- Шта је хармоника у електричном систему?
- Зашто је неопходно елиминисати хармонике у електроенергетском систему?
- Тип хармонских филтера
- Пасивни хармонски филтери
- Активни хармонски филтери
- Како одабрати хармонске филтере
Шта је хармоника у електричном систему?
У електроенергетским системима хармонике се дефинише као позитивне целобројне вишекратнике основне фреквенције. Хармоник је напон или струја која се јавља на умношку основне основне фреквенције. Често се сматра буком у далеководу.
Хармонике у електроенергетском систему можемо класификовати у две врсте: хармонике струје и напони.
У струјни хармоници проузрокована нелинеарно оптерећење попут ВСД (вариабле спеед дривес). Нелинеарна оптерећења црпе струју из далековода која није у савршеном синусоидном таласном облику. Таласни облик несинусоидне струје може бити сложена серија једноставних синусоидних облика који могу осциловати на целом броју, вишеструком од основне фреквенције далековода.
У већини случајева хармонике напона узрокују тренутни хармоники. Хармоник напона настаје због изобличеног напона произведеног дејством хармоника струје са импедансом извора.
Горња слика приказује таласни облик струје у невољи током нелинеарног оптерећења. Овде искривљени таласни облик струје не прати синусоидни талас. Ово показује тренутне хармонике у електроенергетском систему.
Зашто је неопходно елиминисати хармонике у електроенергетском систему?
Хармоники струје и напона су директно пропорционални бучном преносу снаге на оптерећење. Разна кућна и канцеларијска опрема одговорна је за хармонике у електроенергетском систему. Хармоники система напајања често повећавају струју оптерећења. Разни инструменти, попут флуоресцентних светала у фабрикама или у кући или канцеларији, под утицајем су хармоника и пате од различитих кварова. Мотори су под снажним утицајем хармоника система напајања.
Понекад хармонике у електроенергетским системима могу бити веома опасни и повећати снагу која се испоручује инструментима што доводи до пораста температуре у оптерећењу и може скратити животни век инструмента.
Да би се превазишли ови хармонични системи електроенергетског система, потребно је реконструисати везу за напајање за погон нелинеарних оптерећења и увести филтере за хармоничке системе у електроенергетски систем.
Тип хармонских филтера
Хармонски филтри су врло ефикасни за заштиту скупе електричне опреме од искривљених излаза снаге усљед хармоника. На тржишту електричне и електроничке опреме доступни су различити типови хармоничких филтера у зависности од називне снаге, примењеног напона, једнофазне или трофазне фазе и осталих параметара који зависе од оптерећења.
Међутим, постоје две главне врсте хармоничких филтера на располагању, а то су пасивни хармонски филтери и активни хармонски филтери .
Главна разлика између ове две врсте хармоничких филтера су компоненте које се користе за дизајн филтера. Пасивни хармонијски филтери користе једноставне пасивне компоненте, углавном отпорнике, пригушнице и кондензаторе. Док активни хармонијски филтри користе активне компоненте као што су различити типови БЈТ-а, ИГБТ-а, МОСФЕТ-ова и интегрисаних кола.
Како су филтри за хармонију електрична сигурносна опрема, морају потврдити међународне сигурносне стандарде као што су ИЕЕЕ, ЕН, АС, БС и УЛ ознака лабораторија осигурања.
Такође, филтри за хармонију могу бити дизајнирани у различитим редоследима. Као хармонијски филтри трећег реда могу филтрирати фреквенцију која је трећи вишекратник основне фреквенције.
Пасивни хармонски филтери
Пасивни филтри за хармонију су најчешћи и лако доступни филтри за хармонију. То је приступачан филтер за сузбијање хармонских поремећаја у далеководу.
Као што је претходно речено, пасивни хармонски филтери користе стандардне пасивне компоненте као што су отпорници, пригушнице и кондензатори. Те пасивне компоненте се користе за формирање круга резервоара. Круг резервоара дизајниран је на посебан начин тако да се њиме може радити на истој резонантној фреквенцији у односу на нежељене хармонике. Пасивни филтри хармоника блокирају пролазак нежељених хармоника. Пасивни хармонијски филтер претвара хармоничну струју у топлоту и штити крајњи уређај или оптерећење. Филтер се може подесити на одређену фреквенцију коју треба елиминисати као хармонике.
Углавном се користе четири врсте пасивних хармоничких филтера:
1. Високопропусни филтер
2. Бандпасс филтер
3. филтер типа Ц и
4. Серијски филтер.
Високопропусни филтер
Високо пасивни пасивни хармонски филтери користе се за уклањање хармоника вишег реда и за флексибилну контролу над широким спектром фреквенција. У основном високофреквенцијском хармонијском филтру користе се три пасивне компоненте, отпорник, кондензатор и пригушница.
