Inomax filtro armonico attivo

Introduzione ai filtri armonici

I filtri armonici, proprio come i supereroi, proteggono i tuoi sistemi di alimentazione. Combattono le armoniche dannose che possono danneggiare la qualità della tua alimentazione. Esistono due tipi principali di questi protettori: filtri armonici attivi e filtri armonici passivi.

Comprensione delle armoniche e del loro impatto sui sistemi di alimentazione

Le armoniche nei sistemi di alimentazione elettrica si riferiscono a correnti o tensioni con frequenze che sono multipli interi della frequenza di alimentazione fondamentale. Ad esempio, se la frequenza di base è 60 Hz, la seconda armonica sarà a 120 Hz e la terza a 180 Hz. L'elettricità fornita a una proprietà potrebbe non essere sempre "pulita" e le proprietà possono presentare armoniche. Queste armoniche provengono da carichi non lineari, come i dispositivi elettronici che assorbono corrente in impulsi anziché in un'onda regolare.

Questo improvviso cambiamento nel flusso di corrente immette correnti armoniche nel sistema di alimentazione, che possono causare vari problemi di qualità dell'energia. Questi problemi possono manifestarsi sotto forma di cali e sbalzi di tensione, squilibri di tensione o corrente tra le fasi elettriche ed effetti di sfarfallio causati dalla commutazione ripetitiva di carichi elettrici. Puoi notare questi problemi attraverso segnali come luci tremolanti, trasformatori surriscaldati e interruttori che scattano frequentemente.

Lo stato delle armoniche nel tuo sistema è rappresentato dalla distorsione armonica totale (THD), una misura di tutti gli effetti armonici. Solitamente viene misurato fino al cinquantesimo multiplo della frequenza di base del sistema di alimentazione, che è 3kHz o, secondo alcune linee guida, il 40esimo multiplo (2,4kHz).

Una scarsa qualità dell'alimentazione dovuta alle armoniche può causare diversi problemi, tra cui:

L’aumento del consumo energetico porta a costi di installazione e di utenza più elevati.
Surriscaldamento delle apparecchiature.
Diminuzione della redditività.
Possibili danni alla vostra attrezzatura.
Surriscaldamento nei conduttori neutri e nei trasformatori di distribuzione.
Diminuzione dell'affidabilità e della durata delle apparecchiature.
Aumento delle richieste di manutenzione e dei tempi di inattività.
Costi elettrici più elevati.

Queste frequenze aggiuntive distorcono l'onda sinusoidale CA in un circuito elettrico e possono avere gravi conseguenze, inclusa la riduzione della durata dell'apparecchiatura. Ora che abbiamo discusso gli effetti delle armoniche sui vostri sistemi di alimentazione, parliamo di come i filtri armonici possono aiutare ad affrontare questi problemi.

Nozioni di base sul filtro armonico attivo

I filtri armonici attivi (AHF) rappresentano una risposta moderna al problema delle distorsioni armoniche nei sistemi di alimentazione. Impiegano una tecnologia all'avanguardia per rilevare e studiare le armoniche nella rete. Un'unità di elaborazione centrale (CPU) genera quindi una corrente armonica che si oppone allo spettro misurato. Introduce questa corrente contrastante nel sistema in tempo reale, neutralizzando efficacemente tutte le armoniche esistenti.

Possiamo classificare i filtri attivi in ​​tre tipi, ciascuno con i suoi vantaggi unici:

Shunt filtri attivi:

Questi si collegano in parallelo al carico e stimano la corrente armonica dal carico. Generano una corrente di compensazione che neutralizza la componente armonica.
Filtri attivi di serie:

Questi si collegano in serie al sistema di alimentazione e iniettano tensione che annulla la tensione armonica nel sistema. Ciò garantisce che il carico riceva una tensione stabile.
I vantaggi principali dei filtri attivi risiedono nella loro capacità di migliorare il fattore di potenza. Forniscono potenza reattiva sia capacitiva che induttiva, rendendoli una soluzione sofisticata per il filtraggio delle armoniche. I filtri attivi possono adattarsi alle mutevoli influenze armoniche e filtrare più frequenze armoniche contemporaneamente. Impiegano sofisticati componenti elettronici di potenza e algoritmi di controllo per ridurre dinamicamente la distorsione armonica, iniettando correnti di compensazione nel sistema di alimentazione. Ciò si traduce in un'alimentazione più pulita e stabile.

