- Kaj so harmoniki v električnem sistemu?
- Zakaj je treba odpraviti harmonike v elektroenergetskem sistemu?
- Vrsta harmonskih filtrov
- Pasivni harmonski filtri
- Aktivni harmonski filtri
- Kako izbrati harmonske filtre
Kaj so harmoniki v električnem sistemu?
V elektroenergetskih sistemih so harmoniki opredeljeni kot pozitivni celoštevilski večkratniki osnovne frekvence. Harmonična je napetost ali tok, ki se pojavi na večkratniku osnovne frekvence. Pogosto se šteje za hrup v daljnovodu.
Harmonike v elektroenergetskem sistemu lahko razdelimo na dve vrsti: tokovne in napetostne harmonike.
V sedanji harmonike z nelinearno obremenitvijo inducirane kot VSDs (spremenljivo hitrostjo). Nelinearne obremenitve črpajo tok iz daljnovoda, ki ni v popolni sinusoidni valovni obliki. Nesinusoidna valovna oblika je lahko zapletena vrsta preprostih sinusoidnih oblik, ki lahko nihajo na celo število, večkratnik osnovne frekvence daljnovoda.
V večini primerov napetostne harmonike povzročajo trenutni harmoniki. Napetostni harmonik nastane zaradi izkrivljene napetosti, ki jo povzroči učinek tokovnih harmonikov z impedanco vira.
Zgornja slika prikazuje valovno obliko stresa v toku nelinearne obremenitve. Tu izkrivljena valovna oblika ne sledi sinusnemu valu. To prikazuje trenutne harmonike v elektroenergetskem sistemu.
Zakaj je treba odpraviti harmonike v elektroenergetskem sistemu?
Harmoniki toka in napetosti so neposredno sorazmerni s hrupnim prenosom moči na obremenitev. Različna gospodinjska in pisarniška oprema je odgovorna za harmonike v elektroenergetskem sistemu. Harmoniki napajalnega sistema pogosto povečajo obremenitveni tok. Na različne instrumente, kot so fluorescenčne luči v tovarnah ali v hiši ali pisarni, vplivajo harmoniki in trpijo zaradi različnih okvar. Harmoniki elektroenergetskega sistema močno vplivajo na motorje.
Včasih so harmonike v elektroenergetskih sistemih lahko zelo nevarne in povečajo moč, ki se dovaja instrumentom, kar povzroči dvig temperature v obremenitvi in lahko skrajša življenjsko dobo instrumenta.
Da bi premagali te harmonike elektroenergetskega sistema, je treba rekonstruirati napajalno povezavo za pogon nelinearnih obremenitev in v elektroenergetski sistem uvesti filtre za harmonike.
Vrsta harmonskih filtrov
Harmonski filtri so zelo učinkoviti za zaščito drage električne opreme pred popačenimi izhodnimi močmi zaradi harmonikov. Na trgu električne in elektronske opreme so na voljo različne vrste harmonskih filtrov, odvisno od nazivne moči, uporabljene napetosti, enofazne ali trifazne faze in drugih parametrov, ki so odvisni od obremenitve.
Na voljo pa sta dve glavni vrsti harmonskih filtrov, in sicer pasivni harmonski filtri in aktivni harmonski filtri.
Glavna razlika med tema dvema vrstama harmonskih filtrov so komponente, ki se uporabljajo za zasnovo filtra. Pasivni harmonski filtri uporabljajo preproste pasivne komponente, predvsem upore, induktorje in kondenzatorje. Medtem ko aktivni harmonski filtri uporabljajo aktivne komponente, kot so različne vrste BJT-jev, IGBT-jev, MOSFET-jev in integriranih vezij.
Ker so harmonski filtri električna varnostna oprema, morajo potrditi mednarodne varnostne standarde, kot so IEEE, EN, AS, BS in znak UL zavarovalnih laboratorijev.
Tudi filtri za harmonijo so lahko zasnovani v različnih vrstnih razredih. Tako kot harmonski filtri tretjega reda lahko filtrirajo frekvenco, ki je tretji večkratnik osnovne frekvence.
Pasivni harmonski filtri
Pasivni harmonski filtri so najpogostejši in lahko dostopni harmonski filtri. To je cenovno ugoden filter za zatiranje harmonskih motenj v daljnovodu.
Kot smo že omenili, pasivni harmonski filtri uporabljajo standardne pasivne komponente, kot so upori induktorji in kondenzatorji. Te pasivne komponente se uporabljajo za oblikovanje kroga rezervoarja. Krog rezervoarja je zasnovan na poseben način, tako da lahko deluje z enako resonančno frekvenco glede na neželene harmonike. Pasivni harmonski filtri blokirajo prehod neželenih harmonikov. Pasivni harmonski filter pretvori harmonski tok v toploto in zaščiti končno napravo ali obremenitev. Filter lahko nastavite na določeno frekvenco, ki jo je treba odstraniti kot harmonike.
Uporabljajo se v glavnem štiri vrste pasivnih harmonskih filtrov:
1. Visokoprepustni filter
2. pasovni filter
3. Filter tipa C in
4. Serijski filter.
Visokoprepustni filter
Visokopasovni pasivni harmonski filtri se uporabljajo za odpravo harmonikov višjega reda in za prilagodljiv nadzor nad širokim razponom frekvenc. Osnovna zasnova visokofrekvenčnega harmoničnega filtra uporablja tri pasivne komponente, upor, kondenzator in induktor.
