Гармоники, коэффициент мощности и THDi в зарядке электромобилей

Постоянное зарядное устройство отображается в сетке как большая нелинейная нагрузка. Он не потребляет ток пропорционально форме волны напряжения; Он переключается, выпрямляет и регулирует, и ток, который она притягивает, приобретает свою форму. Всё, что происходит дальше в этой теме, является следствием этой формы.

Словарный запас вокруг этого небольшой, но часто используется неправильно. Полное гармоническое искажение и тотальное гармоническое искажение тока — это разные измерения разных факторов. Коэффициент мощности имеет два определения, которые дают разные значения для одного и того же оборудования. Знание того, какая из них превращает строчку в спецификацию, которую можно действительно проверить.

почему выпрямитель натягивает несинусоидальный ток

Простой выпрямитель проводит только тогда, когда входящее напряжение превышает напряжение на его постоянной стороне. Ток течёт короткими импульсами вокруг пиков сигнальной формы, а не плавно на протяжении всего цикла. Эти импульсы содержат энергию, необходимую нагрузке, а также частоты, кратные частоте питания. Эти кратные — гармоники.

Современные зарядные устройства добавляют корректирующий этап перед выпрямителем. Он формирует входной ток в соответствии с формой волны напряжения, что значительно уменьшает количество гармоник. Вот почему тема менее важна, чем для старого оборудования, и почему она всё ещё актуальна: коррекция несовершенна, и она должна выдерживать весь диапазон нагрузки, а не только в момент проектирования.

Если коррекция выполнена плохо или отклонена при небольшой нагрузке, гармоники возвращаются. Участок, работающий с множеством устройств на низкой мощности, может демонстрировать более сильные искажения тока, чем тот же участок с меньшим количеством устройств на высокой мощности, что противоречит интуиции и часто упускается при вводе в эксплуатацию.

THD и THDi — это не одно и то же число

Полный гармонический искажение, записываемый без индекса, обычно относится к напряжению. Он описывает, насколько сильно отклонилась форма напряжения питания от чистого синуса. Полное гармоническое искажение тока, записываемое буквой i, описывает форму тока, который потребляет оборудование.

Эти два понятия связаны, но не взаимозаменяемы, и зависимость зависит от импеданса источника энергии. Зарядное устройство с сильным искажением тока, подключённое к жёсткому питанию, создаёт лишь небольшое искажение напряжения. То же самое зарядное устройство на слабом питании, на конце длинного кабеля, даёт гораздо более крупное устройство. Вот почему продукт может соответствовать своему коэффициенту искажения тока и всё равно вызывать проблему с напряжением на конкретном участке.

Практическое правило таково: спецификация оборудования описывает, что делает оборудование, а обследование участка — то, что испытывает объект. Цитата, в которой перечисляется только одно из двух чисел, отвечает на половину вопроса.

Два определения коэффициента мощности

коэффициент мощности — вещественная мощность, делённая на кажущуюся мощность. Когда и напряжение, и ток синусоидальны, это отношение равно косинусу фазового угла между ними, и оба определения совпадают. Когда ток искажен, они расходятся.

Коэффициент мощности перемещения учитывает только основные компоненты и игнорирует искажения. Истинный коэффициент мощности, иногда называемый полным коэффициентом мощности, включает искажение и, следовательно, ниже. Блок может сообщать коэффициент перемещения, очень близкий к единице, при этом его истинный коэффициент мощности значительно ниже, и разница определяется гармоническими токами, которые всё равно должны проходить через питание

Это различие важно как на счетчике, так и на трансформаторе. Счета за коммунальные услуги зависят от истинного коэффициента мощности, независимо от того, называют они это так или нет. Спецификация с указанием коэффициента мощности перемещения не ошибочна, но она отвечает на другой вопрос, не тот, который задаёт законопроект.

что гармоники делают с трансформаторами и нейтральными проводниками

Гармонические токи вызывают дополнительные потери в трансформаторе, сверх тех, для которых он был предназначен. Вихревые токи в сердечнике и эффект кожи в обмотках увеличиваются с каждой частотой, поэтому искажённый ток нагревает трансформатор сильнее, чем синусоидальный ток с тем же среднеквадратичным значением. Практическое следствие — снижение характеристик: трансформатор, обслуживающий сильно искажающуюся нагрузку, не может обеспечить свою номинальную ёмкость, не превысив температурные пределы.

