Описание
Фильтры RAUHF производятся на основании соглашения между компанией «MIRUS International Corporation» (Канада) и СПИК СЗМА (Россия) о передаче последней прав OEM-производителя универсального фильтра подавления гармоник RAUHF на территории России.
Существующие методы подавления гармоник (линейные реакторы, многопульсные схемы, резонансные или широкополосные пассивные и активные фильтры) зачастую недостаточно надежны, неэффективны и дорогостоящи. Инновационный фильтр RAUHF — это эффективное устройство пассивного подавления гармоник в питающей сети. Это устройство соответствует всем требованиям ГОСТ 13109 и стандарта IEEE STD, при этом имеет сопоставимые с другими устройствами габариты и стоимость.
Для расчета срока окупаемости входного фильтра RAUHF создан программный модуль, работающий в составе программного комплекса SOLV и определяющий эффективность применения фильтра, за счет экономии электроэнергии на основании данных двух последовательных расчетов в SOLV с фильтром и без фильтра. (Пример расчета)
Основные характеристики
- подавление основных гармонических искажений тока и напряжения, генерируемых в питающую сеть частотно-регулируемыми приводами (ЧРП) и иными трехфазными выпрямителями (5-ая, 7-ая, 11-ая, 13-ая и т.д.)
- простое подключение к входу одиночного электропривода
- подавление всего спектра гармоник, генерируемых ЧРП
- эквивалент 18-пульсной схеме выпрямления при работе с 6-пульсным выпрямителем
- отсутствие необходимости проведения дорогостоящих исследований гармоник, снижение влияния на сеть до норм, предусмотренных ГОСТ 13109
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и значение коэффициента гармонических составляющих напряжения, соответствующие нормам ГОСТ 13109
- коэффициент мощности 0.98 — 0.95, КПД>99%
- совместимость с двигателями-генераторами (емкостное сопротивление < 15% от полной мощности даже при малых нагрузках)
- отсутствие резонанса с другими компонентами силовой цепи, нечувствительность к гармоническим искажениям со стороны питающей сети
- подавление импульсных перенапряжений, вызванных коммутацией емкостной нагрузки и другими резкими изменениями нагрузки
- подавление гармоник частотно-регулируемых приводов (ЧРП)
Входные выпрямители трехфазных шестипульсных преобразователей частоты, применяемые в электроприводах, считаются нелинейными, т.к. ток на выходе является несинусоидальным. Они генерируют преимущественно 5, 7, 11 и 13 гармоники тока. Гармоники тока обуславливают ряд проблем в питающих сетях, таких как:
- выход из строя конденсаторов, используемых для повышения коэффициента мощности
- перегрев кабелей, трансформаторов и другого оборудования
- искажение кривой напряжения, особенно при работе резервных аварийных генераторов
- ложное срабатывание входных автоматов
- преждевременный выход из строя двигателей, генераторов: как следствие — ложные срабатывания и отказы компонентов слаботочного оборудования
Существующие способы подавления гармоник
Известны различные способы подавления гармоник электроприводов. Каждый из них имеет свои преимущества, однако по соотношении цены и эффективности все они уступают входным фильтрам RAUHF.
- реакторы и дроссели: экономически целесообразное, но недостаточно эффективное решение; их высокий импеданс может вызывать всплеск напряжения в аварийных режимах
- традиционные или задерживающие фильтры: требуют настройки на определенную частоту гармоник. Кроме этого, фильтры подвержены резонансу с другими компонентами и не подавляют гармоники, поступающие из сети на выход фильтра
- широкополосные фильтры: более эффективны, по сравнению с резонансными фильтрами, но при этом имеют более высокую стоимость. Хотя данные фильтры решают ряд проблем, с которыми сталкиваются резонансные фильтры, их эксплуатация не является надежной и безаварийной. В частности, из-за значительной емкости конденсаторов может возникать опережающий коэффициент мощности, который, в свою очередь, вызывает проблемы с регулированием возбуждения генератора
- входной фильтр RAUHF: в многопульсных системах для уменьшения гармоник обеспечивается сдвиг фаз между выпрямителями. В 18-ти и 24-пульсных системах коэффициент гармонических искажений кривой тока (THID) может быть менее 8%, но эти системы имеют большие габариты, меньшую эффективность и высокую стоимость
- фазосдвигающие трансформаторы: представляют собой экономически выгодный способ подавления гармоник, однако требуют одновременной работы нескольких 6-пульсных выпрямительных нагрузок. Квазидвенадцатипульсная схема может быть получена посредством сдвига фаз одного электропривода относительно другого такого же привода. Для получения 18-ти и 24-пульсных схем, необходимо использовать три или четыре преобразователя соответственно
