- Čo sú harmonické v elektrickom systéme?
- Prečo je potrebné vylúčiť harmonické v napájacom systéme?
- Typ filtrov harmonických
- Pasívne harmonické filtre
- Aktívne harmonické filtre
- Ako zvoliť harmonické filtre
Čo sú harmonické v elektrickom systéme?
V energetických systémoch sú harmonické definované ako kladné celé čísla násobky základnej frekvencie. Harmonické je napätie alebo prúd, ktorý sa vyskytuje na násobku základnej frekvencie. Často sa to považuje za hluk v elektrickom vedení.
Harmonické v energetickom systéme možno rozdeliť do dvoch typov: harmonické prúdu a harmonické napätia.
Tieto prúdové harmonické indukovanej nelineárne zaťaženie, ako je VSD (frekvenčných meničov). Nelineárne záťaže odoberajú prúd z elektrického vedenia, ktoré nie je v perfektnom sínusovom tvare vlny. Nesinusový prúdový priebeh môže byť zložitá séria jednoduchých sínusových prúdov, ktoré môžu kmitať na celé číslo, násobok základnej frekvencie elektrického vedenia.
Vo väčšine prípadov sú harmonické napätia spôsobené harmonickými prúdmi. Napäťová harmonická sa vyskytuje z dôvodu skresleného napätia produkovaného účinkom prúdových harmonických s impedanciou zdroja.
Vyššie uvedený obrázok zobrazuje krivku narušeného prúdu naprieč nelineárnym zaťažením. Skreslený prúdový priebeh tu nesleduje sínusovú vlnu. To ukazuje aktuálne harmonické v energetickom systéme.
Prečo je potrebné vylúčiť harmonické v napájacom systéme?
Harmonické prúdy a napätie sú priamo úmerné prenosu hluku do záťaže. Za harmonické v energetickom systéme sú zodpovedné rôzne domáce a kancelárske zariadenia. Harmonické sústavy napájacieho systému často zvyšujú záťažový prúd. Rôzne prístroje, napríklad žiarivky v továrňach alebo v domácnosti alebo kancelárii, sú ovplyvnené harmonickými a trpia rôznymi poruchami. Harmonické sústavy napájacieho systému majú obrovský vplyv na motory.
Niekedy môžu byť harmonické v napájacích systémoch veľmi nebezpečné a zvyšovať výkon dodávaný prístrojom, čo vedie k zvýšeniu teploty v záťaži a môže skrátiť životnosť prístroja.
Na prekonanie tejto harmonickej sústavy je potrebné rekonštruovať napájanie na pohon nelineárnych záťaží a zaviesť do sústavy harmonické filtre.
Typ filtrov harmonických
Filtre harmonických veľmi efektívne chránia nákladné elektrické zariadenia pred skreslením výstupných výkonov v dôsledku harmonických. Na trhu s elektrickými a elektronickými zariadeniami sú k dispozícii rôzne typy filtrov harmonických v závislosti od menovitého výkonu, použitého napätia, jednofázového alebo trojfázového napätia a ďalších parametrov závislých od záťaže.
Existujú však dva hlavné typy filtrov harmonických, ktoré sú pasívne filtre harmonických a filter aktívnych harmonických.
Hlavným rozdielom medzi týmito dvoma typmi harmonických filtrov sú komponenty použité na návrh filtra. Pasívne harmonické filtre používajú jednoduché pasívne súčasti, hlavne rezistory, tlmivky a kondenzátory. Zatiaľ čo filtre aktívnej harmonickej používajú aktívne komponenty, ako sú rôzne typy BJT, IGBT, MOSFET a integrované obvody.
Pretože filtre harmonických sú bezpečnostným zariadením elektrického vedenia, musia potvrdzovať medzinárodné bezpečnostné normy ako IEEE, EN, AS, BS a značka UL poisťovateľa.
Filtre harmonických môžu byť tiež navrhnuté v rôznych poradí. Rovnako ako harmonický filter tretieho rádu môžu odfiltrovať frekvenciu, ktorá je tretím násobkom základnej frekvencie.
Pasívne harmonické filtre
Pasívne harmonické filtre sú najbežnejším a ľahko dostupným harmonickým filtrom. Je to cenovo dostupný filter na potlačenie harmonického rušenia v elektrickom vedení.
Ako už bolo uvedené, pasívne harmonické filtre používajú štandardné pasívne súčasti, ako sú rezistorové tlmivky a kondenzátory. Tieto pasívne súčasti sa používajú na vytvorenie okruhu nádrže. Obvod nádrže je navrhnutý špeciálnym spôsobom tak, aby mohol byť prevádzkovaný na rovnakej rezonančnej frekvencii, pokiaľ ide o nežiaduce harmonické. Pasívne harmonické filtre blokujú prechod nežiaducich harmonických. Pasívny harmonický filter prevádza harmonický prúd na teplo a chráni koncové zariadenie alebo záťaž. Filter je možné naladiť na určitú frekvenciu, ktorú je potrebné eliminovať ako harmonické.
Používajú sa hlavne štyri typy pasívnych harmonických filtrov:
1. Hornopriepustný filter
2. Pásmový filter
3. Filter typu C a
4. Sériový filter.
Hornopriepustný filter
Vysokopásmové pasívne harmonické filtre sa používajú na elimináciu harmonických vyšších rádov a na flexibilné riadenie širokého rozsahu frekvencií. Základná konštrukcia vysokopriepustného harmonického filtra používa tri pasívne komponenty, odpor, kondenzátor a induktor.
