- Hvad er harmoniske i det elektriske system?
- Hvorfor er det nødvendigt at fjerne harmoniske effekter i elsystemet?
- Type harmoniske filtre
- Passive harmoniske filtre
- Aktive harmoniske filtre
- Sådan vælges harmoniske filtre
Hvad er harmoniske i det elektriske system?
I kraftsystemer defineres harmoniske som positive heltalsmultipler af den grundlæggende frekvens. Harmonisk er en spænding eller strøm, der forekommer ved et multipel af den grundlæggende frekvens. Det betragtes ofte som støj i kraftledningen.
Overtonerne i elsystemet kan klassificeres i to typer: strømovertoner og spændingsovertoner.
De nuværende harmoniske induceret af den ikke-lineære belastning såsom VSD'er (drev med variabel hastighed). De ikke-lineære belastninger trækker strøm fra kraftledningen, der ikke er i en perfekt sinusformet bølgeform. Den nonsinusformede strømbølgeform kan være en kompleks række af enkle sinusformede, som kan svinge ved et heltal, multipel af kraftlinjens grundlæggende frekvens.
I de fleste tilfælde er spændingsovertonerne forårsaget af de nuværende overtoner. Spændingsharmonien opstår på grund af den forvrængede spænding, der frembringes af effekten af strømovertoner med kildeimpedansen.
Ovenstående billede viser den nødlidende strømbølgeform på tværs af den ikke-lineære belastning. Her følger den forvrængede nuværende bølgeform ikke den sinusformede bølge. Dette viser de aktuelle harmoniske i elsystemet.
Hvorfor er det nødvendigt at fjerne harmoniske effekter i elsystemet?
Strøm og spændingsovertoner er direkte proportionale med den støjende strømoverførsel til belastningen. Forskellige husholdnings- og kontorudstyr er ansvarlige for harmonerne i elsystemet. Elsystemets harmoniske øger ofte belastningsstrømmen. Forskellige instrumenter, som f.eks. Lysstofrør i fabrikkerne eller i huset eller kontoret, påvirkes af overtoner og lider af forskellige funktionsfejl. Motorer er enormt påvirket af elsystemets harmoniske.
Undertiden kan harmonerne i elsystemerne være meget farlige og øge strømmen til instrumenterne, hvilket fører til en temperaturstigning i belastningen og kan forkorte instrumentets levetid.
For at overvinde dette overordnede harmoniske system er det nødvendigt at rekonstruere strømforbindelsen til at drive ikke-lineære belastninger og indføre harmoniske filtre i elsystemet.
Type harmoniske filtre
Harmoniske filtre er meget effektive til at beskytte dyrt elektrisk udstyr mod forvrængede strømudgange på grund af harmoniske. Der findes forskellige typer harmoniske filtre på det elektriske og elektroniske marked afhængigt af den nominelle effekt, den anvendte spænding, enfasede eller tre faser og andre belastningsafhængige parametre.
Der er dog to hovedtyper af harmoniske filtre til rådighed, som er Passive Harmonic Filters og Active Harmonic Filter.
Hovedforskellen mellem disse to typer harmoniske filtre er de komponenter, der bruges til filterdesignet. Passive harmoniske filtre bruger enkle passive komponenter hovedsageligt modstande, induktorer og kondensatorer. Mens aktive harmoniske filtre bruger aktive komponenter såsom forskellige typer BJT'er, IGBT'er, MOSFET'er og integrerede kredsløb.
Da harmoniske filtre er det elektriske ledningssikkerhedsudstyr, skal de bekræfte de internationale sikkerhedsstandarder som IEEE, EN, AS, BS og UL-mærket til underwriter's laboratories.
Harmoniske filtre kan også designes i forskellige ordrer. Ligesom en tredje orden kan harmoniske filtre filtrere frekvensen, som er det tredje multiplum af den grundlæggende frekvens.
Passive harmoniske filtre
Passive harmoniske filtre er det mest almindelige og det let tilgængelige harmoniske filter. Det er et overkommeligt filter for at undertrykke den harmoniske forstyrrelse i kraftledningen.
Som diskuteret før bruger passive harmoniske filtre standard passive komponenter såsom modstandsspoler og kondensatorer. Disse passive komponenter bruges til at danne et tankkredsløb. Tankkredsløbet er designet på en speciel måde, så det kan betjenes med samme resonansfrekvens i forhold til de uønskede harmoniske. De passive harmoniske filtre blokerer de uønskede harmoniske overførsler. Det passive harmoniske filter konverterer den harmoniske strøm til varmen og beskytter slutenheden eller belastningen. Filteret kan indstilles til en bestemt frekvens, der skal elimineres som harmoniske.
Der er hovedsagelig fire typer passive harmoniske filtre, der anvendes:
1. Højpasfilter
2. Båndpasfilter
3. C type filter og
4. Seriefilter.
Højpasfilter
Højpass passive harmoniske filtre bruges til at eliminere højere ordens harmoniske og til at have fleksibel kontrol over det brede frekvensområde. Det grundlæggende højpas harmoniske filterdesign bruger tre passive komponenter, modstand, kondensator og induktor.
