Nei sistemi di distribuzione dell'energia, i carichi non lineari tendono a generare armoniche distorte. Queste armoniche possono causare numerosi problemi, tra cui il surriscaldamento delle apparecchiature, una maggiore perdita di energia, una durata di vita ridotta delle apparecchiature e persino un aumento dei tempi di fermo.
I trasformatori per l'attenuazione delle armoniche sono la migliore soluzione a questo problema. Indipendentemente dalle dimensioni del carico, sopprimono le armoniche dannose nei componenti passivi, migliorando l'efficienza, il risparmio energetico e l'affidabilità.
Sommario:
1. Cosa sono le armoniche?
2. Quali sono le cause delle armoniche?
3. In che modo le armoniche influiscono sui trasformatori?
4. Quali distorsioni armoniche vengono generate dai moderni sistemi energetici?
5. Cos'è un trasformatore di attenuazione armonica?
6. Qual è l'effetto del trasformatore di mitigazione armonica sulle armoniche?
7. Quali dispositivi richiedono il trasformatore di attenuazione delle armoniche?
8. Quali problemi elettrici può risolvere il trasformatore di attenuazione delle armoniche?
9. In che modo i trasformatori di attenuazione delle armoniche superano i trasformatori con classificazione K-?
9. In che modo i trasformatori di attenuazione delle armoniche superano i trasformatori con classificazione K-?
10. Come funzionano i trasformatori di attenuazione armonica?
11. Quali sono i tipi di trasformatori di attenuazione delle armoniche?
12. In che modo i trasformatori di attenuazione delle armoniche aiutano a migliorare la qualità dell'alimentazione?
13. Tendenze future nella gestione della qualità dell'energia
1. Cosa sono le armoniche?
Da cosa provengono le armoniche-: pqcomponents
Nei sistemi di alimentazione, i segnali elettrici sono tipicamente sinusoidali per assistere vari dispositivi elettrici nello svolgimento delle loro funzioni, come l'illuminazione, l'azionamento dei motori, la stampa e l'esecuzione di programmi per computer.
Generalmente, in un sistema a 60 Hz, la normale forma d'onda della corrente fluttua su e giù 60 volte al secondo. Tuttavia, le frequenze armoniche generate dal carico sono ancora più elevate. La terza armonica ha una frequenza di 180 Hz e la quinta armonica ha una frequenza di 300 Hz, che rappresentano forme d'onda armoniche-che si ripetono a frequenze rispettivamente di 180 e 300 volte al secondo.
2. Quali sono le cause delle armoniche?
Per comprendere le cause delle armoniche, dobbiamo comprendere i carichi lineari e non lineari in un sistema. Entrambi sono modi in cui le apparecchiature di un sistema di alimentazione consumano energia. Nello specifico:
Carichi lineari
Carichi lineari-di origine: qualità dell'energia
Il consumo energetico dei carichi lineari assomiglia generalmente a una forma d'onda sinusoidale. I carichi lineari includono tipicamente motori o lampadine a incandescenza.
Carichi non lineari
Carichi non lineari-di origine: actionpowertest
Le onde di corrente alternata generate da carichi non lineari non sono conformi a una forma d'onda sinusoidale. Generano armoniche durante il consumo di energia. Queste armoniche sono generalmente generate da dispositivi quali convertitori di frequenza, raddrizzatori e altre apparecchiature elettroniche moderne e causano facilmente distorsioni di tensione e corrente.
Le tipiche fonti di armoniche includono:
Fonti tipiche di armoniche-provenienti: megawatt
Azionamenti a frequenza variabile (VFD), gruppi di continuità (UPS), rack di server, illuminazione a LED, caricabatterie per veicoli elettrici e alimentatori a commutazione.
