Αρμονικές, συντελεστής ισχύος και THDi στη φόρτιση EV

Ένας φορτιστής DC παρουσιάζεται στο δίκτυο ως ένα μεγάλο μη γραμμικό φορτίο. Δεν αντλεί ρεύμα ανάλογα με την κυματομορφή τάσης. Αλλάζει, διορθώνει και ρυθμίζει και το ρεύμα που τραβάει έχει το δικό του σχήμα. Όλα όσα ακολουθούν σε αυτό το θέμα είναι συνέπεια αυτού του σχήματος.

Το λεξιλόγιο γύρω από αυτό είναι μικρό αλλά συχνά χρησιμοποιείται λανθασμένα. Η ολική αρμονική παραμόρφωση και η ολική αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος είναι διαφορετικές μετρήσεις διαφορετικών πραγμάτων. Ο συντελεστής ισχύος έχει δύο ορισμούς που δίνουν διαφορετικούς αριθμούς για τον ίδιο εξοπλισμό. Γνωρίζοντας ποιο είναι αυτό που μετατρέπει ένα στοιχείο γραμμής φύλλου δεδομένων σε προδιαγραφή που μπορείτε πραγματικά να επαληθεύσετε.

Γιατί ένας ανορθωτής τραβάει ένα μη ημιτονοειδές ρεύμα

Ένας απλός ανορθωτής άγει μόνο όταν η εισερχόμενη τάση υπερβαίνει την τάση στην πλευρά DC του. Το ρεύμα ρέει σε σύντομους παλμούς γύρω από τις κορυφές της κυματομορφής τροφοδοσίας και όχι ομαλά σε ολόκληρο τον κύκλο. Αυτοί οι παλμοί περιέχουν την ενέργεια που χρειάζεται το φορτίο και περιέχουν επίσης συχνότητες που είναι πολλαπλάσια της συχνότητας τροφοδοσίας. Αυτά τα πολλαπλάσια είναι οι αρμονικές.

Οι σύγχρονοι φορτιστές προσθέτουν ένα στάδιο διόρθωσης μπροστά από τον ανορθωτή. Διαμορφώνει το ρεύμα εισόδου ώστε να ακολουθεί την κυματομορφή τάσης, η οποία μειώνει σημαντικά τις αρμονικές. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το θέμα έχει λιγότερη σημασία από ό,τι για τον παλαιότερο εξοπλισμό και γιατί εξακολουθεί να έχει σημασία: η διόρθωση είναι ατελής και πρέπει να διατηρείται σε όλο το εύρος φορτίου και όχι μόνο στο σημείο σχεδιασμού.

Όπου η διόρθωση εκτελείται ανεπαρκώς ή ηττάται σε ελαφρύ φορτίο, οι αρμονικές επιστρέφουν. Επομένως, μια τοποθεσία που εκτελεί πολλές μονάδες με χαμηλή απόδοση μπορεί να παρουσιάσει χειρότερη παραμόρφωση ρεύματος από την ίδια τοποθεσία που εκτελεί λιγότερες μονάδες με υψηλή απόδοση, κάτι που είναι αντιδιαισθητικό και συχνά παραλείπεται κατά τη θέση σε λειτουργία.

THD και THDi δεν είναι ο ίδιος αριθμός

Ολική αρμονική παραμόρφωση, γραμμένη χωρίς δείκτη, συνήθως αναφέρεται σε τάση. Περιγράφει πόσο μακριά έχει απομακρυνθεί η κυματομορφή της τάσης τροφοδοσίας από ένα καθαρό ημίτονο. Η ολική αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος, γραμμένη με ένα i, περιγράφει το σχήμα του ρεύματος που αντλεί ο εξοπλισμός.

