低電圧保護装置

工業生産を電圧降下から保護するためのさまざまなシステムを検討します (フライホイール、静的無停電電源装置 (UPS)、動的電圧歪み補償装置、静的補償装置 (STATCOM)、並列接続された LED、昇圧コンバータ、アクティブ フィルタ、変圧器を使用しない直列アンプ)。

電圧低下は、業界で最もコストがかかる現象の 1 つです。機密性の高いプロセスを損傷から保護する最も簡単な方法は、UPS を設置することです。ただし、UPS は購入とメンテナンスに高額​​なコストがかかるため、電源の問題による損傷が考えら​​れる場所など、大型の構造物にのみ設置されます。たとえば、病院、コンピュータの製造、金融機関などに重大な損害を引き起こす可能性があります。

保護装置の設置を決定する場合は、実現可能性調査を実行して、特定の生産プロセスに UPS を設置する可能性を示す必要があります。

工業生産において異なる速度の電気モーターを電圧降下から保護するという問題が解決されました。このようなシステムにはさまざまなブランドがあるため、この問題に対する最適な技術的および経済的解決策を見つけるのはそれほど簡単ではありません。

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モーター ジェネレーター フライホイール (D-G) は、電力システム C のすべての電圧低下から重大な生産障害を保護できます。電圧低下が発生すると、フライホイールによって負荷の電圧降下が遅くなります。フライホイールをモータージェネレーターに接続するためのさまざまなスキームは、1 に示したものと同様です。

米。 1. 電圧降下をフライホイールで補償する方式

独立型静的 UPS の主なコンポーネントを図に示します。 2、そのバッテリー (コンデンサー) は、短時間の電圧降下から保護するためにのみエネルギーを蓄えます。電圧降下が発生した場合、負荷には DC/AC コンバータを介してバッテリから電力が供給されます。

米。 2. UPSによる電圧降下補償の仕組み

電圧降下中の動的電圧歪みの補償器は、変圧器2を介して電気ネットワーク1に接続されたままとなり、電圧の欠落部分を決定します（図3）。負荷 7 と直列に接続された単巻変圧器の一次巻線 4 および二次巻線 3 を介して、電圧の不足部分が追加されます。目的に応じて、電圧降下中に電圧コンバータ 5 を介して負荷 7 に供給するエネルギーを追加できます。ネットワークまたは追加の電源 (主にコンデンサ c) から取得されます。

異なるメーカーによる 2 つの変更を考えてみましょう。 1 つ目 (以下、DKIN-1 と呼びます) には電源が​​含まれておらず、常時接続されています。このオプションは、電圧を最大 50% まで高めることができるため、コスト効率が高くなります。電圧を 30% 増加させる機能を備えた DKIN デバイスの修正があります。 DKIN デバイスのこの修正 (30%) から始めて、本番環境で使用することをお勧めします。

米。 3. DKINを使用して電圧降下を補償するスキーム

2 番目の改良版 (DKIN-2) には重負荷用に設計された電源が含まれており、2 メガワットのデバイスは 4 MW 負荷の負荷電圧を 50%、8 MW 負荷の負荷電圧を 23% 増加させることができます。他のほとんどのデバイスとは異なり、電源は長時間の落下に耐えることができます。

静電気補償装置（STATCOM） 電圧降下補償装置が負荷と並列に接続されます（図4）。 STATCOM デバイスは、接合部の無効負荷を変更することで電圧降下を減らすことができます。

ディップを低減する能力は、超電導磁気電源などの追加の電源を追加することで改善できます。 STATCOM 補償器 (図 4) は無効電力 V を統計的に吸収および戻すことができますが、その使用は通常、経済的理由から静的補償に限定されます。

降圧モードでは、STATCOM システムは DC 電源モードに切り替わります。コンデンサの端子間の電圧を一定に保つことができます。

米。 4. 静的伸縮継手

並列接続された同期モーター (SM) は STATCOM に似ていますが、パワー エレクトロニクスは含まれていません (図 5)。同期モータが大きな無効負荷を提供できるため、このようなシステムは 6 秒以内に最大 60% の電圧降下を補償できます。同時に、小さなフライホイールが 100 ミリ秒間の完全な停電から負荷を保護します。

米。 5. 並列接続された LED とフライホイール: 1 — 電源システム; 2 - 変圧器。 3 — スイッチ

ステップアップコンバータ これは、DC バス電圧 (可変周波数モータなど) を公称レベルまで上昇させる DC/DC コンバータです (図 6)。

補償できる最大の電圧降下は、昇圧コンバータの定格電流によって異なります。昇圧コンバータは、デバイスの DC バスで電圧降下が検出されるとすぐに動作を開始します。ブースト コンバータは、最大 50% の対称的な電圧降下を補償する機能に加えて、相の 1 つの完全な故障などの大きな非対称な電圧降下も補償する機能を備えています。昇圧コンバータにはバッテリを追加して、完全な停電から保護することができます。

アクティブ フィルタ (図 7) は、ダイオードの代わりに IGBT サイリスタを使用し、整流器のように動作するコンバータです。

アクティブフィルターは、電圧降下が発生しても電圧を継続的に維持できます。アクティブ フィルタの電流定格によって、最大電圧降下補正値が決まります。

米。 7. アクティブフィルター

電圧降下が発生した場合、トランスレス電圧補償回路（図8）が開き、インバータを介して負荷に電力が供給されます。インバータの DC バス電源は、直列に充電された 2 つのコンデンサによってサポートされます。

米。 8. 変圧器を使用しない直列電圧降下補償

残留電圧が50%であれば定格電圧レベルが得られます。このデバイスでは、追加の電源 (コンデンサ) により、限られた期間の完全な中断を軽減できます。このデバイスは、非対称な電圧降下があっても電圧を回復する機能を提供します。