- Kas ir harmonika elektriskajā sistēmā?
- Kāpēc ir jālikvidē harmonikas enerģijas sistēmā?
- Harmoniku filtru tips
- Pasīvie harmoniskie filtri
- Aktīvie harmoniskie filtri
- Kā izvēlēties harmoniskos filtrus
Kas ir harmonika elektriskajā sistēmā?
Enerģijas sistēmās harmonikas tiek definētas kā pamata frekvences pozitīvi veseli skaitļi. Harmonika ir spriegums vai strāva, kas notiek pie pamata frekvences daudzkārtnes. To bieži uzskata par troksni elektrolīnijā.
Elektroenerģijas sistēmas harmonikas var iedalīt divos veidos: strāvas harmonikas un sprieguma harmonikas.
Par pašreizējās harmonikas inducē nelineāra slodzes, piemēram, VSDs (mainīga ātruma piedziņas). Nelineārās slodzes piesaista strāvu no strāvas līnijas, kas nav ideālā sinusoidālā viļņu formā. Nonsinusoidālā strāvas viļņu forma var būt vienkārša sinusoidāla kompleksa virkne, kas var svārstīties ar veselu skaitli, elektrolīnijas pamatfrekvences reizinājumu.
Vairumā gadījumu sprieguma harmonikas izraisa pašreizējās harmonikas. Sprieguma harmonika rodas izkropļotā sprieguma dēļ, ko rada strāvas harmoniku ietekme ar avota pretestību.
Iepriekš redzamajā attēlā redzama satraukta strāvas viļņa forma nelineārajā slodzē. Šeit sagrozītā strāvas viļņa forma neseko sinusoidālajam vilnim. Tas parāda pašreizējās harmonikas enerģijas sistēmā.
Kāpēc ir jālikvidē harmonikas enerģijas sistēmā?
Strāvas un sprieguma harmonikas ir tieši proporcionālas trokšņainai enerģijas pārnešanai uz slodzi. Dažādas sadzīves un biroja iekārtas ir atbildīgas par energosistēmas harmoniku. Energosistēmas harmonikas bieži palielina slodzes strāvu. Dažādus instrumentus, piemēram, dienasgaismas spuldzes rūpnīcās vai mājā vai birojā, ietekmē harmonikas un tie cieš no dažādiem darbības traucējumiem. Elektrosistēmas harmonikas ļoti ietekmē motorus.
Dažreiz enerģijas sistēmas harmonikas var būt ļoti bīstamas un palielināt instrumentiem piegādāto jaudu, kas palielina slodzes temperatūru un var saīsināt instrumenta kalpošanas laiku.
Lai pārvarētu šīs energosistēmas harmonikas, ir jāpārveido strāvas savienojums nelineāru slodžu vadīšanai un jāievieš harmonikas filtri energosistēmā.
Harmoniku filtru tips
Harmoniku filtri ir ļoti efektīvi, lai aizsargātu dārgas elektroiekārtas no izkropļotām jaudas izejas harmoniku dēļ. Elektroenerģijas un elektronikas tirgū ir pieejami dažādi harmoniku filtru veidi atkarībā no nominālās jaudas, pielietotā sprieguma, vienfāzes vai trīsfāzēm un citiem no slodzes atkarīgiem parametriem.
Tomēr ir pieejami divi galvenie harmonisko filtru veidi, kas ir pasīvie harmoniskie filtri un aktīvie harmoniskie filtri.
Galvenā atšķirība starp šiem diviem harmonisko filtru veidiem ir komponenti, kas izmantoti filtra projektēšanā. Pasīvajos harmoniskajos filtros tiek izmantoti vienkārši pasīvie komponenti, galvenokārt rezistori, induktori un kondensatori. Tā kā aktīvajos harmoniskajos filtros tiek izmantoti aktīvi komponenti, piemēram, dažāda veida BJT, IGBT, MOSFET un integrētās shēmas.
