Aktywny filtr harmonicznych MOSFET z węglika krzemu (SiC) Ultra AHF

Czym są harmoniczne?

Harmoniczne odnoszą się do dodatkowych częstotliwości występujących w systemie elektrycznym, które są wielokrotnościami częstotliwości podstawowej. W idealnym systemie elektroenergetycznym częstotliwość podstawowa wynosi zazwyczaj 50 lub 60 Hz, w zależności od regionu. Jednakże, ze względu na obecność obciążeń nieliniowych i innych zakłóceń, do systemu mogą zostać wprowadzone harmoniczne.

Harmoniczne z obciążeń nieliniowych

Obciążenia liniowe, takie jak urządzenia energoelektroniczne (np. prostowniki, falowniki, przemienniki częstotliwości), mogą powodować zniekształcenia przebiegu prądu, co prowadzi do powstawania prądów harmonicznych. Prądy harmoniczne charakteryzują się częstotliwościami będącymi całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej. Na przykład, druga harmoniczna jest dwukrotnie wyższa od częstotliwości podstawowej, trzecia harmoniczna jest trzykrotnie wyższa od częstotliwości podstawowej itd.

Jakie są skutki harmonicznych?

Harmoniczne to składowe częstotliwości, które są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej w systemie elektroenergetycznym. W systemach elektroenergetycznych harmoniczne mogą być generowane przez obciążenia nieliniowe, takie jak urządzenia energoelektroniczne, napędy o zmiennej prędkości i niektóre rodzaje oświetlenia. Te nieliniowe obciążenia generują niesinusoidalne przebiegi prądu, co powoduje zniekształcenia harmoniczne w przebiegach napięcia i prądu w systemie elektroenergetycznym.

Poniżej wymieniono najczęściej występujące urządzenia generujące harmoniczne: zasilacze impulsowe, spawarki, UPS-y, stare przetwornice częstotliwości z technologią tyrystorowych przetwornic mocy, napędy silników, przetwornice z prostownikami sterowanymi, sterowniki DC do napędów DC, piece indukcyjne.

Najczęściej występujące urządzenia generujące harmoniczne z obciążeń nieliniowych

Jakie są skutki harmonicznych?

Skutki oddziaływania harmonicznych można podzielić na kilka obszarów:

● Przegrzanie urządzeń: Prądy harmoniczne przepływające przez transformatory, kable i inne komponenty mogą powodować zwiększone nagrzewanie się z powodu dodatkowych strat związanych z harmonicznymi. Może to prowadzić do skrócenia żywotności urządzeń, wzrostu kosztów konserwacji, a nawet awarii.

● Zniekształcenia prądu i napięcia: Prądy harmoniczne mogą powodować zniekształcenia napięcia, prowadząc do zniekształcenia przebiegu napięcia zasilania. Może to mieć wpływ na czuły sprzęt elektroniczny, powodując awarie i wzrost liczby błędów. Prądy harmoniczne mogą również przepływać przez przewód neutralny, powodując zniekształcenia prądu neutralnego i dodatkowe nagrzewanie się przewodu neutralnego.

● Rezonans: Harmoniczne mogą oddziaływać na impedancję systemu i tworzyć warunki rezonansu, w których reakcja systemu na określone częstotliwości ulega wzmocnieniu. Rezonans może prowadzić do wzrostu zniekształceń napięcia i prądu, uszkodzenia sprzętu oraz niestabilności systemu.

● Pogorszenie jakości energii elektrycznej: Harmoniczne mogą prowadzić do niskiej jakości energii elektrycznej, w tym obniżenia współczynnika mocy, wzrostu całkowitego zniekształcenia harmonicznego (THD) i zniekształcenia symetrii przebiegu. Problemy te mogą prowadzić do zwiększonych strat energii, obniżenia sprawności systemu i wzrostu kosztów energii elektrycznej.

● Zakłócenia: Harmoniczne mogą powodować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) w systemach komunikacyjnych, wpływając na działanie wrażliwego sprzętu, takiego jak systemy telekomunikacyjne, systemy audio/wideo i sieci danych.

Aby złagodzić wpływ harmonicznych, można podjąć różne środki, w tym stosować filtry harmoniczne, projektować i obsługiwać systemy elektroenergetyczne o niskim poziomie zniekształceń harmonicznych oraz przestrzegać odpowiednich norm i wytycznych dotyczących kontroli harmonicznych.

Wymiary

Intone Power-AHF Aktywny Filtr Harmoniczny

Aktywny filtr harmonicznych Intone Power AHF to idealne i kompleksowe rozwiązanie problemów z jakością zasilania w sieci elektroenergetycznej, takich jak moc bierna harmoniczna i asymetria obciążenia trójfazowego. Filtr AHF Intone Power, podłączony równolegle do sieci elektroenergetycznej, może wykrywać falę harmoniczną w sieci, generować prąd kompensacji fazy wstecznej przez przetwornicę i dynamicznie filtrować falę harmoniczną w sieci elektroenergetycznej.