Τα δύο σχετίζονται αλλά δεν είναι εναλλάξιμα και η σχέση εξαρτάται από την αντίσταση της παροχής. Ένας φορτιστής με υψηλή παραμόρφωση ρεύματος συνδεδεμένος σε μια άκαμπτη παροχή παράγει μόνο μια μικρή παραμόρφωση τάσης. Ο ίδιος φορτιστής σε αδύναμη παροχή, στο τέλος ενός μακριού καλωδίου, παράγει ένα πολύ μεγαλύτερο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα προϊόν μπορεί να ανταποκριθεί στην τρέχουσα τιμή παραμόρφωσης και να εξακολουθεί να προκαλεί πρόβλημα τάσης σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.

Ο πρακτικός κανόνας είναι ότι η προδιαγραφή του εξοπλισμού περιγράφει τι κάνει ο εξοπλισμός και η έρευνα τοποθεσίας περιγράφει τι βιώνει η τοποθεσία. Ένα απόσπασμα που παραθέτει μόνο έναν από τους δύο αριθμούς απαντά στη μισή ερώτηση.

Δύο ορισμοί του συντελεστή ισχύος

Ο συντελεστής ισχύος είναι η πραγματική ισχύς διαιρούμενη με τη φαινόμενη ισχύ. Όταν τόσο η τάση όσο και το ρεύμα είναι ημιτονοειδή, αυτή η αναλογία ισούται με το συνημίτονο της γωνίας φάσης μεταξύ τους και οι δύο ορισμοί συμπίπτουν. Όταν το ρεύμα παραμορφώνεται, αποκλίνουν.

Ο συντελεστής ισχύος μετατόπισης λαμβάνει υπόψη μόνο τα θεμελιώδη στοιχεία και αγνοεί την παραμόρφωση. Ο πραγματικός συντελεστής ισχύος, που μερικές φορές ονομάζεται συνολικός συντελεστής ισχύος, περιλαμβάνει την παραμόρφωση και επομένως είναι χαμηλότερος. Μια μονάδα μπορεί να αναφέρει έναν συντελεστή ισχύος μετατόπισης πολύ κοντά στη μονάδα, ενώ ο πραγματικός συντελεστής ισχύος της είναι σημαντικά χαμηλότερος και η διαφορά μεταφέρεται από αρμονικά ρεύματα που πρέπει ακόμα να ρέουν μέσω της παροχής.

Αυτή η διάκριση έχει σημασία στο μετρητή και στον μετασχηματιστή. Οι λογαριασμοί κοινής ωφέλειας στον πραγματικό συντελεστή ισχύος, είτε τον ονομάζει έτσι είτε όχι. Ένα φύλλο προδιαγραφών που αναφέρει τον συντελεστή ισχύος μετατόπισης δεν είναι λάθος, αλλά απαντά σε μια διαφορετική ερώτηση από αυτή που θέτει το νομοσχέδιο.

Τι κάνουν οι αρμονικές στους μετασχηματιστές και τους ουδέτερους αγωγούς

Τα αρμονικά ρεύματα παράγουν πρόσθετες απώλειες σε έναν μετασχηματιστή πέρα από αυτές για τις οποίες σχεδιάστηκε. Τα δινορεύματα στον πυρήνα και το φαινόμενο του δέρματος στις περιελίξεις αυξάνονται και τα δύο με τη συχνότητα, επομένως ένα παραμορφωμένο ρεύμα θερμαίνει έναν μετασχηματιστή περισσότερο από ένα ημιτονοειδές ρεύμα της ίδιας τετραγωνικής τιμής ρίζας. Η πρακτική συνέπεια είναι η μείωση: ένας μετασχηματιστής που εξυπηρετεί ένα φορτίο με μεγάλη παραμόρφωση δεν μπορεί να παραδώσει την ονομαστική του χωρητικότητα χωρίς να υπερβεί τα όρια θερμοκρασίας του.