На горњој слици можемо видети основну конструкцију пасивног високопропусног хармонијског филтера. Конструкција показује отпорник и индуктор је паралелно повезан кондензатор у серији. Филтер даје карактеристике равне импедансе у високофреквентном опсегу. Висока фреквенција смањује губитак снаге.
Ова врста филтера се углавном користи за филтрирање струје петог / шестог или вишег реда. Често се различити филтри комбинују са високопропусним хармонијским филтрима како би се елиминисао губитак снаге када се користе у апликацијама ниског реда или ниске фреквенције.
Крива импедансе са фреквенцијом може бити приказана на доњој слици.
Бандпасс филтер
Опсежни хармонијски филтер је двоструко подешен филтер. Хармоник Филтер Бандпасс састоји се од два кондензатора, два индуктора, и један отпорник. Такође се користи за хармоничну филтрацију високог реда. Овај филтер ради са комбинованом паралелном резонанцом стандардног пропусног филтра заједно са серијском резонанцом индуктора и кондензатора у комбинацији.
На горњој слици је приказана основна шема пропусног филтра. Филтер коло има два дела, у првом делу кондензатор Ц2 и индуктор Л2 је везана редно док у другом делу отпорник, индуктор и кондензатор су повезани паралелно. Први и други део су такође повезани у низу.
Карактеристике импедансе са фреквенцијом могу се приказати на доњем графикону.
Филтер типа Ц
Ц тип филтер се користи за ниске редове, као што је хармоничка филтрација другог или трећег реда. Филтери типа Ц имају мањи губитак од еквивалентног опсега или серијског филтра.
Филтери типа Ц састоје се од 4 пасивне компоненте - два кондензатора, индуктора и једног отпорника.
На горњој слици приказана је основна конструкција филтера типа ц. Кондензатор је повезан у серију индуктора који је поново повезан паралелно са отпорником. Трокомпонентна паралелна веза поново је повезана у серију са другим кондензатором.
Отпор потискује основну струју коју стварају осцилирани индуктор и кондензатор.
Крива импедансе је приказана на доњој слици-
Серијски филтер
Серијски филтер назива се пасивни филтар са једним подешавањем хармоника. Овај филтер има најједноставнија грађевинска својства. У серији се користе само три пасивне компоненте - један кондензатор, пригушница и отпорник. Овај филтер елиминише једну фреквенцију.
Конструкција овог филтера може се приказати на доњој слици где су 3 пасивне компоненте повезане у серију да би формирале хармонијски филтер са једном подешеном серијом.
Карактеристика импедансе приказана је на доњој слици -
Активни хармонски филтери
Као што је претходно речено, пасивни филтри за хармонију добро уклањају хармонике повезане у далеководу. Међутим, дизајн пасивног хармоничког филтра је заиста сложен и дизајнер мора пасивни хармонски филтар дизајнирати у складу са захтевима реактивне снаге терета. У том случају, дизајн пасивног филтера је веома тежак и доводи до лошег рада фактора снаге у одређеним условима оптерећења.
У овом случају, активни филтри су бољи за рад са хармоникама далековода без зависности јалове снаге основне фреквенције.
Активни хармонијски филтри користе изврсну методу када филтер користи само-произведене хармонске компоненте и убризгава их у далековод који поништава нежељене хармонике.
На располагању су различите врсте активних филтера који користе различите топологије за уклањање хармоника у далеководу.
Најчешћи дизајн активних хармоничких филтера користи следеће основне ствари попут
1. Претварач напона помоћу различитих прекидача за напајање
2. Узорковање и контрола референце са далековода
3.ПВМ систем који убризгава ПВМ пуцајући импулс у систем као хармонике.
Филтер Ацтиве Хармониц користи другу врсту полупроводничких прекидача којима је за рад потребна снага.
Како одабрати хармонске филтере
Одређивање савршеног хармонијског филтра је прилично незгодно. Треба идентификовати хармонијску фреквенцију на којој филтери треба да буду подешени. У неколико случајева рад филтера није успео да послужи сврси само због погрешног подешавања на одређеној основној фреквенцији где нису присутни хармоники.
Први важан корак је да се идентификује ред хармоника и у зависности од реда хармоника потреба филтера да буду бирани. Да би се елиминисала једнофреквентна хармонијска изобличења, серија хармонских филтера је ефикасна, али у неколико случајева треба користити двоструко подешене филтере за хармонију.
У губици преко филтера такође треба да добију компензацију који у великој мери зависе од избора филтера. Понекад су за висок ниво нелинеарних оптерећења потребне активне и пасивне обе врсте хармонских филтера.