Harmonischen, vermogensfactor en THDi bij EV-laden

Een DC-lader presenteert zich aan het net als een grote niet-lineaire belasting. Het trekt geen stroom in verhouding tot de spanningsgolfvorm; het schakelt, rectificeert en regelt, en de stroom die het trekt heeft een eigen vorm. Alles wat volgt in dit onderwerp is een gevolg van die vorm.

De woordenschat eromheen is klein maar wordt vaak verkeerd gebruikt. Totale harmonische vervorming en totale harmonische vervorming van stroom zijn verschillende metingen van verschillende dingen. Vermogensfactor kent twee definities die verschillende getallen geven voor dezelfde apparatuur. Weten welke welke is, verandert een datasheet-regel in een specificatie die je daadwerkelijk kunt verifiëren.

Waarom een gelijkrichter een niet-sinusvormige stroom trekt

.

Een eenvoudige gelijkrichter leidt alleen wanneer de inkomende spanning de spanning aan de DC-zijde overschrijdt. De stroom stroomt in korte pulsen rond de pieken van de toevoergolfvorm in plaats van soepel over de hele cyclus. Die pulsen bevatten de energie die de belasting nodig heeft, en ze bevatten ook frequenties die veelvouden zijn van de voedingsfrequentie. Die veelvouden zijn de harmonischen.

Moderne laders voegen een correctiefase toe voor de gelijkrichter. Het vormt de ingangsstroom om de spanningsgolfvorm te volgen, wat de harmonischen aanzienlijk vermindert. Daarom doet het onderwerp minder uit dan bij oudere apparatuur en is het nog steeds belangrijk: de correctie is onvolmaakt en moet over het hele belastingbereik gelden in plaats van alleen bij het ontwerppunt.

Waar correctie slecht wordt uitgevoerd of bij lichte belasting wordt omzeild, keren de harmonischen terug. Een locatie die veel eenheden op lage output draait, kan daarom een grotere stroomvervorming vertonen dan dezelfde locatie die minder eenheden op hoog vermogen draait, wat contra-intuïtief is en vaak over het hoofd wordt gezien bij ingebruikname.

THD en THDi zijn niet hetzelfde getal

Totale harmonische vervorming, geschreven zonder subscript, verwijst meestal naar spanning. Het beschrijft hoe ver de voedingsspanningsgolfvorm is afgeweken van een zuivere sinus. Totale harmonische vervorming van stroom, geschreven met een i, beschrijft de vorm van de stroom die de apparatuur trekt.

De twee zijn verwant maar niet uitwisselbaar, en de relatie hangt af van de impedantie van de voeding. Een lader met hoge stroomvervorming die is aangesloten op een stijve voeding produceert slechts een kleine spanningsvervorming. Dezelfde oplader op een zwakke voeding, aan het uiteinde van een lange kabel, produceert een veel grotere oplader. Daarom kan een product zijn stroomvervormingswaarde halen en toch een spanningsprobleem veroorzaken op een bepaalde locatie.

De praktische regel is dat de apparatuurspecificatie beschrijft wat de apparatuur doet, en de locatie-survey beschrijft wat de site ervaart. Een citaat dat slechts één van de twee cijfers vermeldt, beantwoordt de helft van de vraag.

Twee definities van Power Factor

Vermogensfactor is reële macht gedeeld door schijnbare kracht. Wanneer zowel spanning als stroom sinusvormig zijn, is die verhouding gelijk aan de cosinus van de fasehoek ertussen, en vallen de twee definities overeen. Wanneer de stroom vervormd is, divergeren ze.

Verplaatsingsvermogensfactor houdt alleen rekening met de fundamentele componenten en negeert vervorming. De ware vermogensfactor, soms de totale vermogensfactor genoemd, omvat de vervorming en is daarom lager. Een eenheid kan een verplaatsingsvermogensfactor rapporteren die zeer dicht bij de eenheid ligt, terwijl de werkelijke vermogensfactor aanzienlijk lager is, en het verschil wordt gedragen door harmonische stromen die nog door de voeding moeten stromen.

Dit onderscheid is belangrijk bij de meter en bij de transformator. Het nutsbedrijf factureert op basis van de werkelijke energiefactor, of het nu zo wordt genoemd of niet. Een specificatieblad waarin de verplaatsingsvermogensfactor wordt genoemd is niet onjuist, maar het beantwoordt wel een andere vraag dan die van het wetsvoorstel.

Wat harmonischen doen met transformatoren en neutrale geleiders

Harmonische stromen veroorzaken extra verliezen in een transformator die de oorspronkelijke nederlagen betreffen. Wervelstromen in de kern en huideffect in de wikkelingen nemen beide toe met de frequentie, waardoor een vervormde stroom een transformator meer verwarmt dan een sinusvormige stroom met dezelfde wortel-gemiddelde kwadraatwaarde. Het praktische gevolg is derating: een transformator die een sterk vervormende belasting bedient, kan zijn naamplaatcapaciteit niet leveren zonder zijn temperatuurlimieten te overschrijden.

