Harmoniske, effektfaktor og THDi i elbillading

En likestrømlader presenterer seg for nettet som en stor ikke-lineær last. Den trekker ikke strøm i forhold til spenningsbølgeformen; Den bytter, retter og regulerer, og strømmen den trekker har sin egen form. Alt som følger i dette emnet er en konsekvens av den formen.

Vokabularet rundt det er lite, men ofte feilbrukt. Total harmonisk forvrengning og total harmonisk forvrengning av strøm er forskjellige målinger av forskjellige ting. Effektfaktor har to definisjoner som gir forskjellige tall for det samme utstyret. Å vite hva som er hva gjør en datablad-linjepost til en spesifikasjon du faktisk kan verifisere.

Hvorfor en likeretter trekker en ikke-sinusformet strøm

En enkel likeretter leder bare når den innkommende spenningen overstiger spenningen på likestrømssiden. Strømmen flyter i korte pulser rundt toppene i forsyningsbølgeformen i stedet for jevnt gjennom hele syklusen. Disse pulsene inneholder energien lasten trenger, og de inneholder også frekvenser som er multiplum av forsyningsfrekvensen. Disse multiplene er harmoniske.

Moderne ladere legger til et korrigeringstrinn foran likeretteren. Den former inngangsstrømmen slik at den følger spenningsbølgeformen, noe som reduserer harmoniske betraktelig. Dette er grunnen til at temaet betyr mindre enn det var for eldre utstyr, og hvorfor det fortsatt er viktig: korreksjonen er ufullkommen, og den må holde over hele lastområdet i stedet for bare ved designpunktet.

Der korreksjonen utføres dårlig eller overvinnes ved lett belastning, kommer harmonikkene tilbake. Et anlegg som kjører mange enheter med lav utgang kan derfor vise verre strømforvrengning enn det samme anlegget som kjører færre enheter med høy utgang, noe som er motintuitivt og ofte oversett ved igangkjøring.

THD og THDi er ikke det samme tallet

Total harmonisk forvrengning, skrevet uten indeks, refererer vanligvis til spenning. Den beskriver hvor langt forsyningsspenningsbølgeformen har avviket fra en ren sinus. Total harmonisk forvrengning av strømmen, skrevet med i, beskriver formen på strømmen utstyret trekker.

De to er relaterte, men ikke utskiftbare, og forholdet avhenger av impedansen til forsyningen. En lader med høy strømforvrengning koblet til en stiv strømforsyning gir bare en liten spenningsforvrengning. Den samme laderen på en svak strømforsyning, i enden av en lang kabel, gir en mye større en. Dette er grunnen til at et produkt kan nå sin strømforvrengningsverdi og likevel forårsake et spenningsproblem på et bestemt sted.

Den praktiske regelen er at utstyrsspesifikasjonen beskriver hva utstyret gjør, og stedsundersøkelsen beskriver hva stedet opplever. Et sitat som bare lister opp ett av de to tallene, svarer på halve spørsmålet.

To definisjoner av Power Factor

Effektfaktor er reell effekt delt på tilsynelatende effekt. Når både spenning og strøm er sinusformede, er dette forholdet lik cosinus av fasevinkelen mellom dem, og de to definisjonene sammenfaller. Når strømmen forvrenges, divergerer de.

Forskyvningseffektfaktor tar kun hensyn til de grunnleggende komponentene og ignorerer forvrengning. Den sanne effektfaktoren, noen ganger kalt total effektfaktor, inkluderer forvrengningen og er derfor lavere. En enhet kan rapportere en forskyvningseffekt svært nær én, mens dens reelle effektfaktor er betydelig lavere, og forskjellen bæres av harmoniske strømmer som fortsatt må flyte gjennom forsyningen.

Denne forskjellen er viktig både ved måleren og ved transformatoren. Strømleverandøren fakturerer etter ekte effektfaktor, enten den navngir det slik eller ikke. Et spesifikasjonsark som oppgir forskyvningseffektfaktor er ikke feil, men det svarer på et annet spørsmål enn det lovforslaget stiller.

Hva harmonikker gjør med transformatorer og nøytrale ledere

Harmoniske strømmer gir ekstra tap i en transformator utover de den var designet for. Virvelstrømmer i kjernen og hudeffekten i viklingene øker begge med frekvensen, så en forvrengt strøm varmer opp en transformator mer enn en sinusstrøm med samme rot-gjennomsnitt-kvadratverdi. Den praktiske konsekvensen er nedgradering: en transformator som betjener en sterkt forvrengende last kan ikke levere sin navneplatekapasitet uten å overskride sine temperaturgrenser.

