Корзина:
с 9:00 до 19:00
Режим работы: Пн-Пт
+7 (495) 120-03-90
zakaz@plc.ru

Активные фильтры гармоник

14.11.2014

частотник - разбираемЗа последние несколько лет вопрос обеспечения определенного качества энергоснабжения постепенно уже перерос из достаточно узкой сферы интересов квалифицированных специалистов в вопрос, который интересует практически всех. Всевозможные отрасли сегодня уже все больше и больше зависят от качества потребляемой электроэнергии для своих основных потребностей в то время, как постоянный рост нагрузок нелинейного характера формирует множество гармонических искажений в системе электроснабжения в целом.

Соответственно, большинство современных устройств сглаживания или же приборов, компенсирующих гармонические составляющие тока, становятся все более и более значимыми не только для производителей или же поставщиком электронной энергии, но еще и для тех, кто эту энергию потребляет.

Всевозможные проблемы, которые вызываются гармоническими токами в современных электронных установках и всевозможных системах электроснабжения, сегодня знают немногие. На сегодняшний день преимущественное большинство коммерческой, промышленной и домашней нагрузки относится к нелинейному виду, а уровень искажений, которые присутствует в низковольтной распределительной сети, представляет собой предмет весьма и весьма серьезного беспокойства.

Все проблемы, которые вызываются чрезмерным гармоническим напряжением в электросети, известны уже достаточно давно, поэтому для того, чтобы ограничить возможность появления таких искажений, было разработано огромнейшее количество специализированных стандартов и технологий. Данный процесс является достаточно успешным, учитывая то, что всевозможные проблемы, которые испытывают потребители, зачастую происходят из-за тех условий, которые складываются на их конкретном участке ответственности и лишь изредка могут быть причиной возникновения тех или иных явлений в сети.

Если такая ситуация продолжается даже после внедрения различных технологий, потребителям необходимо будет обеспечить ограничение количества гармонического тока, создаваемого специальным оборудованием, вследствие чего именно потребителям необходимо будет добиться правильной фильтрации гармонических составляющих в тех условиях, в которых они являются наиболее необходимыми.

Для этого сегодня принято использовать три основных метода, каждый из которых отличается своими особенностями:

· Использование специальных пассивных фильтров;

· Использование активных фильтров;

· Уникальное трансформаторное решение, включающее в себя специальную изоляцию, объединение обмоток в зигзаг, а также правильная группировка соединения обмоток.

Наиболее же широкое распространение на сегодняшний день получили именно активные фильтры, которые среди специалистов изредка принято называть активными сглаживателями гармоник.

Оборудование, которое используется для снижения гармонических искажений, зачастую поставляется или же для удовлетворения потребностей поставщиков электроэнергии, или же для того, чтобы решить всевозможные проблемы, которые возникают в пределах конкретного участка потребителя. Выбор и последующее размещение оборудование будет непосредственно зависеть от определенных условий, вследствие чего зачастую требуется проводить более подробное исследование обстановки, связанной с гармоническими искажениями.

В процессе применения специального информационного оборудования присутствуют нечетные гармоники, которые приводят к таким проблемам, и в частности это касается перегрузки нейтралей тройной нуль последовательной гармоникой. Проблемы такого типа зачастую устраняются еще в процессе проектирования, если этим занимается действительно квалифицированный специалист, и в частности профессионал должен грамотно подобрать номиналы кабелей.

Однако стоит сказать о том, что достаточно часто возникновение изменений функционального назначения в различных зданиях и их планировке означает то, что возникновение подобных проблем возникает в процессе эксплуатации, причем данная проблема может дополнительно усугубляться еще и тем, что конфигурация офисов меняется достаточно часто, и токи, которые изначально могут быть «чистыми», впоследствии серьезно загрязняются. Другими словами, состояние гармоник в электронных установках современных зданий изменяется в зависимости от того, какое оборудование используется или же добавляется. Все такие изменения достаточно часто планируются, не учитывая их влияние на общую обстановку в электрической инфраструктуре.

