چوک ورودی اینورتر، فیلتر هارمونیک درایو | چکیده نکات کاربردی

چوک ورودی اینورتر و فیلتر هارمونیک درایو از جمله تجهیزاتی هستند که باید درباره اونها و کاربرد اشون نکات لازم رو بدونید. چوک ورودی درایو و فیلتر هارمونیک اینورتر مانع تاثیر نامطلوب بر شبکه تغذیه شده و همچنین یک حفاظت مناسب برای ورودی اینورتر در برابر نوسانات شبکه محسوب می شوند. لذا بر حسب شرایط، ممکنه خرید چوک ورودی اینورتر برای شما اجتناب ناپدیر باشه. بنده در اینجا سعی میکنم کاملا مختصر و کاربردی درباره این تجهیزات و چوک DC اینورتر مطالبی رو بنویسم. البته اگه سوالات دیگه ای هم داشتید خوشحال میشم بتونم کمکی بکنم.

پس پیشنهاد میکنم تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.

هارمونیک در برق

به بیان ساده هارمونیک در برق یعنی برق با کیفیتِ پایین و نامطلوب. برقِ باکیفیت که در نیروگاه توسط ژنراتورها تولید و روانه شبکه سراسری برق می شود، در اثر فعل و انفعالاتی ممکن است از حالت سینوسی یکنواخت خود خارج شده و شکل موج آن کج و ماوج شود(به شکل زیر توجه کنید) معمولا شدت این اختلال موجود در برق را توسط ضریبی به نام THD که اختصار Total Harmonic Distortion است اندازه گیری و بیان می شود.

هارمونیک در برق یا شکل موج غیر سینوسی برق بسته به مقدار آن (%THD) می تواند مشکلات زیادی را برای ما ایجاد کند. از جمله:

• باعث داغ شدن ترانسفورماتور می شود
• تلفات الکتروموتور ها افزایش می یابد
• تلفات کابلها افزایش می یابد
• منجر به داغ شدن و عملکرد اشتباه تجهیزات حفاظتی می گردد
• می تواند باعث آسیب به تجهیزات الکترونیکی و یا خازن ها شود
• عمر تجهیزات برقی کاهش خواهد یافت
• پاور فکتور (cosɸ) یا ضریب توان را کاهش می دهد. با ضریب (THD² + 1)√/1
• و …

برای مطالعه بیشتر در این ارتباط، دستورالعمل های استاندارد IEEE-519 مرجع مناسبی است.

اصلی ترین دلیل ایجاد هارمونیک در برق استفاده از تجهیزات الکترونیکی هست که اصطلاحا به آنها بارهای غیرخطی گفته میشه.

هارمونیک در اینورتر

اینورتر یکی از مهمترین بارهای غیرخطی هستش. هارمونیک در اینورتر ها بخاطر استفاده از یکسوساز پل دیود در ورودی ایجاد می شود. به چگونگی جریان کشی اینورتر از شبکه در شکل زیر توجه کنید.

این شکل جریان در ورودی باعث تغییر شکل ولتاژ شبکه تغذیه اینورتر خواهد شد و در نتیجه هارمونیک اینورتر موجب تاثیر نامطلوب در سایر تجهیزات می گردد. در اینجا قصد ورود به جزئیات بیشتر را نداریم.

در یک شمای کلی روش های مختلفی وجود دارند که با استفاده از آنها می توان تولید هارمونیک در اینورتر را کاهش داد. برخی از این روشها که عمومیت بیشتری دارند در زیر مورد اشاره قرار می گیرند.

چوک ورودی اینورتر چیست؟

چوک ورودی اینورتر مرسوم ترین تجهیزی است که برای کاهش هارمونیک در اینورترها مورد استفاده قرار می گیرد و همانطور که از اسم آن پیداست در ورودی اینورتر نصب می شود. با نصب راکتور ورودی اینورتر شکل جریان کشیده شده از ورودی هموارتر شده و به شکل سینوسی نزدیک تر می گردد.

ضریب THD جریان ورودی اینورتر ها بالای ۸۰٪ است. در صورت نصب چوک ورودی اینورتر این مقدار هارمونیک اینورتر کاهش می یابد و به چیزی حدود ۴۰٪ می رسد. (مقدار نهایی هارمونیک به مشخصات فیلتر و بار وابسته است). چوک ورودی یک امپدانس به ورودی درایو اضافه می کند و باعث سینوسی تر شدن جریان ورودی می گردد. هرچقدر این امپدانس بیشتر باشد، هارمونیک اینورتر کمتر خواهد شد و البته افت ولتاژ بیشتری ایجاد خواهد شد. عموما در طراحی ها برای امپدانس فیلتر ورودی اینورتر، مقدار ۳ الی ۵ درصد (بسته به طراحی و قیمت چوک ورودی اینورتر) در نظر گرفته می شود.

هرچه ترانسفورماتور تغذیه بزرگتر باشد امپدانس داخلی آن کوچکتر است و لذا جریان پیکی که در یکسوساز ورودی جاری میشود نسبت به شکل فوق بیشتر است و لذا عمر خازن های اینورتر کمتر شده و احتمال صدمه به دستگاه بالا می رود. بعنوان یک قاعده سرانگشتی، چنانچه ظرفیت ترانسفورماتور تغذیه نسبت به اینورتر ۱۰ برابر یا بیشتر است، حتما از چوک ورودی اینورتر استفاده نمایید (در ترانسفورماتورهای بزرگتر از 1000kVA).

