- Mi a harmonikus az elektromos rendszerben?
- Miért van szükség a Harmonikusok megszüntetésére az energiaellátó rendszerben?
- A harmonikus szűrők típusa
- Passzív harmonikus szűrők
- Aktív harmonikus szűrők
- A harmonikus szűrők kiválasztása
Mi a harmonikus az elektromos rendszerben?
Az áramellátó rendszerekben a harmonikusokat az alapvető frekvencia pozitív egész számának többszöröseként definiálják. A harmonikus egy olyan feszültség vagy áram, amely az alapfrekvencia többszörösében fordul elő. Gyakran zajnak tekintik az elektromos vezetéken.
Az energiaellátó rendszer harmonikusai két típusba sorolhatók: áram harmonikus és feszültség harmonikus.
A nemlineáris terhelés által kiváltott áram harmonikusok, például VSD-k (változtatható sebességű hajtások). A nemlineáris terhelések olyan áramot vesznek fel a távvezetékről, amely nincs tökéletes szinuszos hullámformában. A nem szinuszoidoid áram hullámformája lehet egy egyszerű szinuszos komplex sorozat, amely az elektromos vezeték alapvető frekvenciájának többszörösében oszcillálhat.
A legtöbb esetben a feszültség harmonikusait az áram harmonikusai okozzák. A feszültség harmonikusa a torzított feszültség miatt következik be, amelyet az áramharmonikusok és a forrás impedanciája okoz.
A fenti képen látható a nemlineáris terhelésnél jelentkező szorongott áram hullámalakja. Itt az eltorzult áram hullámformája nem követi a szinuszos hullámot. Ez mutatja az áramellátás jelenlegi harmonikusait.
Miért van szükség a Harmonikusok megszüntetésére az energiaellátó rendszerben?
Az áram és a feszültség harmonikusai egyenesen arányosak a terhelésre leadott zajos energiaátadással. Különböző háztartási és irodai berendezések felelősek az elektromos rendszer harmonikusáért. Az energiarendszer harmonikusai gyakran növelik a terhelési áramot. Különböző műszereket, például a gyárakban, a házban vagy az irodában található fénycsöveket a harmonikusok befolyásolnak, és különböző meghibásodásoktól szenvednek. A motorokat hatalmas mértékben befolyásolják az energiaellátó rendszer harmonikusai.
Az energiaellátó rendszerek harmonikusai néha nagyon veszélyesek lehetnek, és növelhetik a műszerek teljesítményét, ami a terhelés hőmérséklet-emelkedéséhez vezet, és lerövidítheti a műszer élettartamát.
Ahhoz, hogy megoldja ezt a villamosenergia-rendszer harmonikus, az egyik kell rekonstruálni a hálózati csatlakozás vezetni nemlineáris terhelések és bevezetni harmonikus szűrők a villamosenergia-rendszer.
A harmonikus szűrők típusa
A harmonikus szűrők nagyon hatékonyan védik meg a költséges elektromos berendezéseket a felharmonikusok által okozott torzított teljesítménytől. Különböző típusú harmonikus szűrők állnak rendelkezésre az elektromos és elektronikai piacon, a névleges teljesítmény, az alkalmazott feszültség, az egyfázisú vagy háromfázisú és egyéb terhelésfüggő paraméterektől függően.
A harmonikus szűrőknek azonban két fő típusa áll rendelkezésre: passzív harmonikus szűrők és aktív harmonikus szűrők.
A kétféle harmonikus szűrő közötti fő különbség a szűrő tervezéséhez használt komponensek között van. A passzív harmonikus szűrők egyszerű passzív alkatrészeket használnak, elsősorban ellenállásokat, induktivitásokat és kondenzátorokat. Míg az aktív harmonikus szűrők aktív komponenseket, például különböző típusú BJT-ket, IGBT-ket, MOSFET-eket és integrált áramköröket használnak.