Полная смена кабелей в функционирующем здании может представлять собой довольно дорогостоящую , и при этом разрушительную процедуру, поэтому для ее проведения необходимо использовать абсолютно другие варианты коррекции. В частности к таким методам следует отнести применение пассивных фильтров, однако спроектировать эффективные пассивные фильтры для третьих гармоник спроектировать чрезвычайно сложно.

Любые пассивные фильтры используются исключительно в условиях гармоники той частоты, для которых такое оборудование изначально проектировалось, вследствие чего необходимо будет покупать дополнительно индивидуальные фильтры для работы с другими частотами, так как в противном случае могут возникать проблемы. В любом случае в процессе изменения картины гармоник пассивные фильтры могут дополняться и изменяться. Трансформатор, имеющие зигзагообразное соединение, а также трансформаторы, имеющие дельта намотанную изоляцию, являются эффективными против таких гармоник, однако они не могут оказать никакого влияния на прочие типы гармоник. Именно по этой причине гораздо более эффективным решением является использование активных фильтров гармоник.

Топология АФГ

Идея активного фильтра уже вряд ли является новой, однако тот факт, что в течении длительного времени не было никаких эффективных технологий производства таких устройств по доступной цене, сделало развитие этой идеи чрезвычайно медленным.

В наше время широкое распространение различных биполярных транзисторов, имеющих изолированный затвор, а также цифровых процессоров сигнала сделали современные АФК идеальным решением проблемы с практической точки зрения. Принцип использования такого оборудования является предельно простым – использование силовой электроники осуществляется для создания гармонических токов, которые требуются для обеспечения питания нелинейных нагрузок так, чтобы в синусоиде сохранялась предельно корректная форма.

Измерение тока нагрузки осуществляется при помощи специальной катушки-трансформатора, информация от которой анализируется центральным процессором для того, чтобы обеспечить возможность определения картины спектра гармоник. Данная информация используется различными генераторами тока, чтобы обеспечить эффективное производство и выплескивание в цепи именно таких гармонических токов, которые требуются для того, чтобы оптимально компенсировать искажения нагрузки. На практике гармонические токи уменьшаются приблизительно на 90%.

В связи с тем, что для управления активными фильтрами используются те данные, которые предоставляет катушка-трансформатор, такие устройства динамически адаптируются к любым изменениям, происходящим в гармониках нагрузки. Так как различные процессы анализа и последующего генерирования контролируются специализированным программным обеспечением, то в таком случае устройство может запросто программироваться на то, чтобы обеспечивать компенсирование только каких-либо конкретных гармоник, чтобы добиться предельного роста КПД в характеристиках оборудования.

На сегодняшний день предлагается большое количество различных топологий, для каждой из которых присутствует отдельная специфика параметров не только отдельных компонентов, но еще и выбора устройств в целом под те нагрузки, которые нужно будет компенсировать.

Последовательные фильтры

Данный фильтр объединяется последовательно в распределительной сети и предназначается не только для того, чтобы компенсировать гармонические токи, генерируемых нагрузкой, но еще и для компенсации искажения того напряжения, которое уже используется системой электроснабжения. Данное решение с технической точки зрения является схожим с линейным фильтром и может подбираться в соответствии с полной нагрузкой.

Параллельные фильтры

Параллельные фильтры, которые среди специалистов принято также называть шунтирующими, объединяются параллельно по линиям переменного тока и подбираются исключительно для величин гармонических токов от нелинейных нагрузок.

Гибридные фильтры

Данное решение предусматривает одновременное использование активного и пассивного фильтров, вследствие чего гибридный фильтр может быть как последовательным, так и параллельным. Стоит отметить, что нередко такое решение является весьма удачным с экономической точки зрения, так как пассивным фильтром проводится процедура основной фильтрации в то время, как активный, отличающийся своей динамичностью и точностью, может охватывать абсолютно другие порядки гармоник.