در اینورتر ورودی سه فاز، اندوکتانس مناسب برای راکتور ورودی اینورتر با طراحی ۴٪ امپدانس، از رابطه زیر قابل محاسبه است:

L = 0.04 × V / (1.73 × 2 × 3.14 × F × I)

که L: اندوکتانس چوک بر حسب هانری، V: ولتاژ تغذیه، F: فرکانس شبکه و I: جریان نامی می باشد.

همچنین درصورتی که اینورتر مستقیما از دیزل ژنراتور تغذیه می کند، جهت تثبیت و بهبود عملکرد دیزل ژنراتور، توصیه می گردد از فیلتر ورودی درایو استفاده شود تا هارمونیک تولیدی اینورتر باعث ایجاد اختلال در ولتاژ دیزل ژنراتور نگردد. دیزل ژنراتور با توجه به امپدانس داخلی بالا در مقایسه با ترانسفورماتور، از هارمونیک بسیار تاثیر می پذیرد. البته ظرفیت ژنراتور باید به مقدار کافی از اینورتر بزرگتر باشد.

علاوه بر بحث کاهش هارمونیک اینورتر، مزیت بسیار مهم دیگر چوک ورودی درایو، بحث حفاظت اینورتر است. قسمت یکسوساز ورودی اینورترها در برابر نوسانات شدید شبکه بسیار آسیب پذیرند. امپدانس راکتور ورودی درایو تا حد زیادی باعث می شود نوسان های ولتاژ شبکه (مثلا ناشی از سوئیچ زنی بانک خازنی یا موارد دیگر)، به ورودی اینورتر صدمه نزند یا باعث ایجاد فالت روی درایو و توقف پروسه نگردند. چرا که پیک های شدید را تا حد زیادی خنثی می نماید. در شکل زیر ببینید نوسانات ولتاژ، چگونه باعث ایجاد پیکهای جریانی شدید شده است.

چوک ورودی اینورتر چه کارهایی نمیکند!

• حفاظت موتور در برابر پالس های PWM در خروجی درایو و جبران طولانی بودن کابل موتور
• کاهش دمای موتور
• کاهش صدای زوزه موتور
• کاهش نویز
• حذف جریان جاری شده از طریق بلبرینگ های موتور (Bearing currents)

برای مطالعه درباره این موارد بایستی مقاله کاربرد چوک خروجی اینورتر را مطالعه نمایید.

چوک DC اینورتر

یکی دیگر از تکنیک هایی که هارمونیک ورودی اینورتر را کاهش می دهد، استفاده از چوک DC (چوک دی سی) اینورتر است. این چوک DC در قسمت DC-Bus اینورتر قرار می گیرد (شکل زیر) و مانند فیلتر ورودی اینورتر باعث کاهش هارمونیک (THD) به مقدار حدود 40% می گردد.

بنابراین چوک DC اینورتر از نظر کاهش هارمونیک، تاثیر مشابه چوک ورودی دارد. ولی نسبت به چوک ورودی مزایایی دارد. از جمله:

• حجم آن کمتر است و نیاز به فضای کمتری درون تابلو برق دارد.
• قیمت چوک ورودی اینورتر از چوک DC بیشتر است.
• چوک DC اینورتر تاثیری بر سطح ولتاژ باس DC ندارد در حالی که چوک ورودی درایو باعث کاهش ۳ تا ۵ درصدی ولتاژ DC-Bus می گردد و لذا باعث کاهش گشتاور یا افزایش جریان می گردد.

امروزه سازندگان معتبر، برخی از درایوهای خود را به صورت استاندارد و در کارخانه به چوک DC مجهز می کنند.

البته چوک DC اینورتر برخلاف چوک ورودی نمی تواند ورودی اینورتر را در برابر نوسانات احتمالی ولتاژ شبکه حفاظت کند.

فیلتر هارمونیک درایو

در صنایع و تاسیسات حساس تر، برای داشتن مقدار کمتری از سطح هارمونیک درایو، باید از فیلتر هارمونیکی گران قیمت تری استفاده کنید. این محصولات به دو نوع فیلتر هارمونیک اکتیو و فیلتر هارمونیک پسیو تقسیم می شوند.

در شکل زیر یک نوع فیلتر هارمونیک پسیو را مشاهده می کنید. این فیلتر ها بسته به مشخصات و طراحی می توانند هارمونیک درایو (THD) را به حدود 10% کاهش دهند.

همچنین نوع دیگر فیلتر هارمونیکی اینورتر، فیلتر هارمونیک اکتیو یا فعال است. در شکل زیر اساس عملکر فیلتر هارمونیک اکتیو بصورت شماتیک بیان شده است. این فیلترها بسته به طراحی و مشخصات پروژه، می توانند مقدار THD جریان ورودی درایو را تا ۲٪ کاهش دهند.

و نهایتا اینکه

اینورتر در کنار تمام مزیت هایش، لازم است تا از نظر تاثیراتی که ممکن است بر سایر تجهیزات بگذارد، مورد مراقبت قرار گیرد. یکی از این مسائل بحث هارمونیک است که ما در اینجا بصورت فشرده، کاربرد چوک اینورتر در ورودی و سایر تجهیزات و روشها را معرفی کردیم. امیدوارم کافی بوده باشه. درصورتی که سوالی بود یا مطلبی برای افزودن به نظرتون میرسه پایین همین صفحه بفرمایید تا بقیه هم استفاده کنند.

یا حق