Filtro armonico passivo compatto ad alta efficienza per azionamenti a frequenza VFD e VSD

Introduzione ai filtri armonici

I filtri armonici, proprio come i supereroi, proteggono i sistemi di alimentazione, combattendo gli armonici nocivi che possono danneggiare la qualità dell'alimentazione.Esistono due tipi principali di tali protettori: filtri armonici attivi e filtri armonici passivi.

Comprendere le armoniche e il loro impatto sui sistemi energetici

Le armoniche nei sistemi di energia elettrica si riferiscono a correnti o tensioni con frequenze che sono multipli interi della frequenza di potenza fondamentale.la seconda armonica sarebbe a 120 Hz, e il terzo a 180 Hz. L'elettricità fornita a una proprietà non sempre può essere "pulita", e le proprietà possono sperimentare armoniche.come i dispositivi elettronici che attirano corrente in impulsi piuttosto che in un'onda liscia.

Questo improvviso cambiamento nel flusso di corrente inietta correnti armoniche nel sistema di alimentazione, che possono causare vari problemi di qualità dell'energia.squilibri di tensione o di corrente tra le fasi elettricheSi possono notare questi problemi attraverso segnali come luci lampeggianti, trasformatori surriscaldati,e i frantumi che girano spesso,.

Lo stato delle armonie nel vostro sistema è rappresentato dalla distorsione armonica totale (THD), una misura di tutti gli effetti armonici.Di solito viene misurata fino al 50esimo moltiplicatore della frequenza di base del sistema di alimentazione, che è 3 kHz o, secondo alcune linee guida, il 40esimo multiplo (2,4 kHz).

La scarsa qualità della potenza dovuta alle armoniche può causare diversi problemi, come:

Aumento del consumo di energia che porta ad un aumento delle bollette di installazione e di servizi.
Soprascaldo delle attrezzature.
Riduzione della redditività.
Potenziali danni alla sua attrezzatura.
Scaldo eccessivo nei conduttori neutri e nei trasformatori di distribuzione.
Diminuzione dell'affidabilità e della durata dell'attrezzatura.
Maggiori richieste di manutenzione e tempi di fermo.
Aumenti dei costi dell'elettricità.

Queste frequenze aggiuntive distorcono l'onda sinusoidale AC in un circuito elettrico e possono avere gravi conseguenze, compresa la riduzione della vita 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.

Principi del filtro armonico attivo

I filtri armonici attivi (AHF) rappresentano una risposta moderna al problema delle distorsioni armoniche nei sistemi di alimentazione.Un'unità centrale di elaborazione (CPU) genera quindi una corrente armonica che si oppone allo spettro misuratoIntroducendo questa corrente contrattuale nel sistema in tempo reale, neutralizza efficacemente tutte le armoniche esistenti.

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

Filtri attivi di shunt:

Questi si collegano in parallelo al carico e stimano la corrente armonica dal carico.
Filtri attivi di serie:

Questi si collegano in serie al sistema di alimentazione e iniettano una tensione che annulla la tensione armonica nel sistema.
I principali vantaggi dei filtri attivi risiedono nella loro capacità di aumentare il fattore di potenza.rendendoli una soluzione sofisticata per il filtraggio armonicoI filtri attivi possono adattarsi alle variazioni delle influenze armoniche e filtrare simultaneamente molteplici frequenze armoniche.Utilizzano sofisticata elettronica di potenza e algoritmi di controllo per ridurre dinamicamente la distorsione armonica, iniezionando correnti di compensazione nel sistema di alimentazione, con conseguente alimentazione più pulita e stabile.

I filtri attivi hanno diversi vantaggi rispetto ai filtri passivi:

Possono eliminare più armoniche contemporaneamente.
Si adattano ai cambiamenti della frequenza del sistema di alimentazione e dello spettro armonico.
Non creano problemi di risonanza nel sistema di alimentazione, a differenza dei filtri passivi.
Generano attivamente una corrente di compensazione inversa che cancella vari componenti armonici, migliorando così i parametri di qualità della potenza come la regolazione della tensione e lo squilibrio.
Gli AHF, noti anche come filtri di potenza attiva (APF), rappresentano una nuova generazione di apparecchiature elettroniche di potenza.

I AHF sono adattivi e possono rispondere a un'ampia gamma di frequenze armoniche.rendendoli una soluzione versatile per varie configurazioni del sistema di alimentazioneLe fluttuazioni di tensione e le armoniche possono innescare disturbi della rete e causare surriscaldamento e aumento delle bollette energetiche.con un valore di torsione armonica totale (THD) superiore al 5% su tutta la gamma di carico, migliorando il fattore di potenza ed equilibrando il carico su tutte e tre le fasi, se necessario.

