Harmonici, faktor snage i THDi u punjenju električnih vozila

DC punjač se prikazuje mreži kao veliko nelinearno opterećenje. Ne povlači struju proporcionalno valnom obliku napona; preusmjerava, ispravlja i regulira, a struja koju povlači ima svoj vlastiti oblik. Sve što slijedi u ovoj temi posljedica je tog oblika.

Vokabular oko njega je mali, ali se često pogrešno koristi. Ukupna harmonijska distorzija i ukupna harmonijska distorzija struje su različita mjerenja različitih stvari. Faktor snage ima dvije definicije koje daju različite vrijednosti za istu opremu. Znati tko je što pretvara stavku iz podatkovnog lista u specifikaciju koju zapravo možete provjeriti.

Zašto ispravljač povlači nesinusnu struju

Jednostavan ispravljač provodi samo kada ulazni napon premaši napon na njegovoj istosmjernoj strani. Struja teče u kratkim impulsima oko vrhova valnog oblika napajanja, a ne glatko kroz cijeli ciklus. Ti impulsi sadrže energiju potrebnu za opterećenje, a također sadrže frekvencije koje su višekratnici frekvencije napajanja. Ti višekratnici su harmonici.

Moderni punjači dodaju korekcijski stupanj ispred ispravljača. On oblikuje ulaznu struju da prati valni oblik napona, što znatno smanjuje harmonike. Zato je tema manje važna nego kod starije opreme i zašto je i dalje važna: korekcija je nesavršena i mora vrijediti kroz cijeli raspon opterećenja, a ne samo u fazi dizajna.

Gdje je korekcija loše izvedena ili je poražena pri laganom opterećenju, harmonici se vraćaju. Lokacija koja radi s mnogo jedinica na niskom izlazu može stoga pokazati lošiju izobličenje struje nego ista lokacija koja radi manje jedinica pri velikom izlazu, što je kontraintuitivno i često se propušta pri puštanju u rad.

THD i THDi nisu isti brojevi

Ukupna harmonijska distorzija, zapisana bez indeksa, obično se odnosi na napon. Opisuje koliko se valni oblik napona napajanja udaljio od čistog sinusa. Ukupna harmonijska distorzija struje, zapisana s i, opisuje oblik struje koju uređaj povlači.

Dva su povezana, ali nisu zamjenjiva, a odnos ovisi o impedanciji napajanja. Punjač s velikom strujnom distorzijom spojen na čvrsto napajanje proizvodi samo malu naponsku distorziju. Isti punjač na slabom napajanju, na kraju dugog kabela, proizvodi puno veći. Zato proizvod može zadovoljiti svoju vrijednost izobličenja struje, a ipak uzrokovati problem napona na određenoj lokaciji.

Praktično pravilo je da specifikacija opreme opisuje što oprema radi, a geodetski pregled što lokacija doživljava. Citat koji navodi samo jedan od ta dva broja odgovara na polovicu pitanja.

Dvije definicije faktora snage

Faktor snage je stvarna snaga podijeljena s prividnom snagom. Kada su i napon i struja sinusoidni, taj omjer je jednak kosinusu faznog kuta između njih, a te dvije definicije se podudaraju. Kada se struja izobliči, razdvajaju se.

Faktor snage pomaka uzima u obzir samo osnovne komponente i zanemaruje distorziju. Stvarni faktor snage, ponekad nazvan ukupni faktor snage, uključuje izobličenje i stoga je niži. Jedinica može prijaviti faktor snage pomaka vrlo blizu jedinice, dok je njezin stvarni faktor snage znatno niži, a razliku prenose harmonijske struje koje i dalje moraju teći kroz napajanje.

Ova razlika je važna na brojilu i na transformatoru. Računi za komunalne usluge na temelju stvarnog faktora snage, bez obzira na to kako ga nazivaju. Specifikacijski list koji navodi faktor snage zapremine nije pogrešan, ali odgovara na drugo pitanje od onog koje postavlja zakon.

Što harmonici čine transformatorima i neutralnim vodičima

Harmonijske struje uzrokuju dodatne gubitke u transformatoru iznad onih za koje je dizajniran. Vrtložne struje u jezgri i efekt kože u namotima oba rastu s frekvencijom, pa izobličena struja zagrijava transformator više nego sinusoidna struja iste srednje kvadratne vrijednosti. Praktična posljedica je smanjenje snage: transformator koji opslužuje jako iskrivljeno opterećenje ne može isporučiti svoj nazivni kapacitet bez prekoračenja temperaturnih granica.

