- Što je harmonika u električnom sustavu?
- Zašto je potrebno eliminirati harmonike u elektroenergetskom sustavu?
- Vrsta harmonskih filtera
- Pasivni harmonski filtri
- Aktivni harmonski filtri
- Kako odabrati harmonijske filtre
Što je harmonika u električnom sustavu?
U elektroenergetskim sustavima harmonike se definira kao pozitivne cjelobrojne višekratnike osnovne frekvencije. Harmonik je napon ili struja koja se javlja na umnošku osnovne frekvencije. Često se smatra bukom u dalekovodu.
Harmonike u elektroenergetskom sustavu možemo klasificirati u dvije vrste: harmonike struje i naponi.
A tekući harmonici inducirani nelinearne opterećenja, kao što su (VSDs varijabilne brzine pogoni). Nelinearna opterećenja crpe struju iz dalekovoda koji nije u savršenom sinusoidnom valnom obliku. Valni oblik nesinusoidne struje može biti složeni niz jednostavnih sinusoida koji mogu oscilirati na cijelom broju, višestrukom od osnovne frekvencije dalekovoda.
U većini slučajeva harmonike napona uzrokuju harmonike struje. Harmonij napona nastaje zbog izobličenog napona koji nastaje utjecajem harmonika struje s impedancijom izvora.
Gornja slika prikazuje valni oblik struje u nevolji tijekom nelinearnog opterećenja. Ovdje izobličeni valni oblik struje ne slijedi sinusni val. To pokazuje trenutne harmonike u elektroenergetskom sustavu.
Zašto je potrebno eliminirati harmonike u elektroenergetskom sustavu?
Harmoniki struje i napona izravno su proporcionalni bučnom prijenosu snage na opterećenje. Za harmonike u elektroenergetskom sustavu odgovorna je razna kućanska i uredska oprema. Harmoniki elektroenergetskog sustava često povećavaju struju opterećenja. Razni instrumenti, poput fluorescentnih svjetala u tvornicama ili u kući ili uredu, utječu na harmonike i pate od različitih kvarova. Motori su pod velikim utjecajem harmonika elektroenergetskog sustava.
Ponekad harmonike u elektroenergetskim sustavima mogu biti vrlo opasni i povećati snagu koja se isporučuje instrumentima što dovodi do porasta temperature u opterećenju i može skratiti vijek trajanja instrumenta.
Da bi se prevladali ovi harmonični sustavi elektroenergetskog sustava, treba rekonstruirati priključak napajanja za pogon nelinearnih opterećenja i u elektroničke sustave uvesti filtre za harmoničke sustave.
Vrsta harmonskih filtera
Harmonski filtri vrlo su učinkoviti za zaštitu skupe električne opreme od iskrivljenih izlaza snage uslijed harmonika. Na tržištu električne i elektroničke opreme dostupne su različite vrste harmoničkih filtara, ovisno o nazivnoj snazi, primijenjenom naponu, jednofaznoj ili trofaznoj fazi i ostalim parametrima koji ovise o opterećenju.
Međutim, postoje dvije glavne vrste harmoničkih filtara na raspolaganju, a to su pasivni harmonski filtri i aktivni harmonski filtri.
Glavna razlika između ove dvije vrste harmoničkih filtara su komponente koje se koriste za dizajn filtra. Pasivni harmonijski filtri koriste jednostavne pasivne komponente, uglavnom otpornike, prigušnice i kondenzatore. Dok aktivni harmonijski filtri koriste aktivne komponente kao što su različite vrste BJT-a, IGBT-a, MOSFET-ova i integriranih krugova.
Kako su harmonski filtri električna sigurnosna oprema, moraju potvrditi međunarodne sigurnosne standarde poput IEEE, EN, AS, BS i UL oznake laboratorija osiguranja.
Također, filtri za harmoniju mogu biti projektirani u različitim redoslijedima. Poput harmonijskih filtara trećeg reda mogu filtrirati frekvenciju koja je treći višekratnik osnovne frekvencije.
Pasivni harmonski filtri
Pasivni harmonski filtri su najčešći i lako dostupni harmonijski filtri. To je pristupačan filtar za suzbijanje harmonskih poremećaja u dalekovodu.
Kao što je prethodno spomenuto, pasivni harmonijski filtri koriste standardne pasivne komponente kao što su otpornici prigušnice i kondenzatori. Te pasivne komponente koriste se za stvaranje kruga spremnika. Krug spremnika dizajniran je na poseban način tako da se može raditi na istoj rezonantnoj frekvenciji u odnosu na neželjene harmonike. Pasivni harmonijski filtri blokiraju prolazak neželjenih harmonika. Pasivni harmonijski filtar pretvara harmoničnu struju u toplinu i štiti krajnji uređaj ili opterećenje. Filtar se može podesiti na određenu frekvenciju koju treba eliminirati kao harmonike.
Uglavnom se koriste četiri vrste pasivnih harmoničkih filtara:
1. Visokopropusni filtar
2. Propusni filtar
3. Filter tipa C i
4. Filtar serije.
Visokopropusni filtar
Visokopropusni pasivni harmonijski filtri koriste se za uklanjanje harmonika višeg reda i za fleksibilno upravljanje širokim rasponom frekvencija. Osnovni visokofrekvencijski harmonijski filtar koristi tri pasivne komponente, otpornik, kondenzator i prigušnicu.
