Armonici, fattore di potenza e THDi nella ricarica EV

Un caricatore DC si presenta alla griglia come un carico non lineare di grande dimensione. Non consuma corrente in proporzione alla forma d'onda della tensione; Cambia, raddrizza e regola, e la corrente che trascina assume una forma propria. Tutto ciò che segue in questo soggetto è una conseguenza di quella forma.

Il vocabolario che lo circonda è piccolo ma spesso usato in modo improprio. La distorsione armonica totale e la distorsione armonica totale della corrente sono misure diverse di cose diverse. Il fattore di potenza ha due definizioni che forniscono numeri diversi per lo stesso equipaggiamento. Sapere quale è quale trasforma un elemento del datasheet in una specifica che puoi effettivamente verificare.

Perché un raddrizzatore preleva una corrente non sinusoidale

Un semplice raddrizzatore conduce solo quando la tensione in ingresso supera quella sul lato DC. La corrente scorre in brevi impulsi attorno ai picchi della forma d'onda di alimentazione piuttosto che in modo fluido per tutto il ciclo. Questi impulsi contengono l'energia di cui il carico ha bisogno, e contengono anche frequenze che sono multipli della frequenza di alimentazione. Quei multipli sono gli armonici.

I caricabatterie moderni aggiungono una fase di correzione davanti al raddrizzatore. Modella la corrente di ingresso seguendo la forma d'onda della tensione, riducendo notevolmente gli armonici. Ecco perché l'argomento conta meno rispetto alle apparecchiature più vecchie e perché conta ancora: la correzione è imperfetta e deve essere valida su tutta la gamma di carico invece che solo nel punto di progettazione.

Quando la correzione è eseguita male o viene sconfitta a carico leggero, gli armonici ritornano. Un sito che utilizza molte unità a bassa uscita può quindi mostrare una distorsione di corrente peggiore rispetto a uno stesso sito che utilizza meno unità ad alta uscita, il che è controintuitivo e spesso trascurato durante l'avvio.

THD e THDi non sono lo stesso numero

Distorsione armonica totale, scritta senza pedice, di solito si riferisce alla tensione. Descrive quanto la forma d'onda della tensione di alimentazione si è allontanata da un seno puro. La distorsione armonica totale della corrente, scritta con una i, descrive la forma della corrente che l'apparecchiatura estrae.

I due sono correlati ma non intercambiabili, e la relazione dipende dall'impedenza dell'alimentazione. Un caricatore con alta distorsione di corrente collegato a un'alimentazione rigida produce solo una piccola distorsione di tensione. Lo stesso caricatore su un alimentatore debole, alla fine di un cavo lungo, ne produce uno molto più grande. Ecco perché un prodotto può raggiungere la sua cifra di distorsione di corrente e comunque causare un problema di tensione su un determinato sito.

La regola pratica è che la specifica dell'apparecchiatura descriva cosa fa l'apparecchiatura, mentre il rilevamento del sito descrive ciò che il sito sperimenta. Una citazione che elenca solo uno dei due numeri risponde a metà della domanda.

Due definizioni di fattore di potenza

Fattore di potenza è la potenza reale divisa per la potenza apparente. Quando sia la tensione che la corrente sono sinusoidali, quel rapporto è uguale al coseno dell'angolo di fase tra di essi, e le due definizioni coincidono. Quando la corrente è distorta, diverge.

Il fattore di potenza di spostamento considera solo i componenti fondamentali e ignora la distorsione. Il vero fattore di potenza, talvolta chiamato fattore di potenza totale, include la distorsione ed è quindi inferiore. Un'unità può segnalare un fattore di potenza di spostamento molto vicino all'unità mentre il suo vero fattore di potenza è significativamente inferiore, e la differenza è sostenuta da correnti armoniche che devono comunque scorrere attraverso l'alimentazione.

Questa distinzione è importante sia al contatore che al trasformatore. Le bollette delle utenze basate sul fattore di potenza reale, indipendentemente dal fatto che venga chiamata così o meno. Una scheda tecnica che indica il fattore di potenza di spostamento non è sbagliata, ma risponde a una domanda diversa da quella posta dalla bolla.

cosa fanno gli armonici ai trasformatori e ai conduttori neutri

Le correnti armoniche producono perdite aggiuntive in un trasformatore oltre a quelle per cui è stato progettato. Le correnti parassite nel nucleo e l'effetto pelle negli avvolgimenti aumentano entrambi con la frequenza, quindi una corrente distorta riscalda un trasformatore più di una corrente sinusoidale dello stesso valore quadrato medio. La conseguenza pratica è la riduzione del rating: un trasformatore che serve un carico fortemente distorto non può fornire la sua capacità nominale senza superare i limiti di temperatura.