3. In che modo le armoniche influiscono sui trasformatori?
In che modo le armoniche influiscono sui trasformatori-di provenienza: grwinding
Durante il funzionamento del trasformatore, le armoniche provenienti dai carichi non lineari possono facilmente aumentare le perdite degli avvolgimenti e dei nuclei, portando a surriscaldamento o perdita di potenza. Nello specifico:
Maggiore resistenza e calore
Il trasformatore è costituito da avvolgimenti e un nucleo. Durante il funzionamento, le armoniche si muovono e si accumulano verso i bordi esterni dei conduttori, esacerbando l'accumulo di calore nelle bobine fitte, con conseguente aumento della resistenza e del calore del trasformatore.
Aumento della perdita del nucleo
Con direzioni di corrente alternate, la polarità della corrente di eccitazione nel nucleo cambia sotto l'influenza delle armoniche ad alta-frequenza. Maggiore è la frequenza della variazione della corrente di eccitazione, maggiore è la perdita di calore del nucleo, da qui il termine perdita di isteresi.
Aumento della temperatura
Le armoniche inducono correnti parassite (minuscole correnti rotanti) nell'apparecchiatura, aggravando ulteriormente la perdita di calore del trasformatore e aumentando la temperatura dell'apparecchiatura.
Capacità di trasporto di corrente ridotta
La 3a, 9a e 15a armonica possono causare il surriscaldamento del conduttore neutro, con conseguente guasto dell'isolamento e, in ultima analisi, riduzione della capacità di trasporto di corrente.
4. Quali distorsioni armoniche vengono generate dai moderni sistemi energetici?
Generalmente, i carichi non lineari generano armoniche che sono multipli interi della frequenza fondamentale (60 Hz), influenzando così il funzionamento del trasformatore. Questi includono:
Tripla armonica
Origine della tripla armonica-: ingegneria-elettrica
Le terze armoniche includono la 3a, 9a e 15a armonica, con frequenze rispettivamente di 180 Hz, 540 Hz e 900 Hz. Queste armoniche dannose si sovrappongono alla linea neutra, provocando un aumento della corrente della linea neutra.
Quinta e settima armonica
Quinta e settima armonica-provenienza: Norvegia
La quinta e la settima armonica hanno frequenze rispettivamente di 300 Hz e 420 Hz. Queste armoniche dannose aumentano il flusso magnetico disperso, portando a un ulteriore riscaldamento delle correnti parassite.
5. Cos'è un trasformatore di attenuazione armonica?
Cos'è un trasformatore di attenuazione delle armoniche-di provenienza: LTEC
Un trasformatore di attenuazione delle armoniche è un tipo di trasformatore di tipo-a secco. Elimina le correnti armoniche attraverso una speciale struttura di avvolgimento, sfasamento e controllo dell'impedenza a sequenza zero.
A differenza dei filtri passivi che assorbono le armoniche o dei trasformatori di classe K- che possono sopportare solo le armoniche, utilizza le relazioni vettoriali e di fase all'interno degli avvolgimenti del trasformatore per impedire alle correnti armoniche sovrapposte di fluire nel sistema a monte, riducendo così la distorsione armonica.
6. Qual è l'effetto del trasformatore di mitigazione armonica sulle armoniche?
Come ha ottenuto l'effetto del trasformatore di mitigazione armonica sulle armoniche-: maddox
Utilizzando un trasformatore di attenuazione delle armoniche, le armoniche generate dai carichi non lineari all'interno del sistema vengono ridotte ed eliminate. I suoi vantaggi includono:
- Ridotta generazione di calore, garantendo il pieno utilizzo della capacità nominale del trasformatore;
- Prevenire il surriscaldamento del sistema e temperature eccessivamente elevate;
I suoi vantaggi includono:
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Trasformatori di attenuazione armonica |
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Funzioni |
Sfasamento di 0 o 30 gradi, eliminando le terze armoniche (3a, 9a, 15a, ecc.); Gestione di armoniche specifiche nel sistema; |
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Caratteristiche |
Avvolgimenti e terminali standard in alluminio e rame; Aumento della temperatura selezionabile di 150 gradi, 115 gradi o 80 gradi; Tensione di linea neutra nominale del 200%; |
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Ambito di applicazione |
Disponibile in qualsiasi combinazione di tensione; |
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Classe di efficienza energetica |
Soddisfa o supera gli standard di efficienza energetica NEMA TP-1; |
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Resistenza alla temperatura |
