Övertonsmätning

Tycker du att din transformator och matningskablar blir onormalt varma? Löser effektbrytaren oförklarligt utan att det har varit möjligt att finna orsaken? Är det elektroniska komponenter som ofta havererar och behöver bytas? Eller har du en produktionslinje som oförklarligt inte fungerar korrekt? Då kan orsaken vara dålig spänningskvalitet. En hel del elektriska komponenter varav frekvensomformare använder sig av switchad likriktare. I frekvensomformare fall förändras matningsspänningen från växelspänning (AC) till en likspänning (DC) med hjälp av med en 6-puls likriktare.

Strömmen genom dessa likriktare är inte sinusformad men kommer att ha två ”toppar” när likriktaren öppnar för energin i elektronerna. Den strömkurva som frekvensomvandlaren använder betyder nu att förutom den grundläggande strömmen som får motorn att rotera, kommer det nu också att finnas några underliggande strömmar. För en frekvensomvandlare som arbetar med 6-puls likriktare vill de harmoniska strömmarna vara på 6: e. övertonen, plus minus ett. Med andra ord, den 5: e och 7: e övertonen, som för övrigt är de mest störande övertonerna. De nästa, blir 2 gånger 6 plus minus en, det vill säga den 11: e och 13: e övertonen, och så fortsätter det uppåt. Denna förvrängda ström kallas THiD (Total Harmonic current Distortion) och går från frekvensomvandlaren och tillbaka mot transformatorn. För en Danfoss-VLT frekvensomvandlare med DC-spolar kommer THiD normalt att vara ca 40%. Utmaningen uppstår nu genom att strömmen är ett dynamiskt värde som förändras i förhållande till förbrukning.

Vi ser problemen uppstå på två olika sätt:

1. 1. I en nyinstallation där belastningsformen inte har utvärderats och frekvensomvandlare är den största belastningen på transformatorn. Lyckligtvis händer detta sällan att utvärdering försummats, eftersom de flesta företag som designar installationen förstår harmoniska störningar och tar hänsyn till detta. Det är också möjligt att simulera en installation och därifrån rekommendera ett korrekt val av transformator.
2. Vi stöter ofta på installationer som kontinuerligt har utökats med fler och fler frekvensomvandlare. Här ökar den harmoniska förvrängningen över tiden och plötsligt når en nivå där kunden börjar uppleva fel.

Oväntade produktionsstopp är obehagliga och kan vara dyra. För felsökning är det enklast om det beror synliga fel såsom trasiga mekaniska komponenter eller igensatta filter. Men när källan till felet är osynlig orsakar det ofta förvirring. För exempel kan effektbrytaren lösa ut oförklarligt. Den är inställda på nominell märkström, men kan värmas upp ganska starkt på grund av harmoniska strömmar.

Med avancerad mätutrustning närvarande, kan nivån på harmoniska strömmar registreras, för att därefter ligga till grund för planering av lämplig åtgärd för reducering av harmoniska strömmar.

Det första steget är att precisera problemets omfattning. Vi kartlägger om de harmoniska strömmarna är lokaliserade till endast en transformator eller om den passerar genom transformatorn och sprider sig på 10kV-nätet?

Eftersom en vanlig mätanordning fortfarande visar en normal spänningsförsörjning är det nödvändigt att mäta de harmoniska förvrängningarna och observera sinuskurvan. Styreg använder Fluke 438 ” Power Quality and Motor Analyzer ”och samt Fluke MDA-550 ”Motor Drive Analyzer” för att analysera spänningskvaliteten.

Steg två är då att hitta den optimala lösningen för installationen. Något av följande alternativ kan avhjälpa problemet:

1. Montera passivt övertonsfilter framför frekvensomformare (Metod1)
2. Införliva aktivt filter inuti en enhet (Low Harmonic Drive, Metod2)
3. Ställ in ett aktivt filter framför alla frekvensomformare (Metod 3)
4. Byt ut transformatorn till en större modell som klarar övertonsströmmen
5. Använd 12-puls frekvensomformare med specialtransformator
6. Använd Active Front End frekvensomformare (AFE)