- активные фильтры работают по следующему принципу: измеряется ток гармоник и для их подавления подаются токи обратной полярности. Активные фильтры обладают высокой производительностью, но они дороги и менее надежны
Входной фильтр RAUHF
- обеспечивает подавление всех основных гармоник и позволяет достичь результатов, сопоставимых с эффективностью активных фильтров или многопульсных систем. В сравнительном анализе сопоставлены результаты испытаний на гармоники частотного преобразователя 45 кВт с различными пассивными способами подавления гармоник
- позволяет уменьшить коэффициент искажения кривой тока более чем в 10 раз и получить значение коэффициента мощности, близкое к единице. Конечный результат представляет собой линейную нагрузку с некритичным уровнем гармоник
- пассивное устройство, имеющее принципиально новую конструкцию реактора и малогабаритный блок конденсатора. Благодаря этому обеспечивается подавление всех основных гармонических токов (включая радиочастотные помехи), генерируемых частотным преобразователем и иными трехфазными, 6-пульсными выпрямительными нагрузками. Полный коэффициент гармонических искажений тока (THID) составляет менее 8%, а зачастую не превышает 5%
Гармоники, генерируемые внешними источниками
Традиционный заградительный фильтр подключается параллельно и не имеет строго заданных приоритетов по направлению срабатывания. Таким образом, возможна его перегрузка под воздействием гармоник от нелинейных нагрузок, присутствующих в сети. Напротив, RAUHF обладает высоким сопротивлением по отношению к гармоникам из сети, что исключает случайное пропускание гармоник и перегрузку.
Системный резонанс
При частотах ниже заданной, работа традиционного фильтра имеет емкостной характер. При этом возникает резонанс с собственной индуктивностью системы питания. При настройке фильтра на более высокие гармоники, например, 11-ую, возможен резонанс при более низких частотах гармоник – 5-ой или 7-ой. Собственная резонансная частота RAUHF ниже частоты резонанса основных гармоник, что позволяет исключить возникновение резонанса.
Опережающий коэффициент мощности
Большой блок конденсаторов, используемый в заградительных и широкополосных фильтрах представляет собой высокое емкостное сопротивление, особенно при малых нагрузках. Это является преимуществом в случаях, когда необходимо улучшение коэффициента реактивной мощности. Однако, в большинстве частотных преобразователей, коэффициент реактивной мощности является высоким и компенсации индуктивных нагрузок не требуется, более того, она может стать проблемой при использовании аварийных резервных генераторов. Для решения данной проблемы сложные фильтры снабжены механизмом выключения конденсаторов при малых нагрузках, что приводит к увеличению стоимости и сложности оборудования. Даже при отсутствии нагрузки, емкостное сопротивление (KVAR) фильтра RAUHF составляет менее 15% от мощности фильтра (кВА). Этим обеспечивается совместимость с двигателями-генераторами без выключения конденсаторов.
Уменьшение гармонического искажения
Эффективность задерживающего фильтра зависит от числа гармоник ненастроенных частот и остаточных гармоник заданных частот. Для получения коэффициента искажения кривой тока ниже 15% зачастую требуется несколько настроечных звеньев. Широкополосные фильтры обеспечивают коэффициент искажения кривой тока менее 12%, однако для этого требуется применение крупногабаритных конденсаторов. RAUHF уменьшает искажение до уровня ниже 8%, а зачастую и 5% при полной нагрузке.
Возможность исключения разделительных трансформаторов (для ЧРП)
Зачастую совместно с частотными преобразователями применяют разделительные трансформаторы. Считается, что многие проблемы можно решить, «отделив» частотный преобразователь от системы питания. Действительно, благодаря собственному сопротивлению и гальванической развязке, разделительный трансформатор обеспечивает защиту, в частности, в отношении коммутационного перенапряжения конденсатора и высокочастотных помех. Однако, разделительный трансформатор не обеспечивает защиты питающей сети от гармоник частотного преобразователя.
Благодаря высокому проходному сопротивлению, RAUHF обладает теми же преимуществами, что и разделительный трансформатор, а также подавляет гармоники, генерируемые частотным преобразователем в питающую сеть. При этом RAUHF занимает меньше места и обладает более высокой эффективностью. Применение RAUHF исключает необходимость использования разделительных трансформаторов, а для установленных выше в системе трансформаторов показатель К-фактора (коэффициента увеличения потерь от нелинейности нагрузки) становится несущественным.