Нейтральный проводник — вторая и более неожиданная проблема. В сбалансированной трёхфазной системе с линейными нагрузками фундаментальные токи в нейтрале компенсируются, и она почти ничего не переносит. Тройные гармоники — третья, девятая и пятнадцатая — не отменяются. Они добавляют нейтраль, который может пропускать больше тока, чем ожидалось выдержать любой однофазный проводник

На сайтах зарядных устройств это редко является ограничением привязки, поскольку зарядные устройства обычно являются трёхфазными нагрузками с эффективной коррекцией. Это становится актуальным, когда однофазные кондиционерные розетки устанавливаются в большом количестве на общем распределительном щите, что именно так и делают рабочие места и жилые парковки.

Третий эффект — на само напряжение питания и через него на всё остальное на объекте. Искажённое напряжение вызывает дополнительное нагрев в двигателях, может нарушать чувствительное оборудование и вызывать неожиданную работу защитных реле. Именно поэтому соседний арендатор может жаловаться на установку зарядного устройства, которое, похоже, работает правильно.

когда сайт должен повторять измерение

Измерение, проведённое при вводе в эксплуатацию, описывает объект в том виде, в каком он был построен. Пять ситуаций оправдывают выбор другого.

Когда добавляются зарядные устройства, потому что искажение сайта масштабируется с количеством подключённых выпрямителей. Когда питание меняется, потому что другой трансформатор или длинный кабель изменяет импеданс, а значит, и искажение напряжения при том же искажении тока. Когда другое оборудование на объекте начинает вести себя плохо, потому что это симптом, который первым замечает здание. Когда коммунальная компания задаёт вопрос в точке подключения, это обычно означает, что запрашивается измерение, а не предлагается. И когда на площадке меняется схема использования объекта, поскольку работа с лёгкой нагрузкой может привести к иным искажениям, отличным от проектного случая

Само измерение имеет требование, которое часто упускается из виду: его нужно делать при известной нагрузке. Показания, сделанные при низкой мощности одного зарядного устройства, почти ничего не говорит о месте в пиковом режиме. В полезной записи указано количество устройств в сессии, их совокупный выход и точку в установке, где был подключён инструмент

что добавить в спецификацию

Три детали превращают маркетинговую цифру в проверяемое требование.

Сначала укажите точку загрузки. Искажение и коэффициент мощности зависят от выхода, поэтому фигура без указанной нагрузки не является спецификацией. Во-вторых, укажите, какое определение коэффициента мощности подразумевается — смещение или истинно. В-третьих, укажите, измеряется ли коэффициент искажения тока на клеммах одного блока или в точке подключения объекта, поскольку это разные измерения с разными значениями.

Продукты этого класса обычно цитируют свои показатели при номинальной нагрузке, что является условием, при котором этап коррекции работает наиболее интенсивно и цифры выглядят наилучшим. Постоянный ток, указывающий коэффициент мощности 0,99 или выше и искажение тока на уровне или ниже пяти процентов при полной нагрузке, описывает хорошо скорректированную конструкцию; 120 и 180 кВт и 480 кВт хаб оба цитируют свои цифры при полной нагрузке именно по этой причине.

Вопрос, который стоит добавить в тендер, — что происходит при полной нагрузке. Корректирующая ступень, которая сохраняет свою производительность во всей модельной линейке, отличается от той, что соответствует числу в верхней части и снижается внизу, и разница проявляется на площадках, где автомобили проводят большую часть сессии на частичной мощности.

Для большинства инсталляций это не становится проблемой. Корректировочные ступени эффективны, и хорошо спроектированный участок с достаточной ёмкостью трансформатора без труда поглощает остаточные искажения. Исключения сосредоточены в трёх местах: больших площадках с множеством блоков на одном трансформаторе, площадках с значительной однофазной нагрузкой переменного тока на общих платах и участках в конце длинного или слабого источника, где импеданс усиливает мощность зарядных устройств

Эти три случая стоит выявить до того, как дизайн будет исправлен, потому что меры — увеличенный трансформатор, активная фильтрация, другая схема распределения — все дешевле планировать, чем дорабатывать. Протокол измерения и запрашиваемые цифры изложены в технической документации на page download page.