Aktív bemenettel szerelt frekvenciaváltók aktuális kérdései
Visszatáplálás és felharmonikus-csökkentés egyszerre? Érdemes-e visszatáplálásra képes frekvenciaváltót csak alacsony harmonikus torzítású megoldásként használni?
A klasszikus frekvenciaváltók diódás egyenirányítója nem tette lehetővé a hálózatba történő visszatáplálást külső eszköz nélkül még akkor sem, ha a hajtott alkalmazás ezt a megoldást indokolttá tette. Két megoldás kínálkozott tehát: a mozgási energia eldisszipálása fékellenálláson, vagy külső – a frekvenciaváltó közbenső egyenfeszültségű köréhez csatlakoztatott – visszatápláló modulon keresztüli visszajuttatása a betápláló hálózatba.
A frekvenciaváltóknál felmerült következő kihívás a felharmonikus áramok megjelenése. A felharmonikus áramok kiváltó oka a gyenge hálózatok üzembiztos működéséhez szükséges, nagy kapacitású közbensőköri kondenzátorok töltőárama. Ha a kondenzátor feszültsége az egyenirányított hálózati feszültség értéke alá esik, akkor impulzusszerű töltőáram indul meg. Ennek az impulzusnak a nagyságát fojtótekercsekkel lehet simítani, de az eredmény nem tökéletes. A teljes harmonikus áramtorzítás fojtók nélkül akár 100%-nál is nagyobb lehet, fojtóval viszont 38…48% körül alakul.
Már elérhetők az úgynevezett aktív bemenettel (Active Front-End = AFE) szerelt frekvenciaváltók. Az ilyen készülékek a megszokott háromfázisú, kétutas, hatütemű diódás egyenirányító helyett az inverterfokozattal megegyezően hat darab vezérelt félvezetőt használnak a hálózati feszültség egyenirányítására.
A vezérelt félvezetős híd a visszatáplálás megvalósításán kívül a hálózati zavarokkal szemben is ellenállóbbá teszi a hajtást, és egyúttal szinuszos áramfelvételt is biztosít. A két fenti problémára tehát látszólag tökéletes megoldást nyújt, de a kép ennél árnyaltabb. A félvezetők kapcsolási frekvenciája – a teljesítménytől függően – jellemzően a 60. és a 70. felharmonikus közé esik.
Az aktív bemenetet használó frekvenciaváltók és az újabb konstrukciójú kapcsolóüzemű tápegységek úgy vannak kialakítva, hogy az ötvenedik felharmonikusig, azaz 2,5 kHz frekvenciájú áramig alacsony felharmonikus terhelést jelentsenek a hálózat felé. Az 50. felharmonikustól jelentkező magasabb rendszámú áramok jellemzően kapcsolási jelenségekből származnak. A frekvenciaváltók mellett szolárinverterek, a hibrid- és elektromos autók töltői és egyéb nagyfrekvenciával működő teljesítményelektronikai eszközök juttathatnak az elektromos hálózatra ilyen zavarokat.
Danfoss VLT® LHD alacsony felharmonikus torzítású frekvenciaváltók
A rádiófrekvenciás kompatibilitást biztosító, jelenleg érvényben lévő előírások a 2 kHz alatti és a 150 kHz feletti jelekre vonatkoznak. A felharmonikus áramokról általában az 50 Hz-es alapharmonikus áram ötvenedik felharmonikusáig szoktunk beszélni. Ennek az az oka, hogy a vezéreletlen egyenirányítós frekvenciaváltók, illetve a régebbi és a még használatban lévő elektronikus eszközök is ebben a sávban okozhatnak zavarokat.
A 2 kHz alatti területet a felharmonikus áramokra és feszültségekre vonatkozó előírások és ajánlások szabályozzák. Ilyenek például az EN50160, az EN61000-4-2 vagy az IEEE 519. A 150 kHz-nél nagyobb frekvenciájú vezetett és sugárzott zavarokra a rádiókommunikáció zavartalansága miatt létrehozott elektromágneses kompatibilitási szabványok (EN55011, EN61800-3) adnak útmutatást.
A 2 kHz és a 150 kHz közé eső frekvenciatartomány szabályozása hiányos. Ezen belül a 2 kHz és a 9 kHz közé eső tartományra az EN61000-2-4 szabvány ad iránymutatást. A szabvány három osztályt határoz meg. Az 1. osztály a közcélú hálózatoknál is érzékenyebb hálózatokra alkalmazható, a 2. osztály közcélú hálózatokra, a 3. osztály pedig az ipari hálózatokra tartalmaz előírásokat. Az AFE-hajtások ez utóbbi hálózatokon fordulhatnak elő nagy számban.
A kapcsolási frekvenciából adódó zavarok kiszűrésére induktivitásból és kondenzátorokból álló LCL-szűrőt használnak. Az ilyen szűrők méretei összevethetők az egyenirányító-egység méreteivel. A visszatáplálás miatt szükség van a hálózati feszültség növelésére is. Ez magasabb közbensőköri és motoroldali feszültséget jelent. A motorra ezáltal nagyobb feszültség jut, ami azonos teljesítmény esetén kisebb áramokat eredményez, de a motor kapcsaira jutó feszültségcsúcsok nagyobbak lesznek, ami a motor tekercselésének élettartamát rövidítheti meg. Az LCL-szűrő miatt az aktív bemenetű frekvenciaváltók hatásfoka csak 94…96% körül alakul, ami alacsonyabb az aktív felharmonikus szűrővel egybeépített megoldásokénál is.
A Danfoss Drives portfóliója kibővült a VACON termékekkel. A képen az NXC AFE típus látható.
Ha alacsony harmonikustartalmú áramfelvétellel jellemezhető hajtás megvalósítása a cél, és nincs szükség a visszatáplálásra, akkor az aktív felharmonikus-szűrővel egybeépített hagyományos frekvenciaváltó használata ajánlott. A magasabb hatásfok, a motor feszültségének változatlansága és a jobb üzembiztonságot adó kialakítás is emellett szól. Az aktív szűrő kiesése még nem okozza a frekvenciaváltó leállását, ellentétben az AFE-frekvenciaváltóval, ahol az aktív bemenet kiesése a hajtás leállásához vezet.
A Danfoss Drives kibővült termékkínálata minden igényt kielégít. Ha alacsony harmonikustorzítású frekvenciaváltó az elsődleges szempont, akkor 12 ütemű passzív vagy az aktív felharmonikus szűrővel egybeépített hagyományos frekvenciaváltó, a Danfoss VLT® LHD-család jelenti a hatékony megoldást. Ha a visszatáplálási képességre is szükség van, akkor a Danfoss VACON® NXP- és NXC-frekvenciaváltók aktív bementtel (AFE) szerelt változatait kínáljuk.
Danfoss Kft.
1139 Budapest, Váci út 91., tel.: +36 1 450 2531
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát. , web: www.danfoss.hu
Címkék: aktív bemenetű | frekvenciaváltó | hajtás
