Filtro armonico attivo Ultra AHF con MOSFET al carburo di silicio (SiC).

Che cosa sono le armoniche?

Le armoniche si riferiscono alle frequenze aggiuntive presenti in un sistema elettrico che sono multipli della frequenza fondamentale. In un sistema di alimentazione ideale, la frequenza fondamentale è tipicamente di 50 o 60 Hz, a seconda della regione. Tuttavia, a causa della presenza di carichi non lineari e altri disturbi, possono essere introdotte armoniche nel sistema.

Armoniche da carichi non lineari

I carichi lineari, come i dispositivi elettronici di potenza (ad esempio, raddrizzatori, inverter, azionamenti a frequenza variabile), possono causare distorsioni nella forma d'onda della corrente, generando correnti armoniche. Queste correnti armoniche contengono frequenze che sono multipli interi della frequenza fondamentale. Ad esempio, la seconda armonica è il doppio della frequenza fondamentale, la terza armonica è il triplo della frequenza fondamentale e così via.

Quali sono gli effetti delle armoniche?

Le armoniche sono componenti di frequenza che rappresentano multipli interi della frequenza fondamentale in un sistema elettrico. Nei sistemi di alimentazione, le armoniche possono essere causate da carichi non lineari come dispositivi elettronici di potenza, azionamenti a velocità variabile e alcuni tipi di illuminazione. Questi carichi non lineari generano forme d'onda di corrente non sinusoidali, con conseguente distorsione armonica nelle forme d'onda di tensione e corrente del sistema di alimentazione.

Di seguito sono elencati i dispositivi più comuni che generano armoniche: alimentatori switching, saldatrici, UPS, vecchi convertitori di frequenza con tecnologia a tiristori, azionamenti per motori, convertitori con raddrizzatori controllati, regolatori CC per azionamenti CC, forni a induzione.

I dispositivi più comuni che generano armoniche da carichi non lineari

Quali sono gli effetti delle armoniche?

Gli effetti delle armoniche possono essere suddivisi in diverse categorie:

● Surriscaldamento delle apparecchiature: le correnti armoniche che attraversano trasformatori, cavi e altri componenti possono causare un aumento del riscaldamento a causa delle perdite aggiuntive associate alle armoniche. Ciò può comportare una riduzione della durata utile delle apparecchiature, un aumento dei costi di manutenzione e persino il guasto delle stesse.

● Distorsione di corrente e tensione: le correnti armoniche possono causare distorsione di tensione, con conseguente alterazione della forma d'onda della tensione di alimentazione. Ciò può influire sulle apparecchiature elettroniche sensibili, causando malfunzionamenti e un aumento dei tassi di errore. Le correnti armoniche possono anche fluire attraverso il conduttore neutro, provocando distorsione della corrente di neutro e un ulteriore riscaldamento del conduttore neutro.

● Risonanza: le armoniche possono interagire con l'impedenza del sistema e creare condizioni di risonanza, in cui la risposta del sistema a determinate frequenze viene amplificata. La risonanza può portare a un aumento della distorsione di tensione e corrente, danni alle apparecchiature e instabilità del sistema.

● Degrado della qualità dell'energia: le armoniche possono causare un peggioramento della qualità dell'energia, tra cui una riduzione del fattore di potenza, un aumento della distorsione armonica totale (THD) e una distorsione della simmetria della forma d'onda. Questi problemi possono comportare un aumento delle perdite di energia, una riduzione dell'efficienza del sistema e un aumento dei costi dell'elettricità.

● Interferenze: le armoniche possono causare interferenze elettromagnetiche (EMI) nei sistemi di comunicazione, influenzando il funzionamento di apparecchiature sensibili come sistemi di telecomunicazione, sistemi audio/video e reti dati.

Per attenuare gli effetti delle armoniche, si possono adottare diverse misure, tra cui l'utilizzo di filtri armonici, la progettazione e il funzionamento di sistemi di alimentazione con bassa distorsione armonica e il rispetto delle norme e delle linee guida pertinenti per il controllo delle armoniche.

Dimensioni

Filtro armonico attivo Intone Power-AHF

Il filtro armonico attivo Intone Power AHF è una soluzione completa e ideale per i problemi di qualità dell'energia della rete elettrica, come le armoniche di potenza reattiva e lo squilibrio del carico trifase. Intone Power AHF, collegato in parallelo alla rete elettrica, è in grado di rilevare tempestivamente le armoniche presenti nella rete, generare la corrente di compensazione inversa di fase tramite il convertitore e filtrare dinamicamente le armoniche.