Resistenza alla temperatura del sistema di isolamento fino a 220 gradi; |
7. Quali dispositivi richiedono il trasformatore di attenuazione delle armoniche?
Quali dispositivi richiedono il trasformatore di attenuazione delle armoniche-di provenienza: hammondpowersolutions
In generale, l’aumento dei carichi non lineari nei sistemi di alimentazione, come server, sistemi UPS, illuminazione a LED, computer e convertitori di frequenza, genera facilmente distorsioni armoniche, portando a un aumento del riscaldamento del trasformatore, a una riduzione dell’efficienza e a un aumento del consumo di energia.
Pertanto, nei sistemi di alimentazione con questi carichi lineari, è necessaria la configurazione di trasformatori di attenuazione delle armoniche per contribuire a ridurre ed eliminare le armoniche nel sistema.
8. Quali problemi elettrici può risolvere il trasformatore di attenuazione delle armoniche?
Oltre a ridurre o eliminare le armoniche nel sistema, può anche risolvere:
- Surriscaldamento della linea neutra o dell'alimentatore;
- Distorsione della tensione a monte prossima ai limiti.
- Dominanza del carico elettronico monofase-;
Quando si riscontrano i problemi di cui sopra, prima di fornire soluzioni con trasformatori di attenuazione delle armoniche, è necessario considerare attentamente vari fattori come la distribuzione del carico, il bilanciamento di fase, il metodo di messa a terra, i collegamenti del trasformatore e altre apparecchiature di soppressione delle armoniche nel sistema per garantire la soluzione corretta.
9. In che modo i trasformatori di attenuazione delle armoniche superano i trasformatori con classificazione K-?
Trasformatore di attenuazione armonica VS trasformatore con classificazione K-:
Trasformatore di mitigazione armonica
Cos'è un trasformatore di attenuazione delle armoniche-di provenienza: LTEC |
Trasformatore di classe K-
Trasformatore -classificato-proveniente da: tmrtransformers |
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Funzioni |
Riduce al minimo la distorsione di tensione e la perdita di potenza causate dalle armoniche provenienti da carichi non lineari. |
Risolve i problemi di surriscaldamento con carichi non lineari, ma non riduce le armoniche. |
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Caratteristiche |
Riduce attivamente la distorsione armonica. |
Non modifica la distorsione armonica totale (THDi) o il carico del punto neutro. |
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Vantaggi |
Migliora l'affidabilità sotto carichi distorti. |
Migliora la qualità dell'energia a monte. |
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Come scegliere |
Quando è richiesta la riduzione della corrente del punto neutro, della distorsione di tensione o delle perdite del sistema. |
Quando non è richiesta la soppressione o la riduzione delle armoniche. |
10. Come funzionano i trasformatori di attenuazione armonica?
Le caratteristiche operative dei trasformatori di attenuazione delle armoniche dipendono principalmente dalla geometria dell'avvolgimento, dal design del nucleo e dallo sfasamento progettato. Questi includono:
Tripla soppressione armonica
Soppressione armonica tripla-proveniente da: condensatoreconnect
Nella progettazione di schemi di soppressione della terza armonica, i trasformatori di attenuazione delle armoniche utilizzano principalmente configurazioni a zigzag, delta-zigzag o speciali configurazioni di avvolgimento secondario doppio-. Ciò si ottiene reindirizzando la corrente per annullare la terza armonica.
Cancellazione 5a e 7a Armonica
Cancellazione della 5a e 7a armonica-fonte: Physicalforums
A causa della differenza di fase di 180 gradi tra le correnti della 5a e della 7a armonica e delle diverse fasi di uscita secondarie del trasformatore di attenuazione delle armoniche, è possibile la cancellazione della 5a e della 7a armonica.
