- Hva er harmoniske i det elektriske systemet?
- Hvorfor er det nødvendig å eliminere harmoniske effekter i kraftsystemet?
- Type harmoniske filtre
- Passive harmoniske filtre
- Aktive harmoniske filtre
- Hvordan velge harmoniske filtre
Hva er harmoniske i det elektriske systemet?
I kraftsystemer defineres harmoniske som positive heltallsmultipler av grunnfrekvensen. Harmonisk er en spenning eller strøm som oppstår ved et multiplum av grunnfrekvensen. Det blir ofte sett på som støy i kraftledningen.
Harmoniene i kraftsystemet kan klassifiseres i to typer: strømovertoner og spenningsovertoner.
Den nåværende harmonikken indusert av den ikke-lineære belastningen, for eksempel VSD (stasjoner med variabel hastighet). De ikke-lineære belastningene trekker strøm fra kraftledningen som ikke har en perfekt sinusformet bølgeform. Den nonsinusformede strømbølgeformen kan være en kompleks serie med enkel sinusformet som kan svinge ved et helt tall, multiplum av kraftlinjens grunnfrekvens.
I de fleste tilfeller er spenningsharmoniene forårsaket av gjeldende harmoniske. Spenningsharmonikken oppstår på grunn av den forvrengte spenningen som produseres av effekten av strømovertoner med kildeimpedansen.
Ovenstående bilde viser den ulykkelige strømbølgeformen over den ikke-lineære belastningen. Her følger den forvrengte nåværende bølgeformen ikke den sinusformede bølgen. Dette viser gjeldende harmoniske i kraftsystemet.
Hvorfor er det nødvendig å eliminere harmoniske effekter i kraftsystemet?
Strøm og spenningsovertoner er direkte proporsjonale med den støyende kraftoverføringen til belastningen. Ulike husholdnings- og kontorutstyr er ansvarlige for harmonene i kraftsystemet. Kraftsystemets harmoniske øker ofte laststrømmen. Ulike instrumenter, som lysrør i fabrikkene eller i huset eller kontoret, påvirkes av harmoniske og lider av forskjellige funksjonsfeil. Motorer er enormt påvirket av harmoniske kraftsystemer.
Noen ganger kan harmonene i kraftsystemene være veldig farlige og øke kraften som leveres til instrumentene, noe som fører til en temperaturøkning i belastningen og kan forkorte instrumentets levetid.
For å overvinne denne kraftoverføringen, må man rekonstruere strømforbindelsen for å drive ikke-lineære belastninger og innføre harmoniske filtre i kraftsystemet.
Type harmoniske filtre
Harmoniske filtre er veldig effektive for å beskytte kostbart elektrisk utstyr mot forvrengte kraftuttak på grunn av harmoniske. Det finnes forskjellige typer harmoniske filtre tilgjengelig i elektro- og elektronikkmarkedet, avhengig av nominell effekt, påført spenning, enfaset eller tre faser og andre belastningsavhengige parametere.
Imidlertid er det to hovedtyper av harmoniske filtre tilgjengelig, som er Passive Harmonic Filters og Active Harmonic Filter.
Hovedforskjellen mellom disse to typene harmoniske filtre er komponentene som brukes til filterdesignet. Passive harmoniske filtre bruker enkle passive komponenter, hovedsakelig motstander, induktorer og kondensatorer. Mens aktive harmoniske filtre bruker aktive komponenter som forskjellige typer BJT, IGBT, MOSFET og integrerte kretser.
Siden harmoniske filtre er sikkerhetsutstyr for elektrisk ledning, må de bekrefte de internasjonale sikkerhetsstandardene som IEEE, EN, AS, BS og UL-merket for forsikringsselskapets laboratorier.
Harmonifiltrene kan også utformes i forskjellige rekkefølge. Som en tredje ordens harmoniske filtre kan filtrere ut frekvensen som er det tredje multiplum av grunnfrekvensen.
Passive harmoniske filtre
Passive harmoniske filtre er det vanligste og lett tilgjengelige harmoniske filteret. Det er rimelig filter for å undertrykke den harmoniske forstyrrelsen i kraftledningen.
Som diskutert tidligere bruker passive harmoniske filtre standard passive komponenter som motstandsinduktorer og kondensatorer. Disse passive komponentene brukes til å danne en tankkrets. Tankkretsen er designet på en spesiell måte slik at den kan betjenes med samme resonansfrekvens i forhold til de uønskede overtonene. De passive harmoniske filtrene blokkerer uønskede overtoner for å passere. Det passive harmoniske filteret konverterer den harmoniske strømmen til varmen og beskytter sluttapparatet eller belastningen. Filteret kan innstilles til en viss frekvens som må elimineres som harmoniske.
Det er hovedsakelig fire typer passive harmoniske filtre som brukes:
1. Høypassfilter
2. Båndpassfilter
3. C type filter og
4. Seriefilter.
Høypassfilter
Høypass passive harmoniske filtre brukes til å eliminere høyere ordens harmoniske og for å ha fleksibel kontroll over det store frekvensområdet. Den grunnleggende høypass harmoniske filterdesign bruker tre passive komponenter, motstand, kondensator og induktor.
