Harmonische problemen bij 1 fase systemen. Danny Langbroek

Transcriptie

1 Danny Langbroek

2 Agenda Introductie Uitleg harmonischen Hoe ontstaan harmonischen Normen Gevolgen van harmonischen Oplossingen netspoel harmonisch filter Praktijk voorbeeld Universiteit Twente

3 Introductie Elincom electronics b.v. Distributeur van componenten voor elektronica en industriële automatisering Opgericht in 1975, zelfstandige onderneming 15 werknemers, waarvan 6 product managers Sinds 1975 distributeur van Block Sinds 1995 product manager voor Block

4 Introductie BLOCK Transformatoren-Elektronik Gevestigd in Verden, Duitsland In 1939 opgericht In 2013: 700 medewerkers en 70 miljoen omzet Producent van: Transformatoren van 0,15VA tot 400 kva DC power supplies van 5W tot 1kW Hoog en Laag frequent transformatoren en spoelen EMC filters

5 Introductie Factory 1, Verden, Germany 700 employees 70million

6 Introductie

7 Introductie

8 Introductie

9 Harmonischen

10 Wat zijn harmonischen? Faseverschuiving Harmonischen Pw = werkelijk vermogen Pb = blind vermogen Ps = schijnbaar vermogen Pw = U x I x cos φ Power factor = THD i i i 2 I 2 I 1

11 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf Grondgolf: 50 Hz Dus: 3 e = 3x 50Hz = 150Hz 5 e = 5x 50Hz = 250Hz 7 e = 7x 50Hz = 350 Hz Voorbeeld lineaire belasting Iedere niet sinusvormig signaal is opgebouwd uit verschillende sinussen met verschillende amplitude en fase verschuivingen

12 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf

13 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf

14 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf

15 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf

16 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf

17 Wat zijn harmonischen? Veelvoud van de grondgolf

18 Wat zijn harmonischen? Fourier analyse + 38A*sin(250Hz*t+150 ) + 27A*sin(350Hz*t+310 ) Voorbeeld: Ingangsstroom van B6 gelijkrichter + 10A*sin(550Hz*t+90 ) + 4A*sin(650Hz*t+230 )

19 Wat zijn harmonischen? Blokgolf Grondgolf + 3e harmonische Voorbeeld: Blokgolf tot 23e harmonische + 5e harmonische Na 13e harmonische

20 Hoe ontstaan harmonischen? Veel apparatuur werken op gelijkspanning

21 Hoe ontstaan harmonischen? De condensator wordt alleen geladen als de netspanning hoger is dan de spanning van de condensator Er ontstaat een stroompiek die niet meer sinusvormig is. Om deze piek te maken zijn er dus meerdere sinussen nodig. Kortom: HARMONISCHEN

22 Hoe ontstaan harmonischen? Niet lineare belasting verbonden met het net Net Gelijkrichter Load U aansluipt. (t) = U net (t) U impedantie (t) Niet lineare belastingen zorgen voor een Spanningsval over de lijnimpedantie De netspanning vervormt op dit punt De mate van vervorming is de THD van elke harmonische bij elkaar opgeteld. Definitie THD: Total Harmonic Distortion THD i i i 2 I 2 I 1 THD u i 2 U 2 U 1 i

23 Normen EN :2010 EN :2012 Emissie apparaat 16A Emissie apparaat 16A<I 75A Uitzonderingen: -Professioneel apparatuur > 1000W -Symmetrische verwarmingregelingen < 200W -Dimmer voor verlichting < 1000W -Apparaten kleiner dan < 75W -LED en Fluorescent lampen (TL) < 25W

24 Gevolgen van Harmonischen Stroom Overbelasting van de nulgeleider Oververhitting van de transformatoren Ongewenst uitschakelen van zekeringautomaten Overbelasting van blindstroomcompensatie Spanning Spanningsvervorming Nuldoorgang verstoringen (voorbeeld clocksignals) Oververhitting en problemen met motoren Extra kosten als er voor blindstroom betaald moet worden

25 Oplossingen Netspoel of filter geen filter smoorspoel Netstroom zonder filter THD(i)= 191%, I=9,63A Stroom met spoel THD(i)= 79%, I=5,9A Met een 4% UK smoorspoel kunnen de harmonische stromen gereduceerd worden, vaak is dit niet voldoende en zijn er extra maatregelen nodig in vorm van een harmonisch filter. Indicatie: tot circa 3,5A geeft een spoel voldoende demping om binnen de norm te blijven.

26 Oplossingen Harmonisch filter voor 1F gelijkrichter Stroom verloop met Harmonic filter THD(i)= 7%, I=4,5A

27 Oplossingen Harmonisch filter voor 1F gelijkrichter Stroom weer sinusvormig Voldoen aan de harmonische standaards Ontlasten van nulleider Applicaties: kantoorgebouwen, parkeergarages, industrie met veel 1 fase frequentieregelaars

28 Voorbeeld Carré Building (university of twente) 36,000 m 2 vloeroppervlakte diverse ruimtes zoals: Klaslokalen, kantoorruimte, laboratoria, ontmoetingsruimtes geïnstalleerd vermogen aan transformatoren: 4x 1000 kva (gebaseerd op conventionele benadering Belasting: Frequentieregelaars voor HVAC en liften 3000 TL met electronische voorschakelapparaten 1500 Laptops (< 75W) 1500 LCD monitoren geen lineaire verbruikers Nu: 7200 kva aan transformatoren Werkelijk opgenomen vermogen ligt onder 3000 kw Informatie van Dr.ir. Roelof Timens

29 Harmonischen Bedankt voor de aandacht Vragen? Neem contact op met Danny Langbroek