I principali principi di progettazione dei trasformatori di attenuazione delle armoniche includono:
- Geometria del nucleo ottimizzata
- Impedenza di sequenza-zero ridotta
- Disposizioni speciali di avvolgimento
- Percorsi di flusso magnetico controllabili
11. Quali sono i tipi di trasformatori di attenuazione delle armoniche?
Il tipo di trasformatore di attenuazione delle armoniche è determinato principalmente dall'ambiente di installazione e comprende:
Tipo di cancellazione tripla armonica - HMT
Questo tipo di trasformatore risolve principalmente i problemi di distorsione della tensione causati dalle triple armoniche (3a, 9a e 15a armonica) ed è adatto per ambienti che utilizzano principalmente carichi elettronici mono-fase, come uffici e data center IT.
Fase-Spostamento/Multi-Impulso HMT
Fase-Spostamento/Multi-Impulso HMT-origine: ytelect
Questo tipo di trasformatore risolve principalmente i problemi causati dalla 5a e 7a armonica. Impostando una certa differenza di fase tra le uscite secondarie, la 5a e la 7a armonica vengono naturalmente cancellate.
12. In che modo i trasformatori di attenuazione delle armoniche aiutano a migliorare la qualità dell'alimentazione?
I trasformatori di attenuazione delle armoniche migliorano la qualità dell'alimentazione nei seguenti modi:
Riduzione della corrente di neutro
Fonte della corrente neutra-: zddqelectric
Durante il funzionamento, i trasformatori di attenuazione delle armoniche riducono significativamente il riscaldamento del conduttore neutro, riducendo così la corrente neutra.
Riduzione del riscaldamento del trasformatore
Riscaldamento del trasformatore-di provenienza: maddox
I trasformatori di attenuazione delle armoniche riducono le perdite parassite e le perdite per correnti parassite causate dalle armoniche, abbassando così la temperatura operativa dell'apparecchiatura e riducendo il riscaldamento del trasformatore.
Miglioramento della qualità dell'energia a monte
Fonte di qualità dell'energia a monte-: circuito
Per le apparecchiature sensibili del sistema, i trasformatori di attenuazione delle armoniche riducono ed eliminano la distorsione di tensione causata dalle correnti armoniche, consentendo al sistema di connettersi meglio al PCC (punto di accoppiamento comune).
Aumento della capacità disponibile del sistema
Riducendo ed eliminando le armoniche nel sistema, i trasformatori di attenuazione delle armoniche liberano più capacità, facilitando il collegamento di altri carichi.
Prolungamento della durata delle apparecchiature
Eliminando le armoniche nel sistema e riducendo la temperatura delle apparecchiature, gli HMT ne prolungano la durata.
13. Tendenze future nella gestione della qualità dell'energia
Sotto la tendenza crescente della HMT (Harmonic Mitigation Technology), si prevede che la futura gestione della qualità dell’energia si svilupperà gradualmente nei seguenti aspetti:
Sistemi di monitoraggio intelligenti
Sistemi di monitoraggio intelligenti-di provenienza: electroind
Le armoniche del sistema saranno monitorate e sincronizzate da sistemi di monitoraggio intelligenti, facilitando successivi aggiustamenti e miglioramenti.
Manutenzione predittiva-basata sull'AI
Manutenzione predittiva-basata sull'AI-fornita: tempo di attività-infinito
Attraverso i test operativi, l’intelligenza artificiale può essere utilizzata per prevedere la qualità dell’alimentazione del sistema e i tassi di guasto, facilitando la manutenzione futura.
Sistemi di integrazione delle energie rinnovabili
Sistemi di integrazione dell'energia rinnovabile-di fonte: pnnl
La tendenza futura sarà verso sistemi di integrazione delle energie rinnovabili più efficienti e affidabili.
Conclusione:
Per affrontare le crescenti sfide legate alle armoniche nei moderni sistemi elettrici, HMT è una soluzione passiva ma efficace. Riducendo le armoniche del sistema e migliorando la qualità complessiva dell'alimentazione, diventa uno strumento affidabile e a lungo termine per il sistema. Per ottenere le specifiche tecniche dettagliate o discutere una soluzione ingegneristica personalizzata per la vostra applicazione specifica, contattate il nostro dipartimento di ingegneria.
