Aktivní harmonický filtr s MOSFETem z karbidu křemíku (SiC) Ultra AHF

Co jsou to harmonické?

Harmonické složky označují dodatečné frekvence přítomné v elektrické soustavě, které jsou násobky základní frekvence. V ideální energetické soustavě je základní frekvence obvykle 50 nebo 60 Hz, v závislosti na oblasti. V důsledku přítomnosti nelineárních zátěží a dalších rušení se však do systému mohou dostat harmonické složky.

Harmonické z nelineárních zátěží

Lineární zátěže, jako jsou výkonová elektronická zařízení (např. usměrňovače, střídače, frekvenční měniče), mohou způsobit zkreslení proudového průběhu, což má za následek harmonické proudy. Tyto harmonické proudy obsahují frekvence, které jsou celočíselnými násobky základní frekvence. Například druhá harmonická je dvojnásobkem základní frekvence, třetí harmonická je trojnásobkem základní frekvence a tak dále.

Jaké jsou účinky harmonických?

Harmonické složky jsou frekvenční složky, které jsou celočíselnými násobky základní frekvence v elektrické soustavě. V energetických systémech mohou být harmonické způsobeny nelineárními zátěžemi, jako jsou výkonová elektronická zařízení, pohony s proměnnými otáčkami a určité typy osvětlení. Tyto nelineární zátěže vytvářejí nesinusové průběhy proudu, což vede k harmonickému zkreslení průběhů napětí a proudu v energetické soustavě.

Nejběžnější zařízení generující harmonické jsou uvedena níže: spínané zdroje napájení, svářečky, UPS, staré frekvenční měniče s tyristorovou technologií výkonového měniče, motorové pohony, měniče s řízenými usměrňovači, stejnosměrný regulátor pro stejnosměrné pohony, indukční pece.

Nejběžnější zařízení generující harmonické z nelineárních zátěží

Jaké jsou účinky harmonických?

Účinky harmonických lze rozdělit do několika oblastí:

● Přehřívání zařízení: Harmonické proudy protékající transformátory, kabely a dalšími součástmi mohou způsobit zvýšené zahřívání v důsledku dodatečných ztrát spojených s harmonickými. To může vést ke zkrácení životnosti zařízení, zvýšeným nákladům na údržbu a dokonce i k selhání zařízení.

● Zkreslení proudu a napětí: Harmonické proudy mohou způsobovat zkreslení napětí, což vede ke zkreslenému průběhu napájecího napětí. To může ovlivnit citlivá elektronická zařízení, způsobit poruchy a zvýšit chybovost. Harmonické proudy mohou také protékat nulovým vodičem, což má za následek zkreslení nulového proudu a jeho dodatečné zahřívání.

● Rezonance: Harmonické kmity mohou interagovat s impedancí systému a vytvářet rezonanční podmínky, kdy je odezva systému na určité frekvence zesílena. Rezonance může vést ke zvýšenému zkreslení napětí a proudu, poškození zařízení a nestabilitě systému.

● Zhoršení kvality energie: Harmonické kmity mohou vést ke špatné kvalitě energie, včetně sníženého účiníku, zvýšeného celkového harmonického zkreslení (THD) a zkreslené symetrie průběhu. Tyto problémy mohou vést ke zvýšeným energetickým ztrátám, snížené účinnosti systému a zvýšeným nákladům na elektřinu.

● Rušení: Harmonické kmity mohou způsobovat elektromagnetické rušení (EMI) v komunikačních systémech a ovlivňovat provoz citlivých zařízení, jako jsou telekomunikační systémy, audio/video systémy a datové sítě.

Pro zmírnění účinků harmonických složek lze přijmout různá opatření, včetně použití harmonických filtrů, navrhování a provozu energetických systémů s nízkým harmonickým zkreslením a dodržování příslušných norem a směrnic pro regulaci harmonických složek.

Rozměry

Aktivní harmonický filtr Intone Power-AHF

Aktivní harmonický filtr Intone Power AHF je perfektním a komplexním řešením problémů s kvalitou energie v energetické síti, jako jsou harmonické jalový výkon a třífázová nevyváženost zátěže. Intone Power AHF, který je zapojen paralelně k elektrické síti, dokáže včas detekovat harmonickou vlnu v energetické síti, generovat proud pro kompenzaci fázové reverzace prostřednictvím měniče a dynamicky filtrovat harmonickou vlnu v energetické síti.