De nulgeleider is het tweede en meer verrassende probleem. In een gebalanceerd driefasensysteem met lineaire belastingen heffen de fundamentele stromen in de nul op en draagt deze bijna niets. Triplen-harmonischen — de derde, negende en vijftiende — annuleren niet. Ze voegen de nul toe, die uiteindelijk meer stroom kan voeren dan een enkelfasige geleider zou kunnen verwerken.

Op een laadlocatie is dit zelden de bindingsbeperking, omdat laders meestal driefasige ladingen zijn met effectieve correctie. Het wordt relevant wanneer enkelfasige wisselwisselaars in grote aantallen worden geïnstalleerd op een gedeeld distributiebord, wat precies is wat werkplek- en woonparkeerplaatsen doen.

Het derde effect is op de voedingsspanning zelf, en daardoor op alles wat verder op locatie is. Vervormde spanning veroorzaakt extra warmte in motoren, kan gevoelige apparatuur verstoren en kan ervoor zorgen dat beschermingsrelais onverwacht werken. Het is de reden dat een naburige huurder kan klagen over een laderinstallatie die lijkt te werken als correct.

Wanneer een site opnieuw moet meten,

Een meting die bij ingebruikname werd genomen, beschrijft de locatie zoals deze werd gebouwd. Vijf situaties rechtvaardigen het nemen van nog een.

Wanneer laders worden toegevoegd, omdat de vervorming van de site schaalt met het aantal verbonden gelijkrichters. Wanneer de voeding wordt veranderd, verandert een andere transformator of een langere kabel de impedantie en dus de spanningsvervorming voor dezelfde stroomvervorming. Wanneer andere apparatuur op het terrein zich begint te gedragen, omdat dat het symptoom is dat het gebouw als eerste opmerkt. Wanneer de nutsvoorziening een vraag stelt bij het aansluitpunt, betekent dat meestal dat er een meting wordt gevraagd in plaats van aangeboden. En wanneer het benuttingspatroon van een locatie verschuift, kan lichte belastingwerking een andere vervorming veroorzaken dan in het ontwerp.

De meting zelf heeft een vereiste die vaak over het hoofd wordt gezien: deze moet worden genomen bij een bekende belasting. Een meting met één oplader die op laag vermogen draait, zegt bijna niets over de locatie op piek. Het nuttige record vermeldt het aantal units in sessie, hun gecombineerde output en het punt in de installatie waar het instrument was aangesloten.

Wat in een specificatie te zetten.

Drie details maken van een marketingcijfer een verifieerbare vereiste.

Geef eerst het laadpunt aan. Vervorming en vermogensfactor variëren beide met de uitgang, dus een cijfer zonder opgegeven belasting is geen specificatie. Ten tweede, geef aan welke machtsfactordefinitie wordt bedoeld, verplaatsing of waar. Ten derde, geef aan of de stroomvervormingswaarde wordt gemeten aan de terminals van een enkele eenheid of bij het aansluitpunt van de locatie, omdat dat verschillende metingen zijn met verschillende waarden.

Producten in deze klasse citeren hun cijfers doorgaans bij de nominale belasting, wat de conditie is waarin de correctiefase het hardst werkt en de cijfers er het beste uitzien. Een DC-eenheid die een vermogensfactor van 0,99 of hoger aangeeft en een stroomvervorming van of onder vijf procent bij volle belasting beschrijft een goed gecorrigeerd ontwerp; de 120 en 180 kW stations en de 480 kW hubhost geven hun cijfers bij volle belasting aan om die reden.

De vraag die het waard is om aan een tender toe te voegen is wat er gebeurt onder volle belasting. Een correctiefase die de prestaties over het hele gamma vasthoudt, is een ander ontwerp dan een die het nummer bovenaan voldoet en eronder achteruitgaat, en het verschil is zichtbaar op locaties waar voertuigen het grootste deel van een sessie op gedeeltelijk vermogen rijden.

Voor de meeste installaties is dit allemaal geen probleem. Correctiefasen zijn effectief, en een goed ontworpen locatie met voldoende transformatorcapaciteit absorbeert de resterende vervorming zonder moeite. De uitzonderingen zijn geconcentreerd op drie plaatsen: grote locaties met veel units op één transformator, locaties met aanzienlijke enkelfasige wisselstroom op gedeelde printplaten, en locaties aan het einde van een lange of zwakke voeding waar de impedantie versterkt wat de laders produceren.

Die drie gevallen zijn het waard om te identificeren voordat het ontwerp wordt vastgesteld, omdat de oplossingen — een grotere transformator, actieve filtering, een andere distributieregeling — allemaal goedkoper zijn om te plannen dan om achteraf te monteren. Het meetprotocol en de op te vragen cijfers worden samengevat in de technische documentatie op de downloadpagina.