Con la loro natura adattabile e la loro tecnologia superiore, i filtri armonici attivi offrono una soluzione efficace alle sfide poste dalle distorsioni armoniche nei sistemi di alimentazione.Ora esamineremo le basi dei filtri armonici passivi e il loro confronto con i filtri armonici attivi.

Principi del filtro armonico passivo

I filtri armonici passivi (PHF) lavorano sui principi della teoria dei circuiti elettrici di base.Questi componenti lavorano insieme in modi diversi per creare un effetto di filtraggio specifico.

Il successo di un PHF nell'eliminazione delle armoniche dipende in gran parte dalla sua progettazione e dalla sua posizione nel sistema di alimentazione.e capacità per creare l'effetto di filtraggio desideratoPer una migliore eliminazione armonica, si dovrebbe posizionare il filtro vicino alla sorgente armonica.

Il compito di un PHF è quello di consentire determinate frequenze e bloccare altre.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, ognuno con la sua risposta unica alla frequenza e alle impostazioni del circuito.

Filtri a sintonizzazione singola
Filtri a doppia sintonizzazione
Filtri ad alto passaggio
Sebbene i PHF siano relativamente semplici ed economici, non offrono la flessibilità dei filtri armonici attivi (AHF).

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.Compensa anche la potenza reattiva.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,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 livelli di efficienza diversi.Esploriamo come queste differenze influenzano la loro efficienza.

Ecco alcune differenze fondamentali tra AHF e PHF:

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

Pertanto, mentre sia gli AHF che gli PHF svolgono i loro ruoli e offrono benefici, è chiaro che gli AHF offrono un'efficienza e una sicurezza superiori nella gestione delle distorsioni del sistema di alimentazione.

Confronto dei costi

La scelta tra i filtri armonici attivi (AHF) e i filtri armonici passivi (PHF) è vitale per la tua attività perché hanno implicazioni di costo diverse.

A prima vista, gli AHF potrebbero sembrare più costosi per un'applicazione a un'unica trazione, ma la loro redditività aumenta con l'aumento del numero di carichi non lineari.Questo accade perché un AHF può correggere più carichi, rendendola così una scelta più economica a lungo termine.

Al contrario, i PHF sono in genere più convenienti per applicazioni con un carico grande, singolo e non lineare.se l' output costante ha la massima importanzaNonostante il costo iniziale più elevato, gli AHF possono ridurre significativamente le spese energetiche e garantire una produzione costante, aumentando il reddito netto della vostra azienda.

Si dovrebbero considerare fattori quali le frequenze armoniche specifiche del sistema, le condizioni di carico e la progettazione e la collocazione dei filtri quando si decide tra AHF e PHF.

Mentre è necessario considerare l'investimento iniziale e i costi futuri di manutenzione, è anche fondamentale tenere conto delle esigenze specifiche del sistema di alimentazione quando si decide tra AHF e PHF.Spostare il nostro focus sull'aspetto di manutenzione di questi filtri.

Servizi di manutenzione

Sia i filtri armonici attivi che passivi presentano vantaggi e svantaggi unici per quanto riguarda la manutenzione.causando surriscaldamento e presentando sfide nel dimensionamento a causa dell'imprevedibilità del loro impatto.

Alcuni PHF moderni, che i tecnici installano sul lato freddo di sotto-pannelli elettrici e applicazioni a terra, sono passivi e induttivi.Questi dispositivi non richiedono componenti elettrici di terzi, eliminando la necessità di manutenzione.

I filtri armonici attivi (AHF), noti anche come unità di correzione armonica (HCU), offrono una soluzione più sofisticata per gestire le distorsioni del sistema di alimentazione.Gli AHF possono adattarsi e reagire ad un ampio spettro di frequenze armonicheQuesta adattabilità li rende una soluzione flessibile per varie configurazioni di sistemi di alimentazione.

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

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

Tuttavia, la manutenzione degli AHF non è così semplice.la loro complessità e l'incorporazione di elettronica di potenza potrebbero richiedere una manutenzione più frequenteLa frequenza specifica di tale manutenzione dipende in larga misura dal modello di AHF e dalle istruzioni del costruttore.

D'altra parte, i filtri passivi utilizzano un metodo più lento noto come commutazione dei contattori.diminuzione dell'effetto di filtraggio armonico.

In termini di costi operativi:

I filtri armonici attivi potrebbero comportare costi più elevati a causa della necessità di un costante monitoraggio e manutenzione.I controlli e le regolazioni regolari sono fondamentali per garantire che il filtro continui a funzionare in modo ottimale mentre le condizioni del sistema di alimentazione cambiano nel tempo.
L'installazione di un filtro armonico passivo su ogni unità può essere un metodo di compensazione meno invasivo in quanto non richiede manutenzione continua.
Dopo aver discusso gli aspetti di manutenzione, la prossima considerazione è l'adattabilità e la flessibilità di questi filtri.