Napęd zintegrowany z filtrem aktywnym LHD oraz filtry aktywne AAF w ofercie napędów VLT® firmy Danfoss

VLT^®Low Harmonic Drive (LHD) – przetwornica zintegrowana z filtrem aktywnym

VLT^®Low Harmonic Drive jest napędem, który integruje standardową przetwornicę częstotliwości z filtrem aktywnym. Napęd składa się z następujących elementów (rys. 1):

• standardowej przetwornicy częstotliwości VLT^® Danfoss
• filtru aktywnego AAF
• obwodu magnetycznego (filtr L-C-L oraz indukcyjność L_ac).

VLT^® Low Harmonic Drive jest korzystnym rozwiązaniem:

• gdy w grę wchodzi spełnienie najostrzejszych wymagań norm i standardów odnośnie emisji harmonicznych – IEEE 519 dla I_sc/IL > 20, EN 61000-3-4 (PN-EN 61000-3-4), EN 61000-3-12 (PN-EN 61000-3-12)
• dla instalacji zasilanych z generatora
• dla sieci „miękkich” o dużej wartości impedancji zwarcia.

VLT^® Low Harmonic Drive jest produkowany w zakresie mocy od 132 kW do 710 kW. LHD ogranicza poziom odkształcenia prądu THDi pobieranego z sieci do wartości poniżej 5 %. Aktywna filtracja jest realizowana w zakresie do 25. harmonicznej. Pod względem skuteczności redukcji harmonicznych LHD jest porównywalny z napędami realizowanymi w układzie AFE (Active-Front-End, gdzie na wejściu znajduje się układ falownika w miejsce pasywnego prostownika).

Skuteczność napędu LHD

Rys. 2. Skuteczność redukcji harmonicznych przez napęd LHD. Próby przeprowadzono odpowiednio przy wyłączonym i załączonym filtrze aktywnym wchodzącym w skład napędu LHD. Zastane odkształcenie napięcia sieci na poziomie THDu=1,2 %

W przedstawionym przykładzie (rys. 2) współczynnik odkształcenia prądu zmalał z 28,7 % do 2,1 %, czyli o ok. 90 %. Wartość skuteczna prądu pobieranego przez napęd I_RMS zmalała o kilka procent ze względu na redukcję harmonicznych. Niska wartość współczynnika odkształcenia THDi prądu pobieranego z sieci (ok. 2,1 %) świadczy o skuteczności działania napędu LHD.

Filtry aktywne AAF Danfoss

Filtry aktywne AAF Danfoss realizują:

• redukcję niepożądanych harmonicznych
• kompensację mocy biernej
• równoważenie prądów pobieranych przez poszczególne fazy odbiorników niesymetrycznych.

Filtry znajdujące się w ofercie innych producentów realizują jedynie niektóre z powyższych zadań. Filtry aktywne AAF Danfoss posiadają wszystkie powyższe cechy w standardowym wykonaniu.

Danfoss produkuje 5 wielkości filtrów aktywnych w zakresie prądów nominalnych od 190 A do 500 A. Większe wartości prądów uzyskujemy poprzez równoległe połączenie do czterech jednostek podstawowych (konfiguracja Master-Slave).

Filtr aktywny AAF jest instalowany równolegle do nieliniowego obciążenia. W celu kompensacji wybranej harmonicznej lub grupy harmonicznych filtr mierzy wielkość odkształcenia za pomocą przekładników prądowych i generuje składowe prądu o odpowiedniej amplitudzie w przeciwfazie do wybranej harmonicznej lub grupy harmonicznych, które są celem kompensacji.