I filtri attivi presentano numerosi vantaggi rispetto ai filtri passivi:

Possono sradicare più armoniche contemporaneamente.
Si adattano ai cambiamenti nella frequenza del sistema di alimentazione e nello spettro armonico.
Non creano problemi di risonanza nel sistema di alimentazione, a differenza dei filtri passivi.
Generano attivamente una corrente di compensazione inversa che annulla varie componenti armoniche, migliorando così i parametri di qualità dell'energia come la regolazione della tensione e lo squilibrio.
Gli AHF, noti anche come filtri attivi di potenza (APF), rappresentano una nuova generazione di apparecchiature elettroniche di potenza. Impiegano dispositivi DSP ad alta velocità

Sopprimono attivamente le armoniche e compensano la potenza reattiva. Gli AHF sono adattivi e possono rispondere a un'ampia gamma di frequenze armoniche, rendendoli una soluzione versatile per varie configurazioni di sistemi di alimentazione. Le fluttuazioni di tensione e le armoniche possono innescare disturbi della rete e provocare surriscaldamento e aumento delle bollette energetiche. Un AHF può mitigare questi problemi, producendo un risultato migliore del 5% di distorsione armonica totale (THD) su tutto l'intervallo di carico, migliorando il fattore di potenza e bilanciando il carico su tutte e tre le fasi, se necessario.

Grazie alla loro natura adattiva e alla tecnologia superiore, i filtri armonici attivi forniscono una soluzione efficace alle sfide poste dalle distorsioni armoniche nei sistemi di alimentazione. Esamineremo ora le basi dei filtri armonici passivi e il loro confronto con i filtri armonici attivi.

Nozioni di base sul filtro armonico passivo

I filtri armonici passivi (PHF) funzionano sui principi della teoria di base dei circuiti elettrici. Usano resistori, induttori e condensatori per eliminare le frequenze indesiderate. Questi componenti lavorano insieme in modi diversi per creare un effetto di filtraggio specifico.

Il successo di un PHF nella rimozione delle armoniche dipende in larga misura dalla sua progettazione e dalla sua posizione all'interno del sistema di alimentazione. La progettazione implica la scelta dei giusti valori di resistenza, induttanza e capacità per creare l'effetto di filtraggio desiderato. Per la migliore eliminazione armonica, è necessario posizionare il filtro vicino alla sorgente armonica.

Il compito di un PHF è consentire determinate frequenze e bloccarne altre. Ciò avviene utilizzando le risposte uniche di condensatori e induttori a frequenze diverse. Nei sistemi di alimentazione, i PHF sono progettati per "intrappolare" le frequenze armoniche, lasciando passare solo la frequenza di base. Ciò si ottiene rendendo l'impedenza del filtro alta alle frequenze armoniche e bassa alla frequenza di base.

Esistono vari tipi di PHF, ciascuno con la sua risposta unica alla frequenza e alle configurazioni del circuito. Questi includono:

Filtri a sintonia singola
Filtri a doppia sintonia
Filtri passa-alto
Sebbene i PHF siano relativamente semplici ed economici, non offrono la flessibilità dei filtri armonici attivi (AHF). Anche le modifiche al funzionamento del sistema possono influenzarne le prestazioni.

I PHF utilizzano componenti passivi come reattori e condensatori, che sono sintonizzati su una frequenza specifica per filtrare una particolare parte armonica e ridurre le armoniche risultanti. Inoltre compensano la potenza reattiva, migliorando il fattore di potenza. Confrontiamoli ora con le loro controparti attive.

Confronto di efficienza
Diversi fattori possono influenzare l’efficienza sia dei filtri armonici attivi (AHF) che dei filtri armonici passivi (PHF), comprese le frequenze armoniche specifiche nel sistema, le condizioni di carico, la progettazione e la posizione dei filtri. Sia gli AHF che i PHF svolgono un ruolo cruciale nella riduzione delle armoniche nei sistemi di alimentazione, ma funzionano in modo diverso e offrono diversi livelli di efficienza. Esploriamo come queste differenze influiscono sulla loro efficienza.

Ecco alcune differenze chiave tra AHF e PHF:

Gli AHF possono ridurre più frequenze contemporaneamente.
I PHF tipicamente filtrano le singole armoniche.
Gli AHF possono adattarsi attivamente ai cambiamenti nella corrente armonica della rete elettrica entro un certo intervallo.
I PHF possono solo ridurre le armoniche degli ordini fissi (3,5,7) entro un determinato intervallo di frequenza.
Quando si tratta di sicurezza, gli AHF evitano il sovraccarico quando viene raggiunto il limite del filtro attivo, a differenza dei PHF. Inoltre, se un AHF diventa incapace, ciò non influirà sui motori per i quali ottimizza la potenza. Questo ci porta ad una considerazione importante quando si confrontano i due.