Na obrázku vyššie vidíme základnú konštrukciu pasívneho vysokopriepustného harmonického filtra. Konštrukcia zobrazuje rezistor a induktor je v paralelnom zapojení kondenzátor zapojený do série. Filter vytvára ploché impedančné charakteristiky vo vysokofrekvenčnom rozsahu. Vysoká frekvencia znižuje stratu energie.
Tento typ filtra sa používa hlavne pre filtrovanie 5 th / 6. alebo vyššieho rádu prúd. Často sa rôzne filtre kombinujú s vysokopriepustnými harmonickými filtrami, aby sa eliminovali straty výkonu pri použití v nízkofrekvenčných alebo nízkofrekvenčných aplikáciách.
Krivka impedancie s frekvenciou je znázornená na nasledujúcom obrázku.
Pásmový filter
Harmonický filter s pásmovou priepustnosťou je dvojito vyladený filter. Harmonický filter pásmové sa skladá z dvoch kondenzátorov, dvoch cievok a jediné odpor. Používa sa tiež na harmonickú filtráciu vysokého rádu. Tento filter pracuje s kombináciou paralelnej rezonancie štandardného pásmového filtra spolu so sériovou rezonanciou tlmivky a kondenzátora.
Na vyššie uvedenom obrázku je znázornená základná schéma priepustného filtra. Filtračné obvod má dve časti, v prvej časti kondenzátor C2 a induktor L2 je zapojená v sérii, zatiaľ čo v druhej časti rezistor, induktor, a kondenzátor sú spojené paralelne. Prvá časť a druhá časť sú tiež spojené do série.
Impedančné charakteristiky s frekvenciou môžu byť zobrazené v nasledujúcom grafe.
Filter typu C.
Filter typu C sa používa pre nízke frekvencie, ako sú harmonické filtrácie druhého alebo tretieho rádu. Filtre typu C majú menšie straty ako ekvivalentný pásmový priechod alebo sériový filter.
Filtre typu C pozostávajú zo 4 pasívnych súčastí - dvoch kondenzátorov, induktora a jedného odporu.
Na obrázku vyššie je znázornená základná konštrukcia filtra typu c. Kondenzátor je zapojený do série induktora, ktorý je opäť zapojený paralelne s odporom. Trojzložkové paralelné pripojenie je opäť zapojené do série s druhým kondenzátorom.
Rezistor potláča základný prúd vytváraný oscilovaným induktorom a kondenzátorom.
Impedančná krivka je zobrazená na nasledujúcom obrázku -
Sériový filter
Sériový filter sa nazýva pasívne vyladený harmonický potlačujúci filter. Tento filter má najjednoduchšie konštrukčné vlastnosti. V sérii sa používajú iba tri pasívne komponenty - jeden kondenzátor, tlmivka a rezistor. Tento filter eliminuje jednu frekvenciu.
Konštrukcia tohto filtra je znázornená na nasledujúcom obrázku, kde sú 3 pasívne komponenty zapojené do série a tvoria tak vyladený sériový harmonický filter.
Impedančná charakteristika je uvedená na nasledujúcom obrázku -
Aktívne harmonické filtre
Ako už bolo uvedené vyššie, filtre pasívnych harmonických sú dobré na elimináciu harmonických frekvencií spojených s elektrickým vedením. Návrh pasívneho harmonického filtra je však skutočne zložitý a projektant musí navrhnúť filtre pasívneho harmonického v súlade s požiadavkami jalového výkonu záťaže. V takom prípade je návrh pasívneho filtra veľmi ťažký a vedie k zlej činnosti účinníka pri určitých podmienkach zaťaženia.
V tejto veci sú aktívne filtre lepšie schopné manipulovať s harmonickými vedeniami bez závislostí jalového výkonu od základnej frekvencie.
Aktívne harmonické filtre používajú vynikajúcu metódu, pri ktorej filter využíva vlastnoručne vyrobené harmonické komponenty a vstrekuje ich do elektrického vedenia, ktoré ruší nežiaduce harmonické.
K dispozícii sú rôzne typy aktívnych filtrov, ktoré používajú inú topológiu na elimináciu harmonických v elektrickom vedení.
Najbežnejší dizajn aktívnych harmonických filtrov používa nasledujúce základné veci ako
1. Invertor zdroja napätia pomocou rôznych výkonových spínačov
2. Vzorkovanie a kontrolná referencia z elektrického vedenia
3.PWM systém, ktorý vstrekuje PWM spaľovací impulz do systému ako harmonické.
Aktívny harmonický filter používa iný druh polovodičových spínačov, ktorých fungovanie vyžaduje napájanie.
Ako zvoliť harmonické filtre
Určenie dokonalého harmonického filtra je dosť zložité. Je potrebné určiť harmonickú frekvenciu, na ktorú je potrebné filtre vyladiť. V niekoľkých prípadoch operácia filtra nesplnila svoj účel len kvôli nesprávnemu vyladeniu na určitej základnej frekvencii, kde nie sú prítomné harmonické.
Prvým dôležitým krokom je určiť poradie harmonických a v závislosti na poradí harmonické potreba filter byť vybraný. Na elimináciu jednofrekvenčného harmonického skreslenia sú harmonické filtre účinné, ale v niekoľkých prípadoch je potrebné použiť dvojito vyladené harmonické filtre.
Je tiež potrebné kompenzovať straty na filtroch, ktoré veľmi závisia od výberu filtra. Niekedy sú pre vysokú úroveň nelineárnych záťaží potrebné aktívne aj pasívne oba typy harmonických filtrov.