Aktivní harmonické filtry Intone Power-AHF jsou statické výkonové elektronické produkty, které využívají digitální logiku a polovodiče IGBT k syntéze proudového průběhu, který je injektován do elektrické sítě za účelem potlačení harmonických proudů způsobených nelineárním zatížením. AHF používají proudové transformátory k měření proudu zátěže za účelem určení obsahu přítomných harmonických proudů. Provoz AHF není ovlivněn různými formami zatížení a strukturami elektrické sítě. A neprodukují harmonické kmity spolu se systémem, čímž dosahují dokonale harmonické regulace při různém zatížení.

Vnitřní topologická struktura aktivního harmonického filtru

AHF mají také schopnost korigovat špatný účiník (DPF) a vyvažovat proud sítě. Korekce DPF může být zajištěna pro předstihové (kapacitní) nebo zpožďující se (indukční) zátěže, které způsobují špatný DPF. Vyvažovaní proudu sítě se dosahuje měřením proudu zpětné složky a přivedením inverzní proudu zpětné složky pro vyrovnání proudu v předřazené síti. Intone Power-AHF má zároveň funkci regulace nevyváženosti proudu třífázové zátěže, a tím komplexně řeší různé záležitosti týkající se kvality energie v elektrické síti.

Hlavní funkce

● Kombinace metody FFT a teorie okamžitého výkonu

● Multifunkční – Kombinace potlačení harmonických složek, korekce účiníku (indukční i kapacitní) a kompenzace nesymetrie

● Široký rozsah filtrování harmonických: od harmonických 2. do 51. řádu

● Vynikající korekce nerovnováhy: Zmírňuje proud v nulovém bodě jak v záporné, tak i v nulové složce

● Účinnost filtrování vysokých harmonických > 98,4 %

Hlavní funkce aktivního harmonického filtru

● Rychlá doba odezvy: méně než 5 ms

● Vysoká stabilita – zamezení rezonance díky automatické eliminaci harmonických

● Široký rozsah vstupního napětí a frekvence se přizpůsobí náročnému elektrickému prostředí.

● Bez přetížení díky automatickému omezení proudu na výstupu

● 7palcový nebo 10palcový dotykový displej HMI pro programování a monitorování různých elektrických parametrů, parametrů kvality výroby, alarmů a protokolů

● Možnost paralelního zapojení: 12 modulů lze zapojit paralelně

● Flexibilní použití: Modulární konstrukce zabudovaná do standardních nebo zakázkových skříní

● Přizpůsobivost prostředí: teplota 10 °C až 50 °C (bez snížení výkonu)

● Snadná instalace a údržba – Instalace modulů AHF pro výměnu nebo rozšíření

● Ochrana hardwaru: Ochrana proti přepětí sběrnice V; Ochrana proti přepětí

● Softwarová ochrana: okamžitá ochrana proti nadproudu AC; ochrana proti nadproudu AC Real; ochrana proti přepětí sběrnice V; ochrana proti přepětí AC; ochrana proti podpětí AC, ochrana proti přehřátí;

Moduly pro montáž do racku a na zeď

Rackové moduly Intone Power s aktivním harmonickým filtrem označují jednotky AHF, které jsou určeny k instalaci do racku nebo rozvaděče. Tyto moduly obvykle obsahují nezbytné komponenty, jako je výkonová elektronika, řídicí obvody a chladicí systémy, pro provádění funkce kompenzace jalového výkonu. Rackové moduly se běžně používají v průmyslových aplikacích, datových centrech a rozsáhlých elektrických instalacích, kde je vyžadováno více jednotek AHF.

rackové moduly aktivního harmonického filtru

Nástěnné moduly s aktivním harmonickým filtrem jsou určeny k instalaci přímo na zeď nebo montážní povrch. Jsou to kompaktní jednotky, které integrují potřebné komponenty do jednoho krytu, díky čemuž jsou vhodné pro menší aplikace nebo místa s omezeným prostorem. Nástěnné moduly AHF se běžně používají v komerčních budovách, kancelářích a menších elektroinstalacích.

nástěnné moduly aktivního harmonického filtru

Moduly Intone Power-AHF podporují: 15A, 25A, 30A, 50A, 75A, 100A, 125A, 150A, od 220V do 690V, pro sítě 50Hz i 60Hz.

Moduly AHF pro montáž do stojanu i pro montáž na stěnu slouží stejnému účelu kompenzace jalového výkonu a stabilizace napětí. Volba mezi těmito dvěma závisí na specifických požadavcích instalace, dostupném prostoru a dalších faktorech, jako jsou potřeby škálovatelnosti a rozšiřitelnosti.