På bildet ovenfor kan vi se den grunnleggende konstruksjonen av et passivt harmonisk filter. Konstruksjonen viser motstanden og induktoren er i parallell forbindelse en kondensator i serie. Filteret gir flatimpedansegenskaper i høyfrekvensområdet. Den høye frekvensen reduserer effekttapet.
Denne typen filtre brukes hovedsakelig til filtrering av 5 th / 6th eller høyere ordensstrøm. Ofte kombineres forskjellige filtre med høypass-harmoniske filtre for å eliminere strømtap når de brukes i lavordens- eller lavfrekvente applikasjoner.
Impedanskurven med frekvensen kan vises i bildet nedenfor.
Båndpassfilter
Bandpass harmonisk filter er et dobbelt innstilt filter. Den båndpass harmoniske filter består av to kondensatorer, to induktorer, og en enkel motstand. Den brukes også til harmoniske filtreringsformål med høy ordre. Dette filteret fungerer med å kombinere parallell resonans til standard båndpasfilter sammen med serieresonans av induktor og kondensator kombinert.
I bildet ovenfor vises grunnleggende skjematisk båndpassfilter. Den Filterkretsen har to deler, i den første del en kondensator C2 og L2 er koplet i serie, mens i andre del av en motstand, en induktor og en kondensator er koblet i parallell. Den første delen og den andre delen er også koblet i serie.
Impedansegenskapene med frekvensen kan vises i grafen nedenfor.
C type filter
C-type filter brukes til lave ordrer, for eksempel andre eller tredje ordens harmoniske filtreringsformål. C-filtre har lavere tap enn tilsvarende båndpass eller seriefilter.
C-type filtre består av 4 passive komponenter - to kondensatorer, en induktor og en enkelt motstand.
På bildet ovenfor vises den grunnleggende konstruksjonen av c-type filter. En kondensator er koblet i serie av en induktor som igjen er koblet parallelt med motstanden. Tre-komponent parallellforbindelsen er igjen koblet i serie med en andre kondensator.
Motstanden undertrykker den grunnleggende strømmen som er opprettet av den svingte induktoren og kondensatoren.
Impedanskurven er vist i bildet nedenfor -
Seriefilter
Seriefilteret kalles som passivfilter for harmonisk undertrykkende harmonisk undertrykker. Dette filteret har de mest enkle konstruksjonsegenskapene. Bare tre passive komponenter - en enkelt kondensator, induktor og motstand brukes i serie. Dette filteret eliminerer enkeltfrekvens.
Konstruksjonen av dette filteret kan vises i bildet nedenfor der 3 passive komponenter er koblet i serie for å danne det harmoniske filteret med enkel innstilt serie.
Impedanskarakteristikken er vist i bildet nedenfor -
Aktive harmoniske filtre
Som diskutert tidligere, er passive harmoniske filtre gode for å eliminere harmoniske tilknytninger i kraftledningen. Imidlertid er det passive harmoniske filterdesignet veldig komplekst, og designeren må designe de passive harmoniske filtrene i samsvar med lastens reaktive effektbehov. I et slikt tilfelle er det passive filterdesignet veldig vanskelig, og det fører til en dårlig effektfaktordrift under visse belastningsforhold.
I denne saken er aktive filtre bedre å håndtere kraftlinjens harmoniske uten de reaktive effektavhengighetene til den grunnleggende frekvensen.
Aktive harmoniske filtre bruker en utmerket metode der filteret bruker egenproduserte harmoniske komponenter og injiserer dette i kraftledningen som avbryter de uønskede harmoniene.
Det er forskjellige typer aktive filtre tilgjengelig som bruker forskjellige topologier for å eliminere harmoniske i kraftledningen.
Den vanligste aktive harmoniske filterdesign bruker følgende grunnleggende ting som
1. Spenningskildeomformer ved bruk av forskjellige strømbrytere
2. prøvetaking og kontrollreferanse fra kraftledningen
3.PWM-system som injiserer PWM-skytepuls i systemet som harmoniske.
Active Harmonic-filteret bruker en annen type halvlederbrytere som krever strøm for å fungere.
Hvordan velge harmoniske filtre
Å bestemme det perfekte harmoniske filteret er ganske vanskelig. Man trenger å identifisere den harmoniske frekvensen som filtrene må innstilles til. I noen få tilfeller mislykkes filteroperasjonen bare på grunn av feil innstilling ved en viss grunnfrekvens der ingen overtoner er til stede.
Det første viktige trinnet er å identifisere harmonisk rekkefølge, og avhengig av harmonisk rekkefølge, må filteret velges. For å eliminere harmoniske forvrengningsserier med en frekvens er harmoniske filtre effektive, men i få tilfeller må det brukes dobbeltjusterte harmoniske filtre.
De tap over filtrene også må kompenseres som er sterkt avhengig av valget av filteret. Noen ganger kreves begge typer harmoniske filtre for et høyt nivå av ikke-lineære belastninger, aktive og passive.