- Ce este armonica în sistemul electric?
- De ce este necesar să se elimine armonicile din sistemul de alimentare?
- Tipul de filtre de armonici
- Filtre armonice pasive
- Filtre armonice active
- Cum se selectează filtrele armonice
Ce este armonica în sistemul electric?
În sistemele de putere, armonicele sunt definite ca multipli întregi pozitivi ai frecvenței fundamentale. Armonica este o tensiune sau curent care apare la un multiplu al frecvenței fundamentale. Este adesea privit ca zgomot în linia electrică.
Armonicile din sistemul de alimentare pot fi clasificate în două tipuri: armonice de curent și armonice de tensiune.
Cele armonici superioare de curent induse de sarcina nelineară, cum ar fi VSD (variatoare de viteză). Sarcinile neliniare trag curent de la linia electrică care nu se află într-o formă de undă sinusoidală perfectă. Forma de undă curentă nesinusoidală poate fi o serie complexă de sinusoidale simple care pot oscila la un număr întreg, multiplu al frecvenței fundamentale a liniei electrice.
În majoritatea cazurilor, armonicele de tensiune sunt cauzate de armonicele curente. Armonica de tensiune apare din cauza tensiunii distorsionate produse de efectul armonicelor de curent cu impedanța sursei.
Imaginea de mai sus arată forma de undă a curentului aflat în dificultate pe sarcina neliniară. Aici forma de undă a curentului distorsionat nu urmărește unda sinusoidală. Aceasta arată armonicele actuale din sistemul de alimentare.
De ce este necesar să se elimine armonicile din sistemul de alimentare?
Armonicele de curent și de tensiune sunt direct proporționale cu transferul de putere zgomotos la sarcină. Diverse echipamente de uz casnic și de birou sunt responsabile pentru armonicile din sistemul de alimentare. Armonicele sistemului de alimentare cresc adesea curentul de sarcină. Diverse instrumente, cum ar fi luminile fluorescente din fabrici sau din casă sau birou, sunt afectate de armonici și suferă de diverse defecțiuni. Motoarele sunt extrem de afectate de armonicele sistemului de alimentare.
Uneori armonicele din sistemele de alimentare pot fi foarte periculoase și pot crește puterea furnizată instrumentelor, ceea ce duce la o creștere a temperaturii în sarcină și poate scurta durata de viață a instrumentului.
Pentru a depăși aceste armonici ale sistemului de alimentare, trebuie să reconstituiți conexiunea de alimentare pentru a conduce sarcini neliniare și să introduceți filtre de armonici în sistemul de alimentare.
Tipul de filtre de armonici
Filtrele de armonici sunt foarte eficiente pentru a proteja echipamentele electrice costisitoare de ieșirile de energie distorsionate datorită armonicilor. Există diferite tipuri de filtre armonice disponibile pe piața electrică și electronică, în funcție de puterea nominală, tensiunea aplicată, monofazată sau trifazată și alți parametri dependenți de sarcină.
Cu toate acestea, există două tipuri principale de filtre armonice disponibile, care sunt filtrele armonice pasive și filtrul armonic activ.
Principala diferență între aceste două tipuri de filtre armonice este componentele utilizate pentru proiectarea filtrului. Filtrele armonice pasive utilizează componente pasive simple, în principal rezistențe, inductoare și condensatori. În timp ce filtrele de armonice active utilizează componente active, cum ar fi diferite tipuri de BJT, IGBT, MOSFET și circuite integrate.
Deoarece filtrele de armonici sunt echipamentele de siguranță ale liniilor electrice, acestea trebuie să confirme standardele internaționale de siguranță, cum ar fi IEEE, EN, AS, BS și marca UL a laboratoarelor asigurătorului.
De asemenea, filtrele de armonici pot fi proiectate în ordine diferite. Ca un al treilea ordin, filtrele armonice pot filtra frecvența, care este al treilea multiplu al frecvenței fundamentale.
Filtre armonice pasive
Filtrele armonice pasive sunt cele mai frecvente și cele mai ușor disponibile filtru armonic. Este un filtru accesibil pentru a suprima perturbarea armonică a liniei electrice.
Așa cum s-a discutat anterior, filtrele armonice pasive utilizează componente pasive standard, cum ar fi inductoarele și condensatoarele de rezistență. Aceste componente pasive sunt utilizate pentru a forma un circuit de rezervor. Circuitul rezervorului este proiectat într-un mod special, astfel încât să poată fi acționat la aceeași frecvență de rezonanță în raport cu armonicele nedorite. Filtrele armonice pasive blochează trecerea armonicelor nedorite. Filtrul armonic pasiv convertește curentul armonic în căldură și protejează dispozitivul final sau sarcina. Filtrul poate fi reglat la o anumită frecvență care trebuie eliminată ca armonici.
Sunt utilizate în principal patru tipuri de filtre pasive de armonici:
1. Filtru trece sus
2. Filtru bandpass
3. Filtru tip C și
4. Filtru de serie.
Filtru trece sus
Filtrele armonice pasive de trecere înaltă sunt utilizate pentru a elimina armonicele de ordin superior și pentru a avea un control flexibil asupra gamei largi de frecvențe. Designul de bază al filtrului armonic de trecere înaltă utilizează trei componente pasive, rezistor, condensator și inductor.