Mivel a harmonikus szűrők az elektromos vezetékek biztonsági berendezései, meg kell erősíteniük a nemzetközi biztonsági szabványokat, mint például az IEEE, EN, AS, BS és az aljegyző laboratóriumainak UL jelölését.
A harmonikus szűrők különböző sorrendben is megtervezhetők. A harmadrendűhez hasonlóan a harmonikus szűrők kiszűrhetik azt a frekvenciát, amely az alapfrekvencia harmadik többszöröse.
Passzív harmonikus szűrők
A passzív harmonikus szűrők a leggyakoribbak, és a könnyen elérhető harmonikus szűrők. Megfizethető szűrő az elektromos vezeték harmonikus zavarainak elnyomására.
Amint azt korábban említettük, a passzív harmonikus szűrők szokásos passzív alkatrészeket, például ellenállások induktivitását és kondenzátorait használják. Ezeket a passzív alkatrészeket egy tartálykör kialakításához használják. A tartály áramköre úgy van kialakítva, hogy ugyanazon rezonancia frekvencián működjön a nem kívánt harmonikusokkal szemben. A passzív harmonikus szűrők blokkolják a nem kívánt harmonikus áthaladást. A passzív harmonikus szűrő a harmonikus áramot hővé alakítja, és megvédi a végberendezést vagy a terhelést. A szűrő egy bizonyos frekvenciára hangolható, amelyet harmonikusként meg kell szüntetni.
Főleg négyféle passzív harmonikus szűrőt használnak:
1. Felsőáteresztő szűrő
2. Sáváteresztő szűrő
3. C típusú szűrő és
4. Sorozatszűrő.
Magasáramú szűrő
A magas áteresztő passzív harmonikus szűrőket a magasabb rendű harmonikusok kiküszöbölésére és a széles frekvenciatartomány rugalmas vezérlésére használják. Az alapvető felüláteresztő harmonikus szűrő három passzív komponenst, ellenállást, kondenzátort és induktivitást használ.
A fenti képen egy passzív felüláteresztő harmonikus szűrő alapvető felépítését láthatjuk. A felépítés az ellenállást mutatja, és az induktor párhuzamosan van összekötve egy kondenzátorral. A szűrő lapos impedancia jellemzőket produkál a nagyfrekvenciás tartományban. A nagy frekvencia csökkenti az áramveszteséget.
Ez a típusú szűrők főleg szűrésére 5 -én / 6. vagy magasabb rendű aktuális. Gyakran különböző szűrőket kombinálnak felüláteresztő harmonikus szűrőkkel, hogy kiküszöböljék az energiaveszteséget, ha alacsony rendű vagy alacsony frekvenciájú alkalmazásokban használják őket.
Az impedancia görbe a frekvenciával az alábbi képen látható.
Sávszűrő
A Bandpass harmonikus szűrő egy kettős hangolású szűrő. A sáváteresztő harmonikus szűrő két kondenzátorból, két induktivitásból és egyetlen ellenállásból áll. Magas rendű harmonikus szűrési célokra is használják. Ez a szűrő a standard sávszűrő párhuzamos rezonanciájának, valamint az induktor és a kondenzátor soros rezonanciájának kombinálásával működik.
A fenti képen az alapsávszűrő vázlata látható. A szűrő áramkör két részből áll, az első részben egy C2 kondenzátort és az L2 induktivitást sorba kötve, míg a második részben egy ellenállást, egy induktort és egy kondenzátort párhuzamosan kapcsolnak össze. Az első és a második rész szintén sorosan kapcsolódik össze.
Az impedancia jellemzői a frekvenciával az alábbi grafikonon láthatók.
C típusú szűrő
A C típusú szűrőt alacsony rendű, például másod- vagy harmadrendű harmonikus szűrés céljára használják. A C típusú szűrők vesztesége alacsonyabb, mint az egyenértékű sáváteresztő vagy a soros szűrőé.