Tā kā harmonikas filtri ir elektriskās līnijas drošības aprīkojums, tiem jāapstiprina starptautiskie drošības standarti, piemēram, IEEE, EN, AS, BS un parakstītāju laboratoriju UL marķējums.
Arī harmoniku filtrus var veidot dažādos secībās. Tāpat kā trešās kārtas harmoniskie filtri var filtrēt frekvenci, kas ir pamata frekvences trešais reizinājums.
Pasīvie harmoniskie filtri
Pasīvie harmonikas filtri ir visizplatītākie un viegli pieejamie harmonikas filtri. Tas ir pieņemams filtrs, lai nomāktu harmonikas traucējumus elektrolīnijā.
Kā jau tika apspriests iepriekš, pasīvajos harmoniskajos filtros tiek izmantoti standarta pasīvie komponenti, piemēram, rezistoru induktori un kondensatori. Šie pasīvie komponenti tiek izmantoti tvertnes ķēdes veidošanai. Tvertnes ķēde ir veidota īpašā veidā, lai to varētu darbināt ar tādu pašu rezonanses frekvenci attiecībā uz nevēlamām harmonikām. Pasīvie harmonikas filtri bloķē nevēlamo harmoniku iziešanu. Pasīvais harmonikas filtrs pārveido harmonisko strāvu siltumā un aizsargā gala ierīci vai slodzi. Filtru var noregulēt uz noteiktu frekvenci, kas jālikvidē kā harmonikas.
Galvenokārt tiek izmantoti četru veidu pasīvie harmoniskie filtri:
1. Augstas caurlaidības filtrs
2. Joslas filtrs
3. C tipa filtrs un
4. Sērijas filtrs.
Augstas caurlaidības filtrs
Augstas caurlaidības pasīvie harmonikas filtri tiek izmantoti, lai novērstu augstākas kārtas harmonikas un elastīgi kontrolētu plašo frekvenču diapazonu. Pamata augstfrekvences harmonisko filtru konstrukcijā tiek izmantoti trīs pasīvie komponenti, rezistors, kondensators un induktors.
Iepriekš redzamajā attēlā mēs varam redzēt pasīvā augstfrekvences harmonikas filtra konstrukciju. Konstrukcija parāda rezistoru, un induktors ir paralēli savienots ar kondensatoru virknē. Filtrs rada plakanas pretestības raksturlielumus augstfrekvences diapazonā. Augstfrekvence samazina jaudas zudumu.
Šo veidu filtri galvenokārt izmanto filtrēšanas 5 th / 6th vai augstākas pakāpes strāvu. Bieži vien dažādi filtri tiek apvienoti ar augstfrekvences harmonikas filtriem, lai novērstu jaudas zudumus, ja tos lieto zemas kārtas vai zemfrekvences lietojumos.
Impedences līkni ar frekvenci var parādīt zemāk esošajā attēlā.
Joslas filtrs
Bandpass harmonikas filtrs ir dubultā noregulēts filtrs. Bandpass harmoniskais Filtrs sastāv no diviem kondensatoriem, divas induktori, un vienu rezistoru. To lieto arī augstas kvalitātes harmoniskas filtrēšanas nolūkos. Šis filtrs darbojas, apvienojot standarta joslas filtra paralēlo rezonansi kopā ar induktora un kondensatora sērijveida rezonansi.
Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta pamata joslas filtra shēma. Filtra ķēde ir divas daļas, kas pirmajā daļā kondensators C2 un induktors L2 ir saslēgti virknē bet otrajā daļā rezistoru, induktors, un kondensators ir savienotas paralēli. Arī pirmā daļa un otrā daļa ir savienotas virknē.
Impedences raksturlielumus ar frekvenci var parādīt zemāk redzamajā diagrammā.
C tipa filtrs
C tipa filtru izmanto zemas kārtas, piemēram, otrās vai trešās kārtas harmoniskās filtrēšanas vajadzībām. C tipa filtriem ir mazāki zaudējumi nekā līdzvērtīgam joslas pārejai vai sērijas filtram.