Il filtro armonico attivo Intone Power-AHF è un prodotto di elettronica di potenza statica che utilizza logica digitale e semiconduttori IGBT per sintetizzare una forma d'onda di corrente che viene iniettata nella rete elettrica per annullare le correnti armoniche causate da carichi non lineari. L'AHF utilizza trasformatori di corrente per misurare la corrente di carico e determinare il contenuto di corrente armonica presente. Il funzionamento dell'AHF non è influenzato da diverse forme di carico e strutture di rete elettrica. Inoltre, non produce oscillazioni armoniche insieme al sistema, realizzando così un controllo armonico perfetto in presenza di carichi diversi.

Struttura topologica interna del filtro armonico attivo

Gli AHF sono inoltre in grado di correggere un basso fattore di potenza di spostamento (DPF) e di bilanciare la corrente di rete. La correzione del DPF può essere fornita sia per carichi capacitivi (in anticipo) che induttivi (in ritardo) che causano un DPF basso. Il bilanciamento della corrente di rete si ottiene misurando la corrente di sequenza negativa presente e iniettando la corrente di sequenza negativa inversa per bilanciare la corrente per la rete a monte. Allo stesso tempo, Intone Power-AHF ha la funzione di controllare lo squilibrio della corrente di carico trifase, gestendo così in modo completo diverse problematiche relative alla qualità dell'energia nella rete elettrica.

Le funzioni principali

● Combinazione del metodo FFT e della teoria della potenza istantanea

● Multifunzionale – Combinazione di attenuazione delle armoniche, correzione del fattore di potenza (sia induttiva che capacitiva) e compensazione dello squilibrio.

● Ampia gamma di filtraggio armonico: dalle armoniche di secondo ordine a quelle di cinquantunesimo ordine.

● Eccellente correzione dello squilibrio: sia la sequenza negativa che quella zero attenuano la corrente neutra

● Elevata efficienza di filtraggio armonico > 98,4%

Funzioni principali del filtro armonico attivo

● Tempo di risposta rapido: inferiore a 5 ms

● Elevata stabilità – evita la risonanza grazie all'eliminazione automatica delle armoniche

● L'ampio intervallo di tensione e frequenza in ingresso si adatta ad ambienti elettrici difficili.

● Esente da sovraccarico grazie alla limitazione automatica della corrente in uscita

● Interfaccia HMI touchscreen da 7 o 10 pollici per la programmazione e il monitoraggio di vari parametri elettrici, di qualità dell'energia, allarmi e registri.

● Possibilità di funzionamento in parallelo: è possibile collegare in parallelo fino a 12 moduli.

● Applicazione flessibile: design modulare integrato in custodie standard o personalizzate

● Adattabilità ambientale: temperatura da 10 °C a 50 °C (senza riduzione di potenza)

● Installazione e manutenzione semplici: installazione plug-in dei moduli AHF per la sostituzione o l'espansione.

● Protezione hardware: protezione da sovratensione del bus V; protezione da sovratensione

● Protezione software: protezione da sovracorrente istantanea CA; protezione da sovracorrente reale CA; protezione da sovratensione V Bus; protezione da sovratensione CA; protezione da sottotensione CA; protezione da sovratemperatura;

Moduli per montaggio a rack e a parete

I moduli rack del filtro armonico attivo (AHF) di Intone Power si riferiscono a unità AHF progettate per essere installate in un rack o in un armadio. Questi moduli contengono in genere i componenti necessari, come l'elettronica di potenza, i circuiti di controllo e i sistemi di raffreddamento, per svolgere la funzione di compensazione della potenza reattiva. I moduli montati su rack sono comunemente utilizzati in applicazioni industriali, data center e impianti elettrici su larga scala dove sono necessarie più unità AHF.

moduli rack di filtro armonico attivo

I moduli AHF a parete sono progettati per l'installazione diretta su una parete o una superficie di montaggio. Si tratta di unità compatte che integrano i componenti necessari in un unico involucro, risultando adatte ad applicazioni di piccole dimensioni o a luoghi in cui lo spazio è limitato. I moduli AHF a parete sono comunemente utilizzati in edifici commerciali, uffici e piccoli impianti elettrici.

moduli a parete per filtro armonico attivo

I moduli Intone Power-AHF supportano: 15A, 25A, 30A, 50A, 75A, 100A, 125A, 150A, da 220V a 690V, sia per reti a 50Hz che a 60Hz.

Sia i moduli AHF montati a rack che quelli montati a parete assolvono alla stessa funzione di compensazione della potenza reattiva e stabilizzazione della tensione. La scelta tra i due dipende dai requisiti specifici dell'installazione, dallo spazio disponibile e da altri fattori quali le esigenze di scalabilità ed espandibilità.