A C típusú szűrők 4 passzív alkatrészből állnak - két kondenzátorból, egy induktivitásból és egy ellenállásból.
A fenti képen a c típusú szűrő alapvető felépítése látható. A kondenzátor egy sor induktivitással van összekötve, amely ismét párhuzamosan csatlakozik az ellenállással. A háromkomponensű párhuzamos csatlakozást ismét sorba kötjük egy második kondenzátorral.
Az ellenállás elnyomja az oszcillált induktor és kondenzátor által létrehozott alapvető áramot.
Az impedancia görbét az alábbi kép-
Sorozat szűrő
A sorozatszűrőt egyhangolt harmonikus csillapító passzív szűrőnek hívják. Ez a szűrő rendelkezik a legegyszerűbb szerkezeti tulajdonságokkal. Csak három passzív alkatrészt - egyetlen kondenzátort, induktivitást és ellenállást - használnak sorba. Ez a szűrő kiküszöböli az egyetlen frekvenciát.
Ennek a szűrőnek a felépítése az alábbi képen látható, ahol 3 passzív alkatrész van sorba kapcsolva az egyhangolt sorozatú harmonikus szűrő kialakításához.
Az impedancia jellemző az alábbi képen látható -
Aktív harmonikus szűrők
Amint azt korábban tárgyaltuk, a passzív harmonikus szűrők alkalmasak az elektromos vezetékben felhasznált harmonikusok megszüntetésére. A passzív harmonikus szűrő kialakítása azonban nagyon összetett, és a tervezőnek a passzív harmonikus szűrőket a terhelés reaktív teljesítményének követelményeinek megfelelően kell megterveznie. Ilyen esetben a passzív szűrő kialakítása nagyon nehéz, és bizonyos terhelési körülmények között gyenge teljesítménytényező működéshez vezet.
Ebben a kérdésben az aktív szűrők jobban kezelik az áramvezeték harmonikusait az alapfrekvencia reaktív teljesítményfüggése nélkül.
Az aktív harmonikus szűrők kiváló módszert alkalmaznak, amikor a szűrő saját gyártású harmonikus alkatrészeket használ, és ezt beinjektálja az elektromos vezetékbe, amely megsemmisíti a nem kívánt harmonikusokat.
Vannak különböző típusú aktív szűrők rendelkezésre, amelyek különböző topológiák, hogy megszüntesse a harmonikus a távvezeték.
A leggyakoribb aktív harmonikus szűrők kialakítása a következő alapvető dolgokat használja, mint pl
1. Feszültségforrás-inverter különféle tápkapcsolókkal
2. Mintavételi és vezérlési referencia az elektromos vezetékről
3. PWM rendszer, amely harmonikusként PWM tüzelő impulzust juttat a rendszerbe.
Az Active Harmonic szűrő más típusú félvezető kapcsolókat használ, amelyek működéséhez energiára van szükség.
A harmonikus szűrők kiválasztása
A tökéletes harmonikus szűrő meghatározása meglehetősen bonyolult. Meg kell határozni azt a harmonikus frekvenciát, amelyen a szűrőket hangolni kell. Néhány esetben a szűrőművelet nem felel meg a célnak, csak egy bizonyos alapvető frekvencián történő hibás hangolás miatt, ahol nincsenek harmonikusok.
Az első fontos lépés a harmonikus sorrend meghatározása, és a harmonikus sorrendtől függően a szűrőt kell választani. Az egyfrekvenciás harmonikus torzítás kiküszöbölésére a harmonikus szűrők hatékonyak, de néhány esetben kettős hangolású harmonikus szűrőket kell alkalmazni.
A szűrők veszteségeit is kompenzálni kell, amelyek nagymértékben függenek a szűrő megválasztásától. Néha magas nemlineáris terhelések esetén aktív és passzív mindkét típusú harmonikus szűrőre van szükség.