Priorytety i tryby pracy filtru AAF

Wydajność prądowa filtru aktywnego AAF Danfoss może być przeznaczona do kompensacji wyższych harmonicznych odbiornika nieliniowego lub do kompensacji mocy biernej przesunięcia fazowego częstotliwości podstawowej. Dlatego też filtr AAF może pracować w jednym z dwóch priorytetów:

• Priorytet kompensacji harmonicznych - cała wydajność prądowa filtru jest dedykowana w pierwszej kolejności do kompensacji wyższych harmonicznych. Priorytet kompensacji harmonicznych jest domyślnym trybem pracy filtrów AAF Danfoss. Dostępne są dwa tryby pracy: kompensacja selektywna i kompensacja szerokopasmowa.
• Priorytet kompensacji mocy biernej – cała wydajność prądowa filtru jest dedykowana w pierwszej kolejności do kompensacji mocy biernej przesunięcia fazowego.

Kompensacja selektywna redukuje harmoniczne do 25. rzędu. Ten tryb pracy filtru wykorzystywany jest wówczas, gdy chcemy wyeliminować z widma prądu określone wyższe harmoniczne, które mogą być przyczyną szczególnych zakłóceń w sieci zasilającej (np. problemy rezonansowe). W trybie kompensacji szerokopasmowej kompensujemy wszystkie wyższe harmoniczne do 40. rzędu (bez składowej podstawowej), tak aby uzyskać założoną wielkość współczynnika odkształcenia prądu THDi.

Tryb kompensacji szerokopasmowej jest rekomendowany gdy:

• napięcie sieci nie jest idealnie zrównoważone
• istnieją harmoniczne niecharakterystyczne dla przetwornic częstotliwości
• kompensujemy odbiorniki niesymetryczne.

Tryb kompensacji szerokopasmowej jest stosowany w ponad 90 % aplikacji. Jest to nastawa domyślna filtrów AAF.

Filtry AAF Danfoss chociaż są przeznaczone do kompensacji odkształceń prądu generowanych przez przetwornice częstotliwości (w trybie kompensacji indywidualnej oddziałują na częstotliwości harmoniczne charakterystyczne dla napędów), mogą również pracować w układach kompensacji indywidualnej, grupowej lub centralnej, kompensując moc bierną podstawowej harmonicznej lub moc odkształcenia generowaną przez odbiorniki nieliniowe.

Skuteczność filtru AAF

Na skutek działania filtru współczynnik odkształcenia prądu THDi zmalał z 38,6 % do 5,3 %, czyli o ok. 85 % (rys. 4). Wartość skuteczna prądu pobieranego przez napęd I_RMSzmalała o kilka procent ze względu na redukcję harmonicznych. Niska wartość współczynnika odkształcenia THDi prądu pobieranego z transformatora (ok. 5,3 %) świadczy o skuteczności działania filtru AAF.

Rys. 4. Skuteczność redukcji wyższych harmonicznych przez aktywny filtr AAF. Próby przeprowadzono dla przetwornicy 6-pulsowej, zasilanej z transformatora 1 MW, silnik 200 kW/400 V

Pozostałe cechy filtrów AAF i napędów LHD zwiększające ich niezawodność i ułatwiające eksploatację:

• Wykorzystanie do budowy modułów mocy i kart sterujących, które zostały przetestowane w przetwornicach częstotliwości VLT^® Danfoss, zwiększa niezawodność pracy
• Wykorzystanie w budowie filtra aktywnego tych samych komponentów, które są stosowane w seryjnie produkowanych przetwornicach częstotliwości, ułatwia jego serwisowanie i zmniejsza koszty magazynowania części zamiennych
• Modułowa koncepcja budowy oraz szeroka oferta opcji dodatkowych
• Duża odporność na zastane odkształcenie napięcia zasilającego i na niezrównoważenie napięć w sieci
• Specjalny tylny kanał chłodzący, w którym jest rozpraszanych 85 % strat, gwarantuje wysoką bezawaryjność w trudnych warunkach środowiskowych
• Karty elektroniki pokryte lakierem znacząco zwiększają bezawaryjność pracy
• Graficzny wyświetlacz – ułatwienie obsługi
• Nieskomplikowane uruchomienie i łatwa eksploatacja.

Danfoss Sp. z o.o.
ul. Chrzanowska 5
05-825 Grodzisk Mazowiecki
tel. 022 755 06 68, faks 022 755 07 01
www.danfoss.pl/napedy