Vantaggi del filtro armonico attivo

Qualità dell'energia migliorata

Il vantaggio più evidente dei filtri armonici attivi è il miglioramento della qualità dell'energia. Attenuando attivamente le armoniche e correggendo i fattori di potenza, questi filtri garantiscono un'alimentazione elettrica stabile e pulita. Ciò si traduce in una significativa riduzione della distorsione di tensione, minimizzando il rischio di malfunzionamenti delle apparecchiature e migliorando le prestazioni complessive dei dispositivi sensibili.

Efficienza energetica

I filtri armonici attivi possono contribuire a migliorare l'efficienza energetica in diversi modi. Riducendo la necessità di potenza reattiva dalla rete elettrica, diminuiscono le perdite di energia. Inoltre, consentono alle apparecchiature di funzionare in modo più efficiente mantenendo un fattore di potenza prossimo all'unità. Ciò si traduce in bollette energetiche più basse e in un minore impatto ambientale.

Vantaggi del filtro armonico attivo

Vantaggi del filtro armonico attivo

La presenza di armoniche può essere dannosa per le apparecchiature elettriche. Può causare surriscaldamento, riduzione della durata utile delle apparecchiature e, in alcuni casi, guasti catastrofici. I filtri armonici attivi svolgono un ruolo cruciale nella protezione delle apparecchiature da questi effetti dannosi, garantendo che le risorse dell'impianto rimangano in buone condizioni di funzionamento.

Conformità agli standard

Molti paesi e regioni hanno normative e standard rigorosi per garantire la qualità dell'energia. I filtri armonici attivi aiutano gli impianti a soddisfare questi requisiti controllando efficacemente il fattore di potenza e la distorsione armonica. La conformità non solo evita potenziali sanzioni, ma garantisce anche una fornitura di energia affidabile e stabile.

Risparmio sui costi

Sebbene l'installazione di filtri armonici attivi come gli SVG comporti un costo iniziale, il risparmio a lungo termine può essere considerevole. Bollette energetiche più basse, costi di manutenzione ridotti e una maggiore durata delle apparecchiature contribuiscono a un interessante ritorno sull'investimento.

Applicazioni tipiche dei filtri armonici attivi

I filtri armonici attivi trovano applicazione in una varietà di settori e impianti in cui la qualità e l'efficienza dell'energia sono fondamentali. Alcune applicazioni tipiche includono:

Impianti di produzione

Gli ambienti di produzione spesso presentano una moltitudine di carichi non lineari, come azionamenti a frequenza variabile, saldatrici e macchine CNC. È noto che questi carichi generano armoniche che possono causare problemi di qualità dell'energia. I filtri armonici attivi vengono impiegati per garantire una qualità dell'energia stabile, ridurre al minimo i tempi di inattività delle apparecchiature e ottimizzare il consumo energetico.

Filtro armonico attivo negli impianti di produzione

Centri dati

I data center sono estremamente sensibili alle perturbazioni della qualità dell'alimentazione. Qualsiasi interruzione nell'alimentazione può causare la perdita di dati e guasti di sistema. I filtri armonici attivi vengono utilizzati per proteggere dalle distorsioni di tensione e garantire il funzionamento continuo delle infrastrutture IT critiche.

Filtro armonico attivo nel data center

Edifici commerciali

Negli edifici commerciali sono presenti numerosi carichi, tra cui illuminazione, impianti di climatizzazione e ascensori, che possono causare problemi di qualità dell'energia. I filtri armonici attivi contribuiscono a mantenere la qualità dell'energia, a ridurre i costi energetici e a proteggere gli impianti dell'edificio.

Filtro armonico attivo nel sistema HVAC

Sistemi di energia rinnovabile

Con la crescente diffusione delle fonti di energia rinnovabile come quella solare ed eolica, i filtri armonici attivi svolgono un ruolo fondamentale nel garantire la qualità dell'energia generata e immessa nella rete. Contribuiscono a regolare la produzione di queste fonti di energia intermittenti, rendendole più affidabili ed efficienti.

Filtro armonico attivo nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici

Grandi impianti industriali

I grandi impianti industriali con un'ampia gamma di macchinari e processi spesso si trovano ad affrontare problemi legati alla qualità dell'energia. I filtri armonici attivi vengono utilizzati per gestire i fattori di potenza e attenuare le armoniche, con conseguente miglioramento dell'efficienza e protezione delle apparecchiature.

Filtro armonico attivo nei forni ad arco elettrico