Ο ουδέτερος αγωγός είναι το δεύτερο πρόβλημα και το πιο εκπληκτικό. Σε ένα ισορροπημένο τριφασικό σύστημα με γραμμικά φορτία, τα θεμελιώδη ρεύματα ακυρώνονται στο ουδέτερο και δεν μεταφέρει σχεδόν τίποτα. Οι τριπλές αρμονικές — η τρίτη, η ένατη και η δέκατη πέμπτη — δεν ακυρώνονται. Προσθέτουν το ουδέτερο, το οποίο μπορεί να καταλήξει να μεταφέρει περισσότερο ρεύμα από ό,τι αναμενόταν να χειριστεί οποιοσδήποτε μονοφασικός αγωγός.

Σε μια τοποθεσία φορτιστή αυτός είναι σπάνια ο δεσμευτικός περιορισμός, επειδή οι φορτιστές είναι συνήθως τριφασικά φορτία με αποτελεσματική διόρθωση. Γίνεται σημαντικό όταν τα μονοφασικά σημεία AC εγκαθίστανται σε ποσότητα σε έναν κοινόχρηστο πίνακα διανομής, κάτι που ακριβώς κάνουν οι χώροι στάθμευσης στο χώρο εργασίας και στους χώρους στάθμευσης κατοικιών.

Η τρίτη επίδραση είναι στην ίδια την τάση τροφοδοσίας και μέσω αυτής σε οτιδήποτε άλλο στο εργοτάξιο. Η παραμορφωμένη τάση προκαλεί πρόσθετη θέρμανση στους κινητήρες, μπορεί να διαταράξει τον ευαίσθητο εξοπλισμό και μπορεί να προκαλέσει απροσδόκητη λειτουργία των προστατευτικών ρελέ. Είναι ο λόγος που ένας γειτονικός ενοικιαστής μπορεί να παραπονεθεί για μια εγκατάσταση φορτιστή που φαίνεται να λειτουργεί σωστά.

Πότε ένας ιστότοπος πρέπει να μετρήσει εκ νέου

Μια μέτρηση που έγινε κατά τη θέση σε λειτουργία περιγράφει την τοποθεσία όπως κατασκευάστηκε. Πέντε καταστάσεις δικαιολογούν τη λήψη μιας άλλης.

Όταν προστίθενται φορτιστές, επειδή η παραμόρφωση του ιστότοπου κλιμακώνεται ανάλογα με τον αριθμό των συνδεδεμένων ανορθωτών. Όταν αλλάζει η παροχή, επειδή ένας διαφορετικός μετασχηματιστής ή μια μεγαλύτερη διαδρομή καλωδίου αλλάζει την αντίσταση και επομένως την παραμόρφωση τάσης για την ίδια παραμόρφωση ρεύματος. Όταν άλλος εξοπλισμός στο εργοτάξιο αρχίζει να συμπεριφέρεται άσχημα, γιατί αυτό είναι το σύμπτωμα που παρατηρεί πρώτα το κτίριο. Όταν το βοηθητικό πρόγραμμα θέτει μια ερώτηση στο σημείο σύνδεσης, που συνήθως σημαίνει ότι ζητείται μια μέτρηση αντί να προσφέρεται. Και όταν αλλάζει το μοτίβο χρήσης μιας τοποθεσίας, καθώς η λειτουργία ελαφρού φορτίου μπορεί να προκαλέσει διαφορετική παραμόρφωση από την περίπτωση σχεδιασμού.

Η ίδια η μέτρηση έχει μια απαίτηση που συχνά παραβλέπεται: πρέπει να ληφθεί με γνωστό φορτίο. Μια ένδειξη που λαμβάνεται με έναν φορτιστή που λειτουργεί σε χαμηλή απόδοση δεν λέει σχεδόν τίποτα για την τοποθεσία στην αιχμή. Η χρήσιμη εγγραφή αναφέρει τον αριθμό των μονάδων σε συνεδρία, τη συνδυασμένη έξοδο τους και το σημείο της εγκατάστασης όπου συνδέθηκε το όργανο.

