Harmoniki, faktor moči in THDi pri polnjenju električnih vozil

DC polnilec se mreži predstavi kot velika nelinearna obremenitev. Ne črpa toka sorazmerno z napetostno valovno obliko; preklaplja, usmerja in uravnava, tok, ki ga vleče, pa ima svojo obliko. Vse, kar sledi v tej temi, je posledica te oblike.

Besedišče okoli tega je majhno, a pogosto zlorabljeno. Skupna harmonična popačenost in totalna harmonična popačenost toka sta različni meritvi različnih stvari. Faktor moči ima dve definiciji, ki za isto opremo dajeta različne vrednosti. Če veš, katera je katera, se podatkovna postavka spremeni v specifikacijo, ki jo lahko dejansko preveriš.

Zakaj usmernik črpa nesinusni tok

Preprost usmernik deluje le, ko vhodna napetost preseže napetost na njegovi DC strani. Tok teče v kratkih pulzih okoli vrhov valovne oblike oskrbe, namesto da bi gladko potekal skozi celoten cikel. Ti impulzi vsebujejo energijo, ki jo obremenitev potrebuje, prav tako pa vsebujejo frekvence, ki so večkratniki frekvence obremenitve. Ti večkratniki so harmoniki.

Sodobni polnilci dodajo korekcijsko stopnjo pred usmernikom. Vhodni tok oblikuje tako, da sledi valovni obliki napetosti, kar močno zmanjša harmonike. Zato je tema manj pomembna kot pri starejši opremi in zato še vedno šteje: korekcija ni popolna in mora veljati za celoten razpon obremenitve, ne le pri načrtovanju.

Kjer je popravek slabo izveden ali neuspešen pri lahki obremenitvi, se harmoniki vrnejo. Lokacija, ki deluje z več enotami pri nizkem izhodu, lahko zato pokaže hujšo tokovno popačenje kot ista postaja, ki uporablja manj enot pri visokem izhodu, kar je nelogično in pogosto spregledano pri zagonu.

THD in THDi nista isti številki

Popolna harmonična popačenja, zapisana brez indeksa, se običajno nanaša na napetost. Opisuje, kako daleč se je valovna oblika napajalne napetosti oddaljila od čistega sinusa. Popolno harmonično popačenje toka, zapisano z i, opisuje obliko toka, ki ga oprema vleče.

Oba sta povezana, vendar nista zamenljiva, povezava pa je odvisna od impedance napajanja. Polnilec z visokim tokovnim popačenjem, priključen na trd napajalnik, povzroči le majhno napetostno popačenje. Isti polnilec na šibkem napajanju, na koncu dolgega kabla, ustvari veliko večjega. Zato lahko izdelek doseže svojo vrednost popačenja toka in vseeno povzroči napetostno težavo na določenem mestu.

Praktično pravilo je, da specifikacija opreme opisuje, kaj oprema počne, in pregled lokacije opisuje, kaj lokacija doživlja. Citat, ki navaja le eno od dveh številk, odgovarja na polovico vprašanja.

Dve definiciji faktorja moči

Faktor moči je dejanska moč deljeno z navidezno močjo. Ko sta napetost in tok sinusoidna, je to razmerje enako kosinusu faznega kota med njima in obe definiciji se ujemata. Ko je tok popačen, se razhajata.

Faktor moči premika upošteva le osnovne komponente in ignorira popačenje. Pravi faktor moči, včasih imenovan tudi skupni faktor moči, vključuje popačenje in je zato nižji. Enota lahko poroča o faktorju moči premika zelo blizu enoti, medtem ko je njen pravi faktor moči bistveno nižji, razlika pa se prenaša z harmoničnimi tokovi, ki morajo še vedno teči skozi napajanje.

Ta razlika je pomembna na števcu in na transformatorju. Računi za komunalne storitve so glede na pravi faktor moči, ne glede na to, ali je tako poimenovan ali ne. Specifikacijski list, ki navaja faktor moči za prostornino, ni napačen, vendar odgovarja na drugačno vprašanje, kot ga postavlja zakon.

Kaj harmoniki naredijo transformatorjem in nevtralnim vodnikom

Harmonični tokovi povzročajo dodatne izgube v transformatorju, ki presegajo tiste, za katere je bil zasnovan. Vrtinčni tokovi v jedru in učinek kože v navitjih se povečujeta s frekvenco, zato popačen tok segreva transformator bolj kot sinusni tok iste srednje kvadratne vrednosti. Praktična posledica je znižanje zmogljivosti: transformator, ki oskrbuje močno popačeno obremenitev, ne more zagotoviti kapacitete svoje oznake, ne da bi presegel svoje temperaturne omejitve.

