- Какво е хармоника в електрическата система?
- Защо е необходимо да се премахнат хармониците в енергийната система?
- Тип филтри за хармоника
- Пасивни хармонични филтри
- Активни хармонични филтри
- Как да изберем хармонични филтри
Какво е хармоника в електрическата система?
В енергийните системи хармониците се дефинират като положително цяло число, кратно на основната честота. Хармоникът е напрежение или ток, възникващ в кратно на основната честота. Често се разглежда като шум в електропровода.
Хармониците в енергийната система могат да бъдат класифицирани в два вида: хармоници на ток и хармоници на напрежението.
В токовите хармоници, индуцирани от нелинейно натоварване като VSDs (променлива скорост дискове). Нелинейните товари изтеглят ток от електропровода, който не е в перфектна синусоидална форма на вълната. Несинусоидалната форма на тока може да бъде сложна поредица от прости синусоидални, които могат да трептят при цяло число, кратно на основната честота на електропровода.
В повечето случаи хармониците на напрежението се причиняват от настоящите хармоници. Хармоникът на напрежението възниква поради изкривено напрежение, произведено от ефекта на токови хармоници с импеданс на източника.
Горното изображение показва сигнала на бедстващия ток при нелинейно натоварване. Тук изкривената форма на вълната на тока не следва синусоидалната вълна. Това показва настоящите хармоници в енергийната система.
Защо е необходимо да се премахнат хармониците в енергийната система?
Хармониците на тока и напрежението са право пропорционални на шумния трансфер на мощност към товара. Различното домакинско и офис оборудване е отговорно за хармониците в енергийната система. Хармониците на енергийната система често увеличават тока на товара. Различни инструменти, като флуоресцентни лампи във фабриките или в къщата или офиса, са засегнати от хармоници и страдат от различни неизправности. Двигателите са силно засегнати от хармониците на енергийната система.
Понякога хармониците в енергийните системи могат да бъдат много опасни и да увеличат мощността, подавана към инструментите, което води до повишаване на температурата в товара и може да съкрати живота на инструмента.
За да се преодолеят тези хармоници на енергийната система, трябва да се реконструира захранващата връзка за задвижване на нелинейни товари и да се въведат хармонични филтри в енергийната система.
Тип филтри за хармоника
Филтрите за хармоника са много ефективни за защита на скъпоструващото електрическо оборудване от изкривена мощност поради хармоници. На пазара на електрическа и електронна техника се предлагат различни видове хармонични филтри в зависимост от номиналната мощност, приложеното напрежение, еднофазната или трифазната и други зависими от натоварването параметри.
Има обаче два основни типа хармонични филтри, които са пасивни хармонични филтри и активен хармоничен филтър.
Основната разлика между тези два вида хармонични филтри е компонентите, използвани за конструкцията на филтъра. Пасивните хармонични филтри използват прости пасивни компоненти, главно резистори, индуктори и кондензатори. Докато активните хармонични филтри използват активни компоненти като различни видове BJT, IGBT, MOSFET и интегрални схеми.
Тъй като хармоничните филтри са оборудване за безопасност на електрическите линии, те трябва да потвърдят международните стандарти за безопасност като IEEE, EN, AS, BS и марката UL на лабораториите на застрахователите.
Също така, хармоничните филтри могат да бъдат проектирани в различни подреждания. Подобно на хармоничните филтри от трети ред могат да филтрират честотата, която е третото кратно на основната честота.
Пасивни хармонични филтри
Пасивните хармонични филтри са най-често срещаните и лесно достъпни хармонични филтри. Той е достъпен филтър за потискане на хармоничните смущения в електропровода.
Както беше обсъдено по-горе, пасивните хармонични филтри използват стандартни пасивни компоненти като резистори индуктори и кондензатори. Тези пасивни компоненти се използват за образуване на резервоарна верига. Резервоарната верига е проектирана по специален начин, така че да може да работи с една и съща резонансна честота по отношение на нежеланите хармоници. Пасивните хармонични филтри блокират преминаването на нежеланите хармоници. Пасивният хармоничен филтър преобразува хармоничния ток в топлина и предпазва крайното устройство или товара. Филтърът може да бъде настроен на определена честота, която трябва да бъде елиминирана като хармоници.
Използват се основно четири вида пасивни хармонични филтри:
1. Високочестотен филтър
2. Bandpass филтър
3. C тип филтър и
4. Сериен филтър.
Високочестотен филтър
Високопасивните пасивни хармонични филтри се използват за елиминиране на хармоници от по-висок порядък и за гъвкав контрол върху широкия диапазон от честоти. Основният високочестотен хармоничен филтър използва три пасивни компонента, резистор, кондензатор и индуктор.