În imaginea de mai sus, putem vedea construcția de bază a unui filtru pasiv de armonică de trecere înaltă. Construcția arată rezistența și inductorul este în conexiune paralelă un condensator în serie. Filtrul produce caracteristici de impedanță plană în gama de frecvență înaltă. Frecvența ridicată scade pierderea de energie.
Acest tip de filtre este folosit în principal pentru filtrarea 5 th / 6 -a sau curent de ordin superior. Deseori, diferite filtre sunt combinate cu filtre armonice de trecere înaltă pentru a elimina pierderile de putere atunci când sunt utilizate în aplicații de comandă joasă sau cu frecvență joasă.
Curba de impedanță cu frecvența poate fi afișată în imaginea de mai jos.
Filtru bandpass
Filtrul de bandă armonică este un filtru cu reglaj dublu. Filtrul de armonici de bandă este format din două condensatoare, două inductoare, și un singur rezistor. Este, de asemenea, utilizat în scopuri de filtrare armonică de înaltă calitate. Acest filtru funcționează cu rezonanța paralelă combinată a filtrului standard bandpass împreună cu rezonanța serie a inductorului și condensatorului combinate.
În imaginea de mai sus, este prezentat schema de bază a filtrului bandpass. Circuitul de filtrare are două părți, în prima parte un condensator C2 și un inductor L2 este conectat în serie, în timp ce în a doua parte un rezistor, un inductor și un condensator sunt conectați în paralel. Prima parte și a doua parte sunt, de asemenea, conectate în serie.
Caracteristicile impedanței cu frecvența pot fi prezentate în graficul de mai jos.
Filtru tip C.
Filtrul de tip C este utilizat pentru ordinea scăzută, cum ar fi filtrarea armonică de ordinul II sau III. Filtrele de tip C au pierderi mai mici decât trecerea de bandă echivalentă sau filtrul de serie.
Filtrele de tip C constau în 4 componente pasive - doi condensatori, un inductor și un singur rezistor.
În imaginea de mai sus, este prezentată construcția de bază a filtrului de tip c. Un condensator este conectat în serie a unui inductor care este din nou conectat în paralel cu rezistorul. Conexiunea paralelă cu trei componente este din nou conectată în serie cu un al doilea condensator.
Rezistorul suprimă curentul fundamental creat de inductorul și condensatorul oscilat.
Curba de impedanță este prezentată în imaginea de mai jos
Filtru de serie
Filtrul de serie este denumit filtru pasiv supresor de armonici cu reglaj unic. Acest filtru are cele mai simple proprietăți de construcție. Doar trei componente pasive - un singur condensator, inductor și rezistor sunt utilizate în serie. Acest filtru elimină o singură frecvență.
Construcția acestui filtru poate fi arătată în imaginea de mai jos, unde 3 componente pasive sunt conectate în serie pentru a forma filtrul armonic de serie unică.
Caracteristica de impedanță este prezentată în imaginea de mai jos -
Filtre armonice active
După cum sa discutat anterior, filtrele de armonici pasive sunt bune pentru a elimina armonicele asociate în linia de alimentare. Cu toate acestea, proiectarea filtrului de armonică pasivă este într-adevăr complexă, iar proiectantul trebuie să proiecteze filtrele de armonică pasivă în conformitate cu cerințele de putere reactivă ale sarcinii. Într-un astfel de caz, proiectarea filtrului pasiv este foarte dificilă și conduce la o funcționare slabă a factorului de putere pentru anumite condiții de încărcare.
În această privință, filtrele active sunt mai bune pentru a gestiona armonicele liniilor de alimentare fără dependențele de putere reactivă ale frecvenței fundamentale.
Filtrele de armonici active utilizează o metodă excelentă în care filtrul folosește componente armonice auto-produse și injectează aceasta la linia de alimentare care anulează armonicele nedorite.
Există diferite tipuri de filtre active disponibile care utilizează topologii diferite pentru a elimina armonicile din linia de alimentare.
Cea mai comună proiectare a filtrelor armonice active folosește următoarele lucruri de bază, cum ar fi
1. Invertor de sursă de tensiune folosind diverse întrerupătoare de alimentare
2. Eșantionare și referință de control de la linia de alimentare
3. Sistem PWM care injectează pulsul de tragere PWM în sistem ca armonii.
Filtrul Active Harmonic folosește un alt tip de comutatoare semiconductoare care necesită alimentare pentru a funcționa.
Cum se selectează filtrele armonice
Determinarea filtrului perfect de armonici este destul de dificilă. Trebuie identificat frecvența armonică la care trebuie reglate filtrele. În câteva cazuri, operația de filtrare nu reușește să servească scopului doar din cauza unei reglări greșite la o anumită frecvență fundamentală în care nu sunt prezente armonici.
Primul pas important este de a identifica ordinea de armonici și în funcție de ordinea armonica necesitatea filtrului de a fi ales. Pentru a elimina seriile de distorsiuni armonice cu o singură frecvență, filtrele armonice sunt eficiente, dar în puține cazuri trebuie folosite filtre de armonice reglate dublu.
De asemenea, trebuie compensate pierderile din filtrele care depind în mare măsură de alegerea filtrului. Uneori pentru un nivel ridicat de încărcări neliniare, sunt necesare active și pasive ambele tipuri de filtre armonice.