Na gornjoj slici možemo vidjeti osnovnu konstrukciju pasivnog visokopropusnog harmonijskog filtra. Konstrukcija pokazuje otpor i induktor je paralelno povezan kondenzator u seriji. Filtar daje karakteristike ravne impedancije u visokofrekventnom području. Visoka frekvencija smanjuje gubitak snage.
Ova vrsta filtera uglavnom se koristi za filtriranje struje 5- og / 6- og ili višeg reda. Često se različiti filtri kombiniraju s visokopropusnim harmonijskim filtrima kako bi se eliminirao gubitak snage kada se koriste u niskim redoslijedima ili u niskofrekventnim aplikacijama.
Krivulja impedancije s frekvencijom može se prikazati na donjoj slici.
Pojasni filtar
Opsežni harmonijski filtar dvostruko je podešen. Pojasni harmonički filter se sastoji od dva kondenzatora, dvije prigušnice i jedan otpornik. Također se koristi za harmonijsku filtraciju visokog reda. Ovaj filtar radi s kombiniranom paralelnom rezonancijom standardnog propusnog filtra zajedno sa serijskom rezonancijom induktora i kondenzatora u kombinaciji.
Na gornjoj je slici prikazana osnovna shema pojasa opsega opsega. Krug filtra ima dva dijela, u prvom su dijelu kondenzator C2 i prigušnica L2 spojeni serijski, dok su u drugom dijelu paralelno povezani otpornik, prigušnica i kondenzator. Prvi i drugi dio također su povezani u seriju.
Karakteristike impedancije s frekvencijom mogu se prikazati na donjem grafikonu.
Filter tipa C
C tip filtra koristi se za niski poredak, kao što je harmonička filtracija drugog ili trećeg reda. Filteri tipa C imaju manji gubitak od ekvivalentnog pojasa ili serijskog filtra.
Filteri tipa C sastoje se od 4 pasivne komponente - dva kondenzatora, prigušnice i jednog otpora.
Na gornjoj slici prikazana je osnovna konstrukcija filtra tipa c. Kondenzator je povezan u seriju induktora koji je opet spojen paralelno s otpornikom. Trokomponentna paralelna veza ponovno je spojena u seriju s drugim kondenzatorom.
Otpor potiskuje osnovnu struju koju stvaraju oscilirani induktor i kondenzator.
Krivulja impedancije prikazana je na donjoj slici-
Serijski filtar
Serijski filtar naziva se jednostrukim pasivnim filterom za suzbijanje harmonika. Ovaj filtar ima najjednostavnija građevinska svojstva. U seriji se koriste samo tri pasivne komponente - jedan kondenzator, prigušnica i otpornik. Ovaj filtar uklanja jednu frekvenciju.
Konstrukcija ovog filtra može se prikazati na donjoj slici gdje su 3 pasivne komponente povezane u seriju kako bi oblikovale harmonijski filtar s jednom podešenom serijom.
Karakteristika impedancije prikazana je na donjoj slici -
Aktivni harmonski filtri
Kao što je prethodno spomenuto, pasivni filtri za harmoniju dobri su za uklanjanje harmonika povezanih u dalekovodu. Međutim, dizajn pasivnog harmoničkog filtra zaista je složen i projektant mora dizajnirati pasivni harmonski filtar u skladu s zahtjevima jalove snage za opterećenje. U tom je slučaju dizajn pasivnog filtra vrlo težak i dovodi do lošeg rada faktora snage za određene uvjete opterećenja.
U tom je pogledu aktivnim filtrima bolje rukovati harmonikama dalekovoda bez ovisnosti jalove snage osnovne frekvencije.
Aktivni harmonski filtri koriste izvrsnu metodu kada filtar koristi vlastito proizvedene harmoničke komponente i ubrizgava ih u dalekovod koji poništava neželjene harmonike.
Dostupne su različite vrste aktivnih filtara koji koriste različite topologije za uklanjanje harmonika u dalekovodu.
Najčešći dizajn aktivnih harmoničkih filtara koristi sljedeće osnovne stvari poput
1. Pretvarač napona pomoću raznih prekidača napajanja
2. Uzorkovanje i kontrola reference s dalekovoda
3.PWM sustav koji ubrizgava PWM pulsni impuls u sustav kao harmonike.
Filtar Active Harmonic koristi drugu vrstu poluvodičkih prekidača kojima je potrebna snaga za rad.
Kako odabrati harmonijske filtre
Određivanje savršenog harmonijskog filtra prilično je nezgodno. Treba identificirati harmonijsku frekvenciju na kojoj filtri trebaju biti podešeni. U nekoliko slučajeva rad filtra nije uspio poslužiti samo zbog pogrešnog podešavanja na određenoj osnovnoj frekvenciji gdje nisu prisutni harmoniki.
Prvi važan korak je identificirati harmonika red, a ovisno o harmonijskog reda potreba filtar biti izabran. Kako bi se eliminirali jednofrekventni harmonijski izobličenja, serije harmoničkih filtara su učinkovite, ali u rijetkim slučajevima treba upotrijebiti dvostruko podešene harmoničke filtre.
U gubici preko filtera također treba nadoknaditi koji jako ovise o izboru filtera. Ponekad su za visoku razinu nelinearnih opterećenja potrebne aktivne i pasivne obje vrste harmoničkih filtara.