Τι να βάλετε σε μια προδιαγραφή

Τρεις λεπτομέρειες μετατρέπουν ένα ποσό μάρκετινγκ σε επαληθεύσιμη απαίτηση.

Αρχικά, δηλώστε το σημείο φόρτωσης. Η παραμόρφωση και ο συντελεστής ισχύος ποικίλλουν ανάλογα με την έξοδο, επομένως ένας αριθμός χωρίς δηλωμένο φορτίο δεν αποτελεί προδιαγραφή. Δεύτερον, δηλώστε ποιος ορισμός συντελεστή ισχύος εννοείται, μετατόπιση ή αληθής. Τρίτον, δηλώστε εάν η τρέχουσα τιμή παραμόρφωσης μετράται στους ακροδέκτες μιας μεμονωμένης μονάδας ή στο σημείο σύνδεσης της τοποθεσίας, επειδή πρόκειται για διαφορετικές μετρήσεις με διαφορετικές τιμές.

Τα προϊόντα αυτής της κατηγορίας συνήθως αναφέρουν τα στοιχεία τους στο ονομαστικό φορτίο, που είναι η συνθήκη υπό την οποία το στάδιο διόρθωσης λειτουργεί πιο σκληρά και οι αριθμοί φαίνονται καλύτερα. Μια μονάδα συνεχούς ρεύματος που αναφέρει συντελεστή ισχύος 0.99 ή μεγαλύτερο και παραμόρφωση ρεύματος στο ή κάτω από πέντε τοις εκατό σε πλήρες φορτίο περιγράφει έναν καλά διορθωμένο σχεδιασμό. το 120 και 180 kW stations και το 480 kW hub host και οι δύο αναφέρουν τα στοιχεία τους σε πλήρες φορτίο για αυτόν τον λόγο.

Το ερώτημα που αξίζει να προστεθεί σε μια προσφορά είναι τι συμβαίνει κάτω από το πλήρες φορτίο. Ένα στάδιο διόρθωσης που διατηρεί την απόδοσή του σε όλη τη γκάμα είναι διαφορετικός σχεδιασμός από αυτόν που πληροί τον αριθμό στην κορυφή και υποβαθμίζεται από κάτω, και η διαφορά εμφανίζεται σε τοποθεσίες όπου τα οχήματα περνούν το μεγαλύτερο μέρος μιας συνεδρίας με μερική ισχύ.

Για τις περισσότερες εγκαταστάσεις τίποτα από αυτά δεν γίνεται πρόβλημα. Τα στάδια διόρθωσης είναι αποτελεσματικά και μια καλά σχεδιασμένη τοποθεσία με επαρκή χωρητικότητα μετασχηματιστή απορροφά την υπολειπόμενη παραμόρφωση χωρίς δυσκολία. Οι εξαιρέσεις συγκεντρώνονται σε τρία μέρη: μεγάλες τοποθεσίες με πολλές μονάδες σε έναν μετασχηματιστή, τοποθεσίες με σημαντικό μονοφασικό φορτίο εναλλασσόμενου ρεύματος σε κοινόχρηστες πλακέτες και τοποθεσίες στο τέλος μιας μακράς ή ασθενούς παροχής όπου η σύνθετη αντίσταση ενισχύει αυτό που παράγουν οι φορτιστές.

Αυτές οι τρεις περιπτώσεις αξίζει να προσδιοριστούν πριν διορθωθεί ο σχεδιασμός, επειδή οι θεραπείες - ένας μεγαλύτερος μετασχηματιστής, ένα ενεργό φιλτράρισμα, μια διαφορετική διάταξη διανομής - είναι όλες φθηνότερες στον προγραμματισμό παρά στη μετασκευή. Το πρωτόκολλο μέτρησης και τα στοιχεία που πρέπει να ζητηθούν συνοψίζονται στην τεχνική τεκμηρίωση στο download page.