Den nøytrale lederen er det andre problemet og det mest overraskende. I et balansert trefaset system med lineære laster, kansellerer grunnstrømmene i nøytral og bærer nesten ingenting. Triplen-harmonikker — ters, ni og femten — kanselleres ikke. De legger til nøytral, som kan føre mer strøm enn noen enfaseleder var forventet å håndtere.

På et ladested er dette sjelden bindingsbegrensningen, fordi ladere vanligvis er trefaselaster med effektiv korreksjon. Det blir relevant når enfase-AC-punkter installeres i stort antall på en delt fordelingstavle, noe som er akkurat det parkeringsplasser på arbeidsplasser og i boliger gjør.

Den tredje effekten er på selve forsyningsspenningen, og gjennom den på alt annet på stedet. Forvrengt spenning fører til ekstra oppvarming i motorene, kan forstyrre sensitivt utstyr og kan føre til at beskyttelsesreléer opererer uventet. Det er grunnen til at en naboleietaker kan klage på en laderinstallasjon som ser ut til å fungere som den skal.

Når et sted bør måle på nytt

En måling tatt ved idriftsettelsen beskriver stedet slik det ble bygget. Fem situasjoner rettferdiggjør å ta en til.

Når ladere legges til, fordi sidens forvrengning skalerer med antall tilkoblede likerettere. Når strømforsyningen endres, endres impedansen og dermed spenningsforvrengningen for samme strømforvrengning fordi en annen transformator eller en lengre kabel endres. Når annet utstyr på stedet begynner å oppføre seg dårlig, fordi det er det symptomet bygningen legger merke til først. Når forsyningsselskapet stiller spørsmål ved tilkoblingspunktet, betyr det vanligvis at en måling blir bedt om i stedet for tilbudt. Og når et steds bruksmønster endres, kan lett belastningsdrift gi en annen forvrengning enn i designtilfellet.

Selve målingen har et krav som ofte overses: den må tas ved en kjent belastning. En måling tatt med én lader på lav utgang sier nesten ingenting om stedet på topp. Den nyttige registreringen angir antall enheter i økt, deres samlede output og punktet i installasjonen hvor instrumentet ble koblet til.

Hva skal du ha i en spesifikasjon

Tre detaljer gjør et markedsføringstall til et verifiserbart krav.

Først, oppgi lastepunktet. Forvrengning og effektfaktor varierer begge med utgangen, så et tall uten oppgitt belastning er ikke en spesifikasjon. For det andre, tilstanden hvilken potensfaktordefinisjon man mener, forskyvning eller sann. For det tredje, oppgi om strømforvrengningsfiguren måles ved terminalene til en enkelt enhet eller ved stedets tilkoblingspunkt, fordi disse er forskjellige målinger med forskjellige verdier.

Produkter i denne klassen oppgir vanligvis tallene sine ved nominell belastning, som er betingelsen der korreksjonsfasen jobber hardest og tallene ser best ut. En likestrømsenhet som angir en effektfaktor på eller over 0,99 og en strømforvrengning på eller under fem prosent ved full belastning beskriver et velkorrigert design; 120 og 180 kW-stasjonene og 480 kW hubverter oppgir begge tallene sine ved full belastning av den grunn.

Spørsmålet verdt å legge til i et anbud er hva som skjer under full last. Et korrigeringstrinn som holder ytelsen over hele spekteret er et annet design enn et som oppfyller tallet øverst og forringes under, og forskjellen vises på steder hvor kjøretøyene tilbringer mesteparten av en økt med delvis effekt.

For de fleste installasjoner blir ingenting av dette et problem. Korreksjonstrinn er effektive, og et godt designet område med tilstrekkelig transformatorkapasitet absorberer den gjenværende forvrengningen uten problemer. Unntakene er konsentrert på tre steder: store steder med mange enheter på én transformator, steder med betydelig enfase AC-belastning på delte kort, og steder i enden av en lang eller svak forsyning hvor impedansen forsterker det laderne produserer.

Disse tre tilfellene er verdt å identifisere før designet blir fikset, fordi løsningene — en større transformator, aktiv filtrering, en annen fordelingsordning — alle er billigere å planlegge enn å ettermontere. Måleprotokollen og tallene som bør bespørres er oppsummert i den tekniske dokumentasjonen på nedlastingsside.