Výhody aktivního harmonického filtru

Vylepšená kvalita energie

Nejviditelnější výhodou aktivních harmonických filtrů je zlepšení kvality elektrické energie. Aktivním zmírňováním harmonických a korekcí účiníků tyto filtry zajišťují stabilní a čisté napájení. To vede k významnému snížení zkreslení napětí, minimalizaci rizika poruch zařízení a zlepšení celkového výkonu citlivých zařízení.

Energetická účinnost

Aktivní harmonické filtry mohou pomoci zlepšit energetickou účinnost několika způsoby. Snížením potřeby jalového výkonu z rozvodné sítě snižují energetické ztráty. Navíc umožňují efektivnější provoz zařízení udržováním účiníku blízkého jednotce. To se promítá do nižších účtů za energii a snížené ekologické stopy.

Výhody aktivního harmonického filtru

Výhody aktivního harmonického filtru

Přítomnost harmonických kmitočtů může být škodlivá pro elektrická zařízení. Může vést k přehřátí, zkrácení životnosti zařízení a v některých případech i ke katastrofickému selhání. Aktivní filtry harmonických kmitočtů hrají klíčovou roli v ochraně zařízení před těmito škodlivými účinky a zajišťují, aby zařízení zůstalo v dobrém provozním stavu.

Dodržování norem

Mnoho zemí a regionů má zavedeny přísné předpisy a normy k zajištění kvality energie. Aktivní harmonické filtry pomáhají zařízením splňovat tyto požadavky efektivním řízením účiníku a harmonického zkreslení. Dodržování předpisů nejenže zabraňuje potenciálním sankcím, ale také zajišťuje spolehlivé a stabilní napájení.

Úspory nákladů

I když s instalací aktivních harmonických filtrů, jako jsou SVG, jsou spojeny počáteční náklady, dlouhodobé úspory nákladů mohou být značné. Nižší účty za energie, snížené náklady na údržbu a prodloužená životnost zařízení, to vše přispívá k přesvědčivé návratnosti investic.

Typické aplikace aktivních harmonických filtrů

Aktivní harmonické filtry nacházejí uplatnění v různých odvětvích a zařízeních, kde je kvalita a účinnost energie kritická. Mezi typické aplikace patří:

Výrobní zařízení

Výrobní prostředí často vykazují velké množství nelineárních zátěží, jako jsou frekvenční měniče, svářečky a CNC stroje. Tyto zátěže jsou známé tím, že vytvářejí harmonické, které mohou vést k problémům s kvalitou energie. Aktivní harmonické filtry se používají k zajištění stabilní kvality energie, minimalizaci prostojů zařízení a optimalizaci spotřeby energie.

Aktivní harmonický filtr ve výrobních zařízeních

Datová centra

Datová centra jsou vysoce citlivá na poruchy kvality napájení. Jakékoli přerušení napájení může vést ke ztrátě dat a selhání systému. Aktivní harmonické filtry se používají k ochraně před zkreslením napětí a k zajištění nepřetržitého provozu kritické IT infrastruktury.

Aktivní harmonický filtr v datovém centru

Komerční budovy

V komerčních budovách existuje řada zátěží, včetně osvětlení, systémů vytápění, větrání a klimatizace a výtahů, které mohou způsobovat problémy s kvalitou energie. Aktivní harmonické filtry pomáhají udržovat kvalitu energie, snižovat náklady na energii a chránit systémy budovy.

Aktivní harmonický filtr v systému HVAC

Systémy obnovitelných zdrojů energie

Vzhledem k tomu, že se obnovitelné zdroje energie, jako je solární a větrná energie, stávají stále rozšířenějšími, hrají aktivní harmonické filtry zásadní roli v zajišťování kvality generované energie a dodávané do sítě. Pomáhají regulovat výstup těchto přerušovaných zdrojů energie, čímž je činí spolehlivějšími a efektivnějšími.

Aktivní harmonický filtr v nabíjecí stanici pro elektromobily

Velké průmyslové závody

Velké průmyslové závody s širokou škálou strojů a procesů často čelí problémům s kvalitou energie. Aktivní filtry harmonických se používají k řízení účiníků a zmírňování harmonických, což vede ke zlepšení účinnosti a ochraně zařízení.

Aktivní harmonický filtr v elektrických obloukových pecích