На горното изображение можем да видим основната конструкция на пасивен високочестотен хармоничен филтър. Конструкцията показва резистора, а индукторът е паралелно свързан последователно кондензатор. Филтърът произвежда плоски импедансни характеристики във високочестотния диапазон. Високата честота намалява загубата на мощност.
Този тип филтри се използва главно за филтриране на ток от 5 -ти / 6 - ти или по-висок ред. Често различни филтри се комбинират с високочестотни хармонични филтри, за да се елиминират загубите на мощност, когато се използват в приложения с ниска или ниска честота.
Кривата на импеданса с честотата може да бъде показана на изображението по-долу.
Bandpass филтър
Bandpass хармоничен филтър е двойно настроен филтър. В хармоничен филтър лентов състои от две кондензатори, две бобини, и един резистор. Използва се и за хармонично филтриране от висок порядък. Този филтър работи с комбиниращия паралелен резонанс на стандартния лентов филтър заедно със серийния резонанс на индуктор и кондензатор в комбинация.
На горното изображение е показана основната схема на лентовия филтър. В схема филтър има две части, в първата част кондензатор С2 и индуктор L2 е свързан последователно докато при втората част резистор, индуктор и кондензатор са свързани паралелно. Първата и втората част също са свързани последователно.
Характеристиките на импеданса с честотата могат да бъдат показани на графиката по-долу.
C тип филтър
Филтър тип C се използва за нисък порядък, например за хармонично филтриране от втори или трети ред. Филтрите от тип C имат по-ниски загуби от еквивалентната честотна лента или серийния филтър.
Филтрите тип C се състоят от 4 пасивни компонента - два кондензатора, индуктор и един резистор.
На горното изображение е показана основната конструкция на филтър тип c. Кондензатор е свързан последователно от индуктор, който отново е свързан паралелно с резистора. Трикомпонентната паралелна връзка отново е свързана последователно с втори кондензатор.
Резисторът потиска основния ток, създаден от трептящата индуктивност и кондензатор.
Кривата на импеданса е показана на изображението по-долу -
Сериен филтър
Серийният филтър се нарича еднонастроен пасивен филтър за потискане на хармоника. Този филтър има най-опростените строителни свойства. Последователно се използват само три пасивни компонента - единичен кондензатор, индуктор и резистор. Този филтър елиминира единична честота.
Конструкцията на този филтър може да бъде показана на изображението по-долу, където 3 пасивни компонента са свързани последователно, за да образуват хармоничния филтър с единична настройка.
Характеристиката на импеданса е показана на изображението по-долу -
Активни хармонични филтри
Както беше обсъдено по-рано, пасивните хармонични филтри са добри за елиминиране на хармониците, свързани в електропровода. Дизайнът на пасивните хармонични филтри обаче е наистина сложен и дизайнерът трябва да проектира пасивните хармонични филтри в съответствие с изискванията за реактивна мощност на товара. В такъв случай конструкцията на пасивния филтър е много трудна и води до лоша работа на фактора на мощността при определени условия на натоварване.
В този случай активните филтри са по-добре да се справят с хармониците на електропровода без зависимостите на реактивната мощност на основната честота.
Активните хармонични филтри използват отличен метод, при който филтърът използва собственоръчно произведени хармонични компоненти и инжектира това към електропровода, който отменя нежеланите хармоници.
Налични са различни видове активни филтри, които използват различни топологии за елиминиране на хармониците в електропровода.
Най-често срещаният дизайн на активни хармонични филтри използва следните основни неща като
1. Инвертор на източника на напрежение с помощта на различни превключватели на захранването
2. Проба за вземане на проби и контрол от електропровода
3. PWM система, която инжектира PWM пускащ импулс в системата като хармоници.
Филтърът Active Harmonic използва различен вид полупроводникови превключватели, които изискват захранване за работа.
Как да изберем хармонични филтри
Определянето на перфектния хармоничен филтър е доста сложно. Трябва да се идентифицира хармоничната честота, на която трябва да бъдат настроени филтрите. В няколко случая операцията на филтъра не успява да изпълни целта само поради грешна настройка на определена основна честота, където няма хармоници.
В първата важна стъпка е да се определят по реда на хармоници и в зависимост от хармоничен ред необходимостта от филтъра за да бъде избран. За да се елиминират едночестотни хармонични изкривявания, серийните хармонични филтри са ефективни, но в няколко случая трябва да се използват двойно настроени хармонични филтри.
На загуби в целия филтрите също трябва да бъде компенсирано, които са силно зависими от избора на филтър. Понякога за високо ниво на нелинейни натоварвания са необходими активни и пасивни и двата вида хармонични филтри.