Neutralni vodič je drugi i iznenađujući problem. U uravnoteženom trofaznom sustavu s linearnim opterećenjima, osnovne struje se poništavaju u neutralnom i on prenosi gotovo ništa. Trostruki harmonici — treći, deveti i petnaesti — ne poništavaju se. Dodaju neutralni vodič, koji može provoditi više struje nego što se očekivalo da će bilo koji jednofazni vodič podnijeti.

Na punjaču ovo rijetko predstavlja ograničavanje, jer su punjači obično trofazna opterećenja s učinkovitom korekcijom. Postaje relevantno kada se jednofazne AC priključke instaliraju u velikom broju na zajedničkoj razvodnoj ploči, što je upravo ono što rade parkirališta na radnim mjestima i u stambenim prostorima.

Treći efekt je na samom naponu napajanja, a preko njega na svemu ostalom na lokaciji. Iskrivljeni napon uzrokuje dodatno zagrijavanje motora, može ometati osjetljivu opremu i uzrokovati neočekivani rad zaštitnih releja. Zbog toga se susjedni stanar može žaliti na instalaciju punjača koja izgleda ispravno.

kada stranica treba ponovno izmjeriti

Mjerenje napravljeno pri puštanju u rad opisuje lokaciju onako kako je izgrađena. Pet situacija opravdava uzimanje još jedne.

Kada se dodaju punjači, jer se izobličenje stranice skalira s brojem povezanih ispravljača. Kada se napajanje promijeni, jer drugi transformator ili duži kabel mijenjaju impedanciju, a time i izobličenje napona za isto izobličenje struje. Kada druga oprema na gradilištu počne raditi loše, jer je to simptom koji zgrada prvo primijeti. Kada komunalno poduzeće postavi pitanje na spojnoj točki, to obično znači da se traži mjerenje, a ne da se nudi. I kada se obrazac korištenja lokacije promijeni, budući da rad s laganim opterećenjem može proizvesti drugačiju distorziju nego u slučaju dizajna.

Sama mjera ima zahtjev koji se često zanemaruje: mora se uzeti s poznatim opterećenjem. Očitanje s jednim punjačem koji radi na niskoj snagi gotovo ništa ne govori o lokaciji u vršnoj fazi. Korisni zapis navodi broj jedinica u sesiji, njihov ukupni izlaz i točku u instalaciji gdje je instrument bio spojen

.

Što staviti u specifikaciju

Tri detalja pretvaraju marketinšku figuru u provjerljiv zahtjev.

Prvo, navedite točku učitavanja. Distorzija i faktor snage variraju ovisno o izlazu, pa vrijednost bez navedenog opterećenja nije specifikacija. Drugo, navedite na koju se definiciju faktora snage misli, na istinitu ili istinitu. Treće, navedite mjeri li se vrijednost izobličenja struje na priključcima jedne jedinice ili na mjestu spajanja lokacije, jer su to različita mjerenja s različitim vrijednostima.

Proizvodi iz ove klase obično navode svoje vrijednosti pri nazivnom opterećenju, što je uvjet u kojem faza korekcije radi najjače i brojevi izgledaju najbolje. DC jedinica koja navodi faktor snage na ili više od 0,99 i izobličenje struje na ili ispod pet posto pri punom opterećenju opisuje dobro korigirani dizajn; 120 i 180 kW postaje te 480 kW hub host oba navode svoje vrijednosti pri punom opterećenju upravo iz tog razloga

.

Pitanje koje vrijedi dodati u tender je što se događa ispod punog opterećenja. Korekcijska faza koja održava performanse kroz cijeli raspon drugačiji je dizajn od one koja zadovoljava broj na vrhu i degradira ispod, a razlika se vidi na mjestima gdje vozila većinu vožnje provode na djelomičnoj snazi.

Za većinu instalacija ništa od toga ne predstavlja problem. Korekcijski stupnjevi su učinkoviti, a dobro dizajnirano mjesto s adekvatnim kapacitetom transformatora bez poteškoća apsorbira preostalu distorziju. Iznimke su koncentrirane na tri mjesta: velike lokacije s mnogo jedinica na jednom transformatoru, lokacije sa značajnim jednofaznim AC opterećenjem na zajedničkim pločama i lokacije na kraju dugog ili slabog napajanja gdje impedancija pojačava ono što punjači proizvode.

Ta tri slučaja vrijedi identificirati prije nego što se dizajn fiksira, jer su rješenja — veći transformator, aktivno filtriranje, drugačiji raspored distribucije — sva jeftinija za planiranje nego naknadna oprema. Protokol mjerenja i podaci koje treba zatražiti sažeti su u tehničkoj dokumentaciji na za preuzimanje.