Nevtralni vodnik je drugi problem in bolj presenetljiv. V uravnoteženem trifaznem sistemu z linearnimi obremenitvami se osnovni tokovi v nevtralnem vodniku izničijo in ta skoraj nič ne prenaša. Trojni harmoniki — tretja, deveta in petnajstina — se ne izničijo. Dodajo še nevtralni vod, ki lahko prenese več toka, kot bi ga pričakoval kateri koli enofazni vodnik.

Na polnilnem mestu to redko pomeni vezavno omejitev, saj so polnilci običajno trifazne obremenitve z učinkovito korekcijo. Postane pomembno, ko so enofazne AC priključke nameščene v večjem številu na skupni razdelilni razdelilnik, kar je pravzaprav tisto, kar počnejo delovna in stanovanjska parkirišča.

Tretji učinek je na sami napajalni napetosti in preko nje na vse ostalo na lokaciji. Popačena napetost povzroča dodatno segrevanje motorjev, lahko moti občutljivo opremo in povzroči nepričakovano delovanje zaščitnih relejev. Zato se lahko sosednji najemnik pritoži nad namestitvijo polnilca, ki očitno deluje pravilno.

Kdaj naj stran ponovno izmeri

Mera, opravljena ob zagonu, opisuje lokacijo, kot je bila zgrajena. Pet primerov upravičuje še eno priložnost.

Ko se dodajo polnilci, ker se popačenje strani prilagaja številu priključenih usmernikov. Ko se napajalnik spremeni, ker drug transformator ali daljši kabel spremeni impedanco in s tem napetostno popačenje za isto tokovno popačenje. Ko se druga oprema na lokaciji začne obnašati nepravilno, saj je to simptom, ki ga stavba najprej opazi. Ko komunalno podjetje postavi vprašanje na povezovalni točki, to običajno pomeni, da se zahteva meritev in ne ponuja. In ko se vzorec uporabe lokacije spremeni, saj lahko delovanje z lahkimi obremenitvami povzroči drugačno popačenje kot v primeru načrtovanja.

Sama meritev ima zahtevo, ki je pogosto spregledana: mora biti izvedena z znano obremenitvijo. Meritev, opravljena z enim polnilcem, ki deluje z nizko močjo, skoraj nič ne pove o lokaciji v času največje moči. Uporabni zapis navaja število enot v seji, njihov skupni izhod in točko v instalaciji, kjer je bil instrument priključen.

Kaj vključiti v specifikacijo

Tri podrobnosti spremenijo marketinško številko v preverljivo zahtevo.

Najprej navedite točko nalaganja. Popačenje in faktor moči se spreminjata glede na izhod, zato vrednost brez navedene obremenitve ni specifikacija. Drugič, določite, katera definicija faktorja moči je mišljena, premik ali resnična. Tretjič, navedite, ali se vrednost toka popačenja meri na priključkih ene same enote ali na točki povezave lokacije, saj gre za različne meritve z različnimi vrednostmi.

Izdelki v tem razredu običajno navajajo svoje vrednosti pri nazivni obremenitvi, kar je pogoj, v katerem korekcijska faza dela najtrdo in so številke videti najbolje. DC enota, ki navaja faktor moči pri ali več 0,99 in tok popačenje pri ali manj kot pet odstotkov pri polni obremenitvi, opisuje dobro popravljeno zasnovo; Slog 120 in 180 kW postaje ter 480 kW gostitelj hub oba navajata svoje vrednosti pri polni obremenitvi prav zaradi tega

.

Vprašanje, ki ga je vredno dodati v tender, je, kaj se zgodi pod polno obremenitvijo. Korekcijska stopnja, ki ohranja zmogljivost v celotnem razponu, je drugačna zasnova kot tista, ki izpolnjuje številko na vrhu in se slabši spodaj, razlika pa se pokaže na lokacijah, kjer vozila večino seje preživijo pri delni moči.

Za večino instalacij to ne postane problem. Korekcijske stopnje so učinkovite, dobro zasnovano mesto z ustrezno kapaciteto transformatorja pa brez težav absorbira preostalo popačenje. Izjeme so skoncentrirane na treh mestih: velike lokacije z mnogimi enotami na enem transformatorju, lokacije z veliko enofazno izmenično obremenitvijo na skupnih ploščah in lokacije na koncu dolgega ali šibkega napajanja, kjer impedanca poveča proizvodnjo polnilcev.

Te tri primere je vredno opredeliti, preden se načrt fiksira, saj so rešitve — večji transformator, aktivno filtriranje, drugačna razporeditev — vse cenejše za načrtovanje kot za naknadno vgradnjo. Protokol merjenja in podatki, ki jih je treba zahtevati, so povzeti v tehnični dokumentaciji na strani za prenos.