Aktywne filtry harmoniczne Intone Power-AHF to statyczne produkty elektroniki mocy, które wykorzystują logikę cyfrową i półprzewodniki IGBT do syntezy przebiegu prądowego, który jest wprowadzany do sieci elektrycznej w celu eliminacji prądów harmonicznych generowanych przez obciążenia nieliniowe. Filtry AHF wykorzystują przekładniki prądowe do pomiaru prądu obciążenia i określania zawartości obecnych harmonicznych. Na działanie filtrów AHF nie wpływają zróżnicowane formy obciążenia ani struktury sieci elektroenergetycznej. Filtry nie generują również oscylacji harmonicznych, co pozwala na doskonałą kontrolę harmonicznych przy zróżnicowanych obciążeniach.

Struktura topologii wewnętrznej aktywnego filtra harmonicznego

Układy AHF umożliwiają również korektę niskiego współczynnika mocy przesunięcia fazowego (DPF) oraz równoważenie prądu sieciowego. Korekcja DPF może być realizowana zarówno dla obciążeń wyprzedzających (pojemnościowych), jak i opóźnionych (indukcyjnych), które powodują niski współczynnik DPF. Równoważenie prądu sieciowego odbywa się poprzez pomiar prądu składowej przeciwnej i wprowadzenie prądu składowej przeciwnej w celu zrównoważenia prądu w sieci odbiorczej. Intone Power-AHF kontroluje asymetrię prądu obciążenia trójfazowego, kompleksowo rozwiązując różne problemy związane z jakością energii w sieci elektroenergetycznej.

Główne funkcje

● Połączenie metody FFT i teorii mocy chwilowej

● Wielofunkcyjny – połączenie redukcji harmonicznych, korekcji współczynnika mocy (zarówno indukcyjnej, jak i pojemnościowej) oraz kompensacji asymetrii

● Szeroki zakres filtrowania harmonicznych: od 2. do 51. rzędu harmonicznych

● Doskonała korekcja nierównowagi: zarówno sekwencje ujemne, jak i zerowe, łagodzą prąd neutralny

● Wysoka skuteczność filtrowania harmonicznych > 98,4%

Główne funkcje aktywnego filtra harmonicznego

● Szybki czas reakcji: poniżej 5 ms

● Wysoka stabilność – unikanie rezonansu dzięki automatycznej eliminacji harmonicznych

● Szeroki zakres napięcia wejściowego i częstotliwości umożliwia dostosowanie do trudnych warunków elektrycznych.

● Brak przeciążeń dzięki automatycznemu ograniczeniu prądu wyjściowego

● 7-calowy lub 10-calowy ekran dotykowy HMI do programowania i monitorowania różnych parametrów elektrycznych, parametrów PQ, alarmów i rejestrów

● Dostępna praca w trybie równoległym: można połączyć równolegle 12 modułów

● Elastyczne zastosowanie: Modułowa konstrukcja osadzona w standardowych lub niestandardowych obudowach

● Możliwość dostosowania do warunków środowiskowych: temperatura od 10°C do 50°C (bez obniżania parametrów znamionowych)

● Łatwa instalacja i konserwacja – instalacja wtykowa modułów AHF w celu wymiany lub rozbudowy

● Ochrona sprzętowa: Zabezpieczenie przed przepięciem magistrali V; Zabezpieczenie przed przepięciem

● Ochrona oprogramowania: zabezpieczenie nadprądowe AC natychmiastowe, zabezpieczenie nadprądowe AC rzeczywiste, zabezpieczenie nadnapięciowe V Bus, zabezpieczenie nadnapięciowe AC, zabezpieczenie podnapięciowe AC, zabezpieczenie przed przegrzaniem;

Moduły montowane w szafie i na ścianie

Moduły rackowe Intone Power Active Harmonic Filter to jednostki AHF przeznaczone do montażu w szafie rack lub szafie. Moduły te zazwyczaj zawierają niezbędne komponenty, takie jak elektronika mocy, obwody sterujące i systemy chłodzenia, umożliwiające kompensację mocy biernej. Moduły montowane w szafie rack są powszechnie stosowane w zastosowaniach przemysłowych, centrach danych i dużych instalacjach elektrycznych, gdzie wymagane jest zastosowanie wielu jednostek AHF.

moduły rackowe aktywnego filtra harmonicznego

Moduły AHF do montażu naściennego są przeznaczone do montażu bezpośrednio na ścianie lub powierzchni montażowej. To kompaktowe urządzenia, które integrują niezbędne komponenty w jednej obudowie, dzięki czemu nadają się do mniejszych zastosowań lub lokalizacji o ograniczonej przestrzeni. Moduły AHF do montażu naściennego są powszechnie stosowane w budynkach komercyjnych, biurach i mniejszych instalacjach elektrycznych.

moduły ścienne z aktywnym filtrem harmonicznym

Moduły Intone Power-AHF obsługują: 15A, 25A, 30A, 50A, 75A, 100A, 125A, 150A, od 220 V do 690 V, zarówno dla sieci 50 Hz, jak i 60 Hz.

