autres charges connectées à la même ligne, où circulent des courants harmoniques plus élevés.Par conséquent, les mesures visant à réduire les dommages dus aux courants d'impulsion peuvent également être maintenues en augmentant la section transversale du câble et en réduisant l'impédance de la boucle.À l'heure actuelle, des méthodes telles que l'augmentation de la capacité du transformateur, l'augmentation de la section transversale des câbles, en particulier l'augmentation de la section transversale des câbles neutres, et la sélection de composants de protection tels que des disjoncteurs et des fusibles, sont largement utilisées en Chine.Cependant, cette méthode ne peut pas éliminer fondamentalement les harmoniques, mais réduit les caractéristiques et les fonctions de protection, augmente les investissements et augmente les dangers cachés dans le système d'alimentation électrique.Connectez des charges linéaires et des charges non linéaires à partir de la même alimentation
Les points de sortie (PCC) commencent à alimenter le circuit individuellement, de sorte que la tension hors cadre des charges discrètes ne peut pas être transférée à la charge linéaire.C'est une solution idéale au problème harmonique actuel.
2.3 Appliquer la puissance de l'onduleur vert émeraude sans pollution harmonique
La norme de qualité de l'onduleur vert est que les courants d'entrée et de sortie sont des ondes sinusoïdales, le facteur de puissance d'entrée est contrôlable, le facteur de puissance peut être réglé sur 1 sous n'importe quelle charge et la fréquence de sortie de la fréquence industrielle peut être contrôlée arbitrairement.Le réacteur AC intégré du convertisseur de fréquence peut bien supprimer les harmoniques et protéger le pont redresseur de l'influence de l'onde raide instantanée de la tension d'alimentation.La pratique montre que le courant harmonique sans réacteur est évidemment plus élevé que celui avec réacteur.Afin de réduire les interférences causées par la pollution harmonique, un filtre antibruit est installé dans le circuit de sortie du variateur de fréquence.Lorsque le variateur de fréquence le permet, la fréquence porteuse du variateur de fréquence est réduite.De plus, dans les convertisseurs de fréquence haute puissance, un redressement à 12 ou 18 impulsions est généralement utilisé, réduisant ainsi le contenu harmonique de l'alimentation électrique en éliminant les harmoniques faibles.Par exemple, pour 12 impulsions, les harmoniques les plus basses sont les 11ème, 13ème, 23ème et 25ème harmoniques.De même, pour 18 impulsions uniques, les quelques harmoniques sont les 17ème et 19ème harmoniques.
La technologie à faibles harmoniques utilisée dans les démarreurs progressifs peut être résumée comme suit :
(1) La multiplication en série du module d'alimentation de l'onduleur sélectionne 2 ou environ 2 modules d'alimentation de l'onduleur connectés en série et élimine les composantes harmoniques en fonction de l'accumulation de forme d'onde.
(2) Le circuit redresseur augmente.Les démarreurs progressifs à modulation de largeur d'impulsion utilisent des redresseurs à 121, 18 ou 24 impulsions pour réduire les courants d'impulsion.
(3) Réutilisation des modules de puissance de l'onduleur en série, en utilisant 30 modules de puissance de l'onduleur en série à impulsion unique et en réutilisant le circuit de puissance, le courant d'impulsion peut être réduit.
(4) Utilisez une nouvelle méthode de modulation de conversion de fréquence CC, telle que la modulation en diamant du matériau vectoriel de tension de fonctionnement.À l'heure actuelle, de nombreux fabricants d'onduleurs attachent une grande importance au problème des harmoniques, assurent techniquement l'écologisation de l'onduleur pendant la conception et résolvent fondamentalement le problème des harmoniques.
3 Conclusion
En général, on peut clairement comprendre la cause des harmoniques.En termes de fonctionnement réel, les gens peuvent choisir des filtres passifs et des filtres actifs pour réduire l'impédance caractéristique de la boucle, couper le chemin relatif de transmission des harmoniques, développer et appliquer des démarreurs progressifs verts sans pollution harmonique et transformer les harmoniques douces générées par les démarreurs sont contrôlés dans une petite plage.
Heure de publication : 13 avril 2023