I ovenstående billede kan vi se den grundlæggende konstruktion af et passivt højpas harmonisk filter. Konstruktionen viser modstanden og induktoren er i parallel forbindelse en kondensator i serie. Filteret producerer flade impedansegenskaber i højfrekvensområdet. Den høje frekvens mindsker effekttabet.
Denne type filtre bruges hovedsageligt til filtrering af 5 th / 6th eller højere ordensstrøm. Ofte kombineres forskellige filtre med højpas harmoniske filtre for at eliminere effekttab, når de bruges i lavordens- eller lavfrekvente applikationer.
Impedanskurven med frekvensen kan vises i nedenstående billede.
Båndpasfilter
Bandpass harmonisk filter er et dobbelt tunet filter. Det båndpas harmoniske filter består af to kondensatorer, to induktorer og en enkelt modstand. Det bruges også til harmonisk filtreringsformål med høj ordre. Dette filter fungerer ved at kombinere parallel resonans af standard båndpasfilter sammen med serieresonans af induktor og kondensator kombineret.
I ovenstående billede vises grundlæggende skematisk båndpasfilter. Den filter kredsløb har to dele, i den første del en kondensator C2 og spole L2 er serieforbundet henviser i anden del en modstand, en induktor og en kondensator er parallelforbundne. Den første og den anden del er også forbundet i serie.
Impedansegenskaberne med frekvensen kan vises i nedenstående graf.
C type filter
C-filter anvendes til lav orden såsom anden eller tredje ordens harmoniske filtreringsformål. C-type filtre har lavere tab end det tilsvarende båndpas eller seriefilteret.
C-type filtre består af 4 passive komponenter - to kondensatorer, en induktor og en enkelt modstand.
I ovenstående billede vises den grundlæggende konstruktion af c-type filter. En kondensator er forbundet i serie af en induktor, som igen er forbundet parallelt med modstanden. Tre-komponent parallel forbindelse er igen forbundet i serie med en anden kondensator.
Modstanden undertrykker den grundlæggende strøm, der er skabt af den oscillerede induktor og kondensator.
Impedanskurven er vist i nedenstående billede-
Seriefilter
Seriefilteret kaldes som passivfilter med en enkelt tunet harmonisk suppressor. Dette filter har de mest enkle konstruktionsegenskaber. Kun tre passive komponenter - en enkelt kondensator, induktor og modstand bruges i serie. Dette filter eliminerer en enkelt frekvens.
Konstruktionen af dette filter kan vises i nedenstående billede, hvor 3 passive komponenter er forbundet i serie for at danne det enkeltstemte harmoniske filter.
Impedanskarakteristikken er vist i nedenstående billede -
Aktive harmoniske filtre
Som tidligere diskuteret er passive harmoniske filtre gode til at eliminere harmoniske forbindelser i kraftledningen. Imidlertid er det passive harmoniske filterdesign virkelig komplekst, og designeren skal designe de passive harmoniske filtre i overensstemmelse med belastningens reaktive effektbehov. I et sådant tilfælde er det passive filterdesign meget vanskeligt, og det fører til en dårlig effektfaktordrift under visse belastningsforhold.
I denne sag er aktive filtre bedre til at håndtere kraftlinjens harmoniske uden de grundlæggende frekvensers afhængige reaktive effekt.
Aktive harmoniske filtre bruger en fremragende metode, hvor filteret bruger egenproducerede harmoniske komponenter og injicerer dette i kraftledningen, der annullerer de uønskede harmoniske.
Der findes forskellige typer aktive filtre, der bruger forskellige topologier til at eliminere harmoniske i kraftledningen.
Det mest almindelige aktive harmoniske filter design bruger følgende grundlæggende ting som
1. Spændingskildeomformer ved hjælp af forskellige strømafbrydere
2. Prøveudtagning og kontrolreference fra kraftledningen
3.PWM-system, der injicerer PWM-fyringsimpuls i systemet som harmoniske.
Active Harmonic-filteret bruger en anden slags halvlederkontakter, som kræver strøm for at fungere.
Sådan vælges harmoniske filtre
Det er ret vanskeligt at bestemme det perfekte harmoniske filter. Man skal identificere den harmoniske frekvens, hvormed filtrene skal indstilles. I nogle få tilfælde er filteroperationen ikke i stand til at tjene formålet bare på grund af forkert indstilling ved en bestemt grundlæggende frekvens, hvor der ikke er nogen harmoniske.
Det første vigtige trin er at identificere den harmoniske rækkefølge, og afhængigt af den harmoniske rækkefølge skal filteret vælges. For at eliminere harmonisk forvrængning med en frekvens er harmoniske filtre effektive, men i få tilfælde skal der anvendes dobbeltafstemte harmoniske filtre.
De tab tværs filtrene skal også kompenseres der er stærkt afhængige af valget af filteret. Nogle gange kræves begge typer harmoniske filtre for et højt niveau af ikke-lineære belastninger, aktive og passive.