Zarówno moduły AHF montowane w szafie, jak i na ścianie, służą temu samemu celowi: kompensacji mocy biernej i stabilizacji napięcia. Wybór między nimi zależy od konkretnych wymagań instalacji, dostępnej przestrzeni oraz innych czynników, takich jak skalowalność i możliwości rozbudowy.

Korzyści z aktywnego filtra harmonicznego

Poprawiona jakość zasilania

Najbardziej oczywistą zaletą aktywnych filtrów harmonicznych jest poprawa jakości zasilania. Aktywnie redukując harmoniczne i korygując współczynniki mocy, filtry te zapewniają stabilność i czystość zasilania. Efektem jest znaczna redukcja zniekształceń napięcia, minimalizacja ryzyka awarii urządzeń i poprawa ogólnej wydajności wrażliwych urządzeń.

Efektywność energetyczna

Aktywne filtry harmonicznych mogą pomóc poprawić efektywność energetyczną na kilka sposobów. Zmniejszając zapotrzebowanie na moc bierną z sieci, redukują straty energii. Dodatkowo, umożliwiają wydajniejszą pracę urządzeń poprzez utrzymanie współczynnika mocy bliskiego jedności. Przekłada się to na niższe rachunki za energię i mniejszy wpływ na środowisko.

Korzyści z aktywnego filtra harmonicznego

Korzyści z aktywnego filtra harmonicznego

Obecność harmonicznych może mieć negatywny wpływ na urządzenia elektryczne. Może prowadzić do przegrzania, skrócenia żywotności urządzeń, a w niektórych przypadkach do katastrofalnej awarii. Aktywne filtry harmonicznych odgrywają kluczową rolę w ochronie urządzeń przed tymi szkodliwymi skutkami, zapewniając, że zasoby obiektu pozostaną w dobrym stanie technicznym.

Zgodność ze standardami

W wielu krajach i regionach obowiązują surowe przepisy i normy mające na celu zapewnienie jakości energii. Aktywne filtry harmonicznych pomagają obiektom spełnić te wymagania, skutecznie kontrolując współczynnik mocy i zniekształcenia harmoniczne. Zgodność z przepisami nie tylko pozwala uniknąć potencjalnych kar, ale także zapewnia niezawodne i stabilne zasilanie.

Oszczędności kosztów

Chociaż instalacja aktywnych filtrów harmonicznych, takich jak SVG, wiąże się z początkowymi kosztami, długoterminowe oszczędności mogą być znaczne. Niższe rachunki za energię, niższe koszty konserwacji i dłuższa żywotność urządzeń przyczyniają się do atrakcyjnego zwrotu z inwestycji.

Typowe zastosowania aktywnych filtrów harmonicznych

Aktywne filtry harmonicznych znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu i obiektach, gdzie jakość i wydajność zasilania mają kluczowe znaczenie. Niektóre typowe zastosowania obejmują:

Obiekty produkcyjne

W środowiskach produkcyjnych często występuje wiele obciążeń nieliniowych, takich jak przemienniki częstotliwości, spawarki i maszyny CNC. Odbiorniki te są znane z generowania harmonicznych, które mogą prowadzić do problemów z jakością zasilania. Aktywne filtry harmonicznych są stosowane w celu zapewnienia stabilnej jakości zasilania, minimalizacji przestojów urządzeń i optymalizacji zużycia energii.

Aktywny filtr harmonicznych w zakładach produkcyjnych

Centra danych

Centra danych są bardzo wrażliwe na zakłócenia jakości zasilania. Każde zakłócenie zasilania może prowadzić do utraty danych i awarii systemów. Aktywne filtry harmonicznych służą do ochrony przed zniekształceniami napięcia i zapewnienia ciągłości działania krytycznej infrastruktury IT.

Aktywny filtr harmoniczny w centrum danych

Budynki komercyjne

W budynkach komercyjnych występuje wiele obciążeń, w tym oświetlenie, systemy HVAC i windy, które mogą powodować problemy z jakością energii. Aktywne filtry harmonicznych pomagają utrzymać jakość energii, obniżyć jej koszty i chronić systemy budynkowe.

Aktywny filtr harmoniczny w systemie HVAC

Systemy energii odnawialnej

Wraz ze wzrostem popularności odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, aktywne filtry harmonicznych odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu jakości energii wytwarzanej i przesyłanej do sieci. Pomagają regulować moc wyjściową tych nieregularnych źródeł energii, zwiększając ich niezawodność i wydajność.

Aktywny filtr harmonicznych w stacji ładowania pojazdów elektrycznych

Duże zakłady przemysłowe

Duże zakłady przemysłowe, dysponujące szeroką gamą maszyn i procesów, często borykają się z wyzwaniami związanymi z jakością energii elektrycznej. Aktywne filtry harmonicznych służą do zarządzania współczynnikami mocy i redukcji harmonicznych, co przekłada się na poprawę wydajności i ochronę urządzeń.

Aktywny filtr harmonicznych w piecach łukowych