Il conduttore neutro è il secondo problema e il più sorprendente. In un sistema trifase bilanciato con carichi lineari, le correnti fondamentali si annullano nel neutro e il sistema trasporta quasi nulla. Gli armonici tripli — il terzo, il nono e il quindicesimo — non si annullano. Aggiungono il neutro, che può finire per trasportare più corrente di quanta qualsiasi conduttore monofase fosse previsto da gestire.

Su un sito di caricabatterie questo raramente è il vincolo di vincolaggio, perché i caricabatterie sono solitamente carichi trifase con correzione efficace. Diventa rilevante quando i punti di condizionamento monofase vengono installati in quantità su un pannello di distribuzione condiviso, che è esattamente ciò che fanno i parcheggi aziendali e residenziali.

Il terzo effetto riguarda la tensione di alimentazione stessa e la passa su tutto il resto in loco. La tensione distorta provoca un ulteriore riscaldamento nei motori, può disturbare apparecchiature sensibili e può causare l'attivazione inaspettata dei relè di protezione. È il motivo per cui un inquilino vicino può lamentarsi di un'installazione di caricabatterie che sembra funzionare correttamente.

Quando un sito dovrebbe rimisurare

Una misurazione presa all'inizio descrive il sito così come è stato costruito. Cinque situazioni giustificano di prenderne un'altra.

Quando vengono aggiunti i caricabatteri, perché la distorsione del sito scala con il numero di raddrizzatori collegati. Quando l'alimentazione viene cambiata, perché un trasformatore diverso o un cavo più lungo cambiano l'impedenza e quindi la distorsione della tensione per la stessa distorsione di corrente. Quando altre attrezzature in cantiere iniziano a comportarsi male, perché è proprio questo il sintomo che l'edificio nota per primo. Quando l'utility solleva una domanda al punto di connessione, di solito significa che viene richiesta una misura invece che offerta. E quando il modello di utilizzo di un sito cambia, poiché il funzionamento con carichi leggeri può produrre distorsioni diverse rispetto al caso di progettazione.

La misurazione stessa ha un requisito spesso trascurato: deve essere effettuata con un carico noto. Una lettura fatta con un caricabatterie a bassa uscita dice quasi nulla sul sito al picco. Il registro utile indica il numero di unità in sessione, la loro uscita combinata e il punto nell'installazione in cui lo strumento era collegato.

cosa inserire in una specifica

Tre dettagli trasformano una figura di marketing in un requisito verificabile.

Prima di tutto, indica il punto di caricamento. Distorsione e fattore di potenza variano entrambi con l'uscita, quindi una cifra senza carico dichiarato non è una specifica. In secondo luogo, dichiara quale definizione di fattore di potenza è intesa, spostamento o vero. Terzo, specificare se la figura di distorsione attuale viene misurata ai terminali di una singola unità o al punto di connessione del sito, perché si tratta di misurazioni diverse con valori differenti.

I prodotti di questa classe tipicamente indicano i loro dati al carico nominale, che è la condizione in cui la fase di correzione lavora di più e i numeri risultano migliori. Un'unità DC che indica un fattore di potenza pari o superiore a 0,99 e una distorsione di corrente pari o inferiore al cinque percento a pieno carico descrive un progetto ben corretto; il 120 e 180 kW stazioni e il 480 kW host hub cita entrambi i loro dati a pieno carico per questo motivo.

La domanda che vale la pena aggiungere a un garo è cosa succede sotto il carico pieno. Uno stadio di correzione che mantiene le sue prestazioni su tutta la gamma è un design diverso da uno che rispetta il numero in cima e si degrada sotto, e la differenza si manifesta nei siti dove i veicoli trascorrono la maggior parte della sessione a potenza parziale.

Per la maggior parte delle installazioni nulla di tutto ciò diventa un problema. Gli stadi di correzione sono efficaci e un sito ben progettato con adeguata capacità del trasformatore absorbe la distorsione residua senza difficoltà. Le eccezioni sono concentrate in tre luoghi: grandi siti con molte unità su un unico trasformatore, siti con un carico AC monofase consistente su schede condivise, e siti alla fine di una fonte lunga o debole dove l'impedenza amplifica ciò che i caricatori producono.

Questi tre casi meritano di essere identificati prima che il design venga risolto, perché le soluzioni — un trasformatore più grande, filtraggio attivo, una diversa disposizione della distribuzione — sono tutte più economiche da pianificare che da adattare ulteriormente. Il protocollo di misurazione e le cifre da richiedere sono riassunti nella documentazione tecnica sulla pagina download pagina.