Как работают параллельные активные гармонические кондиционеры?

Активный кондиционер объединяется параллельно с электропитанием и постоянно осуществляет выплескивание гармонических токов, всецело соответствующих по своим техническим характеристикам тем гармоническим компонентам, которые генерируются нагрузкой. В конечном итоге за счет этого от источника формируется синусоидальный ток, при этом обеспечивается поддержка полного низкочастотного спектра от 2 до 25 гармоники.

Если гармонические токи, которые генерируются нагрузкой, по своим характеристикам будут превышать номинальное значение активного фильтра, изделием будет осуществляться полностью автоматическое ограничение тока компенсации в соответствии с максимальным номинальным значением. При этом стоит отметить, что фильтр не может быть перегруженным и продолжает изменение до максимально номинального значения, а все превосходящие токи в конечном итоге возвращаются обратно в систему электроснабжения. АФГ может непрерывно работать в таком состоянии, исключая любые механические повреждения.

Типы конфигурации

На сегодняшний день представляется два основных типа конфигурации активного фильтра:

· Параллельная. Обеспечивает увеличенную способность коррекции в конкретной точке системы переменного тока за счет объединения более чем четырех фильтров, имеющих одинаковый номинал. Также данная конфигурация позволяет добиться повышенной способности корректировки для того, чтобы обеспечивать возможность последующего увеличения нагрузки, а также повышенную надежность, которая достигается за счет применения запаса значения номинала;

· Каскадная. Каскадная конфигурация обеспечивает повышение общей компенсационной способности за счет применения фильтров, имеющих как одинаковые, так и различные номиналы. Помимо этого за счет внедрения каскадной конфигурации достигается возможность компенсирования определенной нагрузки или же местное компенсирование гармоник.

Нагрузки ПК-типа

Нагрузки типа ПК отличаются наличием резкости во всех нечетных гармониках низкого порядка, в которых присутствуют очень высокие уровни 3, 5, 7 и 9 гармоник.

Данный тип нагрузки характеризуется появлением большого количества проблем, среди которых следует отметить перегрузки нейтралей, перегрев трансформатора, а также перегрев из-за поверхностных эффектов. Использование активных фильтров в данной категории нагрузок позволяет очистить картину спектра тока.

Полная коррекция обуславливает необходимость в применении больших значений тока АФГ, при этом в зависимости от обстоятельств нередко случается так, что не присутствует потребность в компенсации абсолютно всех гармоник. В частности проблемы возникают, к примеру, с третьей гармоникой, вследствие чего достаточно будет взаимодействовать исключительно с такими гармониками.

Польза использования данного решения заключается в том, что решение проблемы обеспечивается при низком значении компенсационного тока, за счет чего единственное устройство запросто справляется с достаточно серьезными нагрузками.

Нагрузки регулируемого привода

За счет добавления активного фильтра, а также обеспечения всецелой коррекции можно обеспечить оптимальную картину спектра гармоник. В данном случае использование АФГ отличается следующими преимуществами:

· THDI сокращается в примерном соотношении 1:10;

· Значительно сокращаются потери мощности;

· Исключается влияние различных колебаний частоты, что в частности проявляется в процессе работы с резервным генератором;

· Полностью исключается риск возникновения резонанса с определенной гармонической частотой;

· Обеспечивается гибкость в использовании;

· Отсутствует влияние перегрузки;

· При необходимости обеспечивается возможность программирования самим пользователем для того, чтобы подобрать определенные гармонические частоты.

Таким образом, при помощи АФК обеспечивается предельно простое в использовании решение, позволяющее решить достаточно сложную проблему. Ведь это предельно гибкое решение, позволяющее устранить любые проблемы, связанные с различными изменениями в конфигурации электронной установки. 

Назад к списку новостей