Pertanto, sebbene sia gli AHF che i PHF svolgano il loro ruolo e offrano vantaggi, è chiaro che gli AHF offrono efficienza e sicurezza superiori nella gestione delle distorsioni del sistema energetico.

Confronto dei costi

Decidere tra filtri armonici attivi (AHF) e filtri armonici passivi (PHF) è vitale per la tua azienda perché hanno implicazioni di costo diverse. Esaminiamo i loro costi.

A prima vista, gli AHF potrebbero sembrare più costosi per un'applicazione a unità singola. Tuttavia, il loro rapporto costo-efficacia aumenta con l’aumentare del numero di carichi non lineari. Ciò accade perché un AHF può correggere più carichi, rendendolo quindi una scelta più economica a lungo termine.

Al contrario, i PHF sono in genere più convenienti per le applicazioni con un carico singolo, ampio e non lineare. La spesa in conto capitale per un AHF è solitamente superiore a quella di un PHF. Ma, se la produzione costante è della massima importanza, gli AHF sono la soluzione suggerita. Nonostante il costo iniziale più elevato, gli AHF possono ridurre significativamente le spese energetiche e garantire una produzione costante, migliorando l'utile netto della tua azienda.

Dovresti considerare fattori come le frequenze armoniche specifiche del tuo sistema, le condizioni di carico, la progettazione e il posizionamento dei filtri quando decidi tra AHF e PHF.

Sebbene sia necessario considerare l'investimento iniziale e i futuri costi di manutenzione, è anche fondamentale tenere conto delle esigenze specifiche del proprio sistema di alimentazione quando si decide tra AHF e PHF. Spostiamo la nostra attenzione sull'aspetto della manutenzione di questi filtri.

Manutenzione

Sia i filtri armonici attivi che quelli passivi presentano vantaggi e svantaggi unici per quanto riguarda la manutenzione. Le armoniche esterne possono influenzare i filtri armonici passivi (PHF), causando surriscaldamento e ponendo problemi di dimensionamento a causa dell'imprevedibilità del loro impatto.

Alcuni PHF moderni, che i tecnici installano sul lato freddo dei sottopannelli elettrici collegati a stella e delle applicazioni di terra, sono passivi e induttivi. Questi dispositivi non richiedono componenti elettrici di terze parti, eliminando la necessità di manutenzione.

I filtri armonici attivi (AHF), noti anche come unità di correzione armonica (HCU), offrono una soluzione più sofisticata per la gestione delle distorsioni del sistema di alimentazione. A differenza dei filtri passivi, gli AHF possono adattarsi e reagire a un ampio spettro di frequenze armoniche. Questa adattabilità li rende una soluzione flessibile per varie configurazioni di sistemi di alimentazione.

Un sistema di filtro armonico attivo è costituito da tre parti principali:

- Un modulo che rileva le armoniche
- Un modulo di controllo
- Un modulo ponte inverter

Tuttavia, mantenere gli AHF non è così semplice. Sebbene gli AHF siano generalmente più sofisticati e adattabili dei PHF, la loro complessità e l'incorporazione di componenti elettronici di potenza potrebbero richiedere una manutenzione più frequente. La frequenza specifica di questa manutenzione dipende in gran parte dal modello di AHF e dalle istruzioni del produttore.

D'altra parte, i filtri passivi utilizzano un metodo più lento noto come commutazione del contattore. Qualsiasi cambiamento nella frequenza dei filtri passivi può alterare il punto di risonanza, diminuendo l'effetto di filtraggio armonico.

In termini di costi operativi:

I filtri armonici attivi potrebbero comportare costi più elevati a causa della necessità di monitoraggio e manutenzione costanti. Controlli e regolazioni regolari sono fondamentali per garantire che il filtro continui a funzionare in modo ottimale anche quando le condizioni del sistema di alimentazione cambiano nel tempo.
L'installazione di un filtro armonico passivo su ciascun azionamento può rappresentare un metodo di compensazione meno invasivo in quanto non richiede alcuna manutenzione continua.
Dopo aver discusso gli aspetti di manutenzione, la considerazione successiva riguarda l'adattabilità e la flessibilità di questi filtri.