C tipa filtri sastāv no 4 pasīviem komponentiem - diviem kondensatoriem, induktora un viena rezistora.
Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta c tipa filtra pamatkonstrukcija. Kondensators ir savienots virknē induktora, kas atkal ir savienots paralēli rezistoram. Trīs komponentu paralēlais savienojums atkal tiek sērijveidā savienots ar otro kondensatoru.
Rezistors nomāc fundamentālo strāvu, ko rada svārstīgais induktors un kondensators.
Impedances līkne ir parādīta zemāk esošajā attēlā -
Sērijas filtrs
Sērijas filtru sauc par pasīvā viena noregulētā harmonikas slāpētāja filtru. Šim filtram ir visvienkāršākās konstrukcijas īpašības. Tikai trīs pasīvie komponenti - viens kondensators, induktors un rezistors tiek izmantoti virknē. Šis filtrs novērš vienu frekvenci.
Šī filtra konstrukciju var parādīt zemāk esošajā attēlā, kur 3 pasīvie komponenti ir savienoti virknē, lai izveidotu vienas noregulētās sērijas harmonikas filtru.
Impedances raksturojums ir parādīts zemāk esošajā attēlā -
Aktīvie harmoniskie filtri
Kā jau tika apspriests iepriekš, pasīvie harmoniku filtri ir labi, lai izslēgtu elektrolīnijā saistītās harmonikas. Tomēr pasīvā harmoniskā filtra konstrukcija ir patiešām sarežģīta, un projektētājam pasīvie harmonikas filtri ir jāprojektē atbilstoši slodzes reaktīvās jaudas prasībām. Šādā gadījumā pasīvā filtra konstrukcija ir ļoti sarežģīta, un tas noved pie sliktas jaudas koeficienta darbības noteiktos slodzes apstākļos.
Šajā gadījumā aktīvie filtri ir labāk apstrādāti elektropārvades līnijas harmonikā bez pamata frekvences reaktīvās jaudas atkarības.
Aktīvajos harmonikas filtros tiek izmantota lieliska metode, kad filtrā tiek izmantoti pašu ražoti harmonikas komponenti un tie tiek ievadīti strāvas līnijā, kas atceļ nevēlamās harmonikas.
Ir pieejami dažādi aktīvo filtru veidi, kas izmanto dažādas topoloģijas, lai izslēgtu elektrolīnijas harmonikas.
Visizplatītākais aktīvo harmonisko filtru dizains izmanto šādas pamata lietas, piemēram, 1. Sprieguma avota invertors, izmantojot dažādus barošanas slēdžus
2. Paraugu ņemšana un vadības atskaite no elektropārvades līnijas
3. PWM sistēma, kas injicē PWM šāviena impulsu sistēmā kā harmonikas.
Aktīvās harmonikas filtrs izmanto cita veida pusvadītāju slēdžus, kuru darbībai nepieciešama enerģija.
Kā izvēlēties harmoniskos filtrus
Ideāla harmonikas filtra noteikšana ir diezgan sarežģīta. Ir jāidentificē harmoniskā frekvence, kurā filtri jāpielāgo. Dažos gadījumos filtra darbība nespēj kalpot mērķim tikai nepareizas noregulēšanas dēļ noteiktā pamata frekvencē, kur nav harmoniku.
Pirmais svarīgais solis ir noteikt kārtību, harmoniku un atkarībā no harmonisko rīkojumu filtru nepieciešams jāizvēlas. Lai izslēgtu vienas frekvences harmonisko kropļojumu sērijas, harmoniskie filtri ir efektīvi, taču dažos gadījumos ir jāizmanto dubulto harmoniku filtri.
Par zaudējumiem pāri filtriem arī ir jākompensē, kas ir ļoti atkarīgas no izvēlētā filtra. Dažreiz augstam nelineāru slodžu līmenim ir nepieciešami aktīvi un pasīvi abu veidu harmoniskie filtri.