Na zgornji sliki lahko vidimo osnovno konstrukcijo pasivnega visokofrekvenčnega harmoničnega filtra. Konstrukcija prikazuje upor in induktor je vzporedno povezan kondenzator v seriji. Filter proizvaja ploske lastnosti impedance v visokofrekvenčnem območju. Visoka frekvenca zmanjša izgubo moči.
Ta vrsta filtrov se uporablja predvsem za filtriranje 5 th / na 6. ali višjega reda tok. Pogosto se različni filtri kombinirajo z visokofrekvenčnimi harmoničnimi filtri, da se odpravijo izgube moči, kadar se uporabljajo v nizkofrekvenčnih ali nizkofrekvenčnih aplikacijah.
Krivulja impedance s frekvenco je prikazana na spodnji sliki.
Pasovni filter
Bandpass harmonski filter je dvonastavljeni filter. Harmonično filter pasovni sestavljen iz dveh kondenzatorjev, dve tuljave, in eno samo upor. Uporablja se tudi za harmonično filtriranje visokega reda. Ta filter deluje s kombinirano vzporedno resonanco standardnega pasovnega filtra skupaj s serijsko resonanco induktorja in kondenzatorja skupaj.
Na zgornji sliki je prikazana osnovna shema pasovnega filtra. Filtra vezje ima dva dela, na prvi del kondenzatorja C2 ter induktor L2 je zaporedno vezan ker v drugem delu upor, Induktor in kondenzator sta vezana vzporedno. Tudi prvi del in drugi del sta povezana zaporedno.
Karakteristike impedance s frekvenco so prikazane na spodnjem grafu.
Filter tipa C
Filter tipa C se uporablja za nizke razrede, na primer za harmonično filtriranje drugega ali tretjega reda. Filtri tipa C imajo nižje izgube kot enakovredni pasovni ali serijski filter.
Filtri tipa C so sestavljeni iz 4 pasivnih komponent - dveh kondenzatorjev, induktorja in enega upora.
Na zgornji sliki je prikazana osnovna konstrukcija filtra tipa c. Kondenzator je povezan zaporedno z induktorjem, ki je spet povezan vzporedno z uporom. Trikomponentna vzporedna povezava je spet zaporedno povezana z drugim kondenzatorjem.
Upor zavira osnovni tok, ki ga ustvarjajo nihajni induktor in kondenzator.
Krivulja impedance je prikazana na spodnji sliki -
Serijski filter
Serijski filter se imenuje enosmerni pasivni filter za zaviranje harmonikov. Ta filter ima najbolj enostavne gradbene lastnosti. V seriji se uporabljajo samo tri pasivne komponente - en sam kondenzator, induktor in upor. Ta filter odpravlja enojno frekvenco.
Konstrukcija tega filtra je prikazana na spodnji sliki, kjer so 3 pasivne komponente zaporedno povezane v en sam uglašen serijski harmonski filter.
Karakteristika impedance je prikazana na spodnji sliki -
Aktivni harmonski filtri
Kot smo že omenili, so pasivni harmonski filtri dobri za odpravo harmonikov, povezanih v daljnovodu. Vendar je zasnova pasivnega harmoničnega filtra res zapletena in mora oblikovalec pasivnih harmonskih filtrov oblikovati v skladu z zahtevami glede jalove moči obremenitve. V takem primeru je zasnova pasivnega filtra zelo težka in vodi do slabega delovanja faktorja moči za določene obremenitvene pogoje.
V tem primeru je za aktivne filtre bolje, da obvladujejo harmonike daljnovoda brez odvisnosti jalove moči osnovne frekvence.
Aktivni harmonski filtri uporabljajo izvrstno metodo, pri kateri filter uporablja lastne harmonične komponente in to vbrizga v daljnovod, ki prekine neželene harmonike.
Na voljo so različne vrste aktivnih filtrov, ki uporabljajo različne topologije za odpravo harmonikov v daljnovodu.
Najpogostejša zasnova aktivnih harmonskih filtrov uporablja naslednje osnovne stvari, kot so
1. Pretvornik napetostnega vira z uporabo različnih stikal za vklop
2. Referenca vzorčenja in nadzora iz daljnovoda
3. PWM sistem, ki v sistem vbrizga impulzni impulz PWM kot harmonike.
Filter Active Harmonic uporablja drugačno polprevodniška stikala, ki za delovanje potrebujejo moč.
Kako izbrati harmonske filtre
Določanje popolnega harmoničnega filtra je precej zapleteno. Treba je ugotoviti harmonično frekvenco, na katero je treba nastaviti filtre. V nekaj primerih operacija filtra ni služila namenu samo zaradi napačne nastavitve na določeni osnovni frekvenci, kjer ni nobenih harmonikov.
Prvi pomemben korak je ugotoviti vrstni red harmoniki in glede na harmonično, da je treba filter, ki bo izbran. Za odpravo enofrekvenčnega harmoničnega popačenja so serijski harmonski filtri učinkoviti, vendar je v redkih primerih treba uporabiti dvonastavljene harmonske filtre.
Na izgube čez filtrov je treba tudi nadomestilo, ki so močno odvisne od izbire filtra. Včasih sta za visoko stopnjo nelinearnih obremenitev potrebni aktivni in pasivni obe vrsti harmonskih filtrov.