Активный гармонический фильтр Ultra AHF на основе МОП-транзистора из карбида кремния (SiC)

Что такое гармоники?

Гармоники — это дополнительные частоты, присутствующие в электрической системе и являющиеся кратными основной частоте. В идеальной энергосистеме основная частота обычно составляет 50 или 60 Гц, в зависимости от региона. Однако из-за наличия нелинейных нагрузок и других возмущений в систему могут вноситься гармоники.

Гармоники от нелинейных нагрузок

Нелинейные нагрузки, такие как силовые электронные устройства (например, выпрямители, инверторы, преобразователи частоты), могут вызывать искажения формы тока, приводящие к возникновению гармонических токов. Эти гармонические токи содержат частоты, являющиеся целыми кратными основной частоте. Например, вторая гармоника вдвое превышает основную частоту, третья гармоника втрое превышает основную частоту и так далее.

Каковы эффекты гармоник?

Гармоники — это частотные составляющие, являющиеся целыми кратными основной частоте в электрической системе. В энергосистемах гармоники могут возникать из-за нелинейных нагрузок, таких как силовые электронные устройства, преобразователи частоты и некоторые виды освещения. Эти нелинейные нагрузки генерируют несинусоидальные токовые сигналы, что приводит к гармоническим искажениям в напряжениях и токах энергосистемы.

Ниже перечислены наиболее распространенные устройства, генерирующие гармоники: импульсные источники питания, сварочные аппараты, ИБП, старые частотные преобразователи с тиристорной технологией, электроприводы, преобразователи с управляемыми выпрямителями, контроллеры постоянного тока для приводов постоянного тока, индукционные печи.

Наиболее распространенные устройства, генерирующие гармоники от нелинейных нагрузок.

Каковы эффекты гармоник?

Влияние гармоник можно разделить на несколько категорий:

● Перегрев оборудования: Гармонические токи, протекающие через трансформаторы, кабели и другие компоненты, могут вызывать повышенный нагрев из-за дополнительных потерь, связанных с гармониками. Это может привести к сокращению срока службы оборудования, увеличению затрат на техническое обслуживание и даже к его выходу из строя.

● Искажение тока и напряжения: Гармонические токи могут вызывать искажение напряжения, приводящее к искажению формы сигнала напряжения питания. Это может повлиять на чувствительное электронное оборудование, вызывая сбои в работе и увеличение количества ошибок. Гармонические токи также могут протекать через нейтральный проводник, вызывая искажение тока в нейтральном проводнике и дополнительный нагрев нейтрального проводника.

● Резонанс: Гармоники могут взаимодействовать с импедансом системы и создавать условия резонанса, при которых отклик системы на определенные частоты усиливается. Резонанс может привести к увеличению искажений напряжения и тока, повреждению оборудования и нестабильности системы.

● Ухудшение качества электроэнергии: Гармоники могут приводить к ухудшению качества электроэнергии, включая снижение коэффициента мощности, увеличение суммарного коэффициента гармонических искажений (THD) и нарушение симметрии формы волны. Эти проблемы могут привести к увеличению потерь энергии, снижению эффективности системы и увеличению затрат на электроэнергию.

● Помехи: Гармоники могут вызывать электромагнитные помехи (ЭМП) в системах связи, влияя на работу чувствительного оборудования, такого как телекоммуникационные системы, аудио/видеосистемы и сети передачи данных.

Для снижения воздействия гармоник можно предпринять различные меры, включая использование гармонических фильтров, проектирование и эксплуатацию энергосистем с низким уровнем гармонических искажений, а также соблюдение соответствующих стандартов и руководств по контролю гармоник.

Размеры

Активный гармонический фильтр Intone Power-AHF

Активный гармонический фильтр Intone Power AHF — это идеальное и комплексное решение проблем качества электроэнергии в сети, таких как гармоники, реактивная мощность и дисбаланс трехфазной нагрузки. Фильтр Intone Power AHF, подключенный параллельно электросети, способен своевременно обнаруживать гармонические волны в сети, генерировать компенсационный ток обратной фазы через преобразователь и динамически фильтровать гармонические волны в сети.

Активные гармонические фильтры Intone Power-AHF — это статическое силовое электронное устройство, использующее цифровую логику и полупроводники IGBT для синтеза формы тока, которая подается в электрическую сеть для подавления гармонических токов, вызванных нелинейными нагрузками. В AHF используются трансформаторы тока для измерения тока нагрузки и определения содержания присутствующих гармонических токов. Работа AHF не зависит от различных форм нагрузки и структуры энергосети. Фильтр не создает гармонических колебаний в системе, обеспечивая тем самым идеальное управление гармониками при различных нагрузках.

Внутренняя топологическая структура активного гармонического фильтра

Система AHF также способна корректировать низкий коэффициент мощности (DPF) и балансировать сетевой ток. Коррекция DPF может применяться как для опережающих (емкостных), так и для отстающих (индуктивных) нагрузок, вызывающих низкий DPF. Балансировка сетевого тока достигается путем измерения тока отрицательной последовательности и подачи обратного тока отрицательной последовательности для балансировки тока в вышестоящей сети. В то же время, система Intone Power-AHF имеет функцию контроля дисбаланса трехфазного тока нагрузки, что позволяет комплексно решать различные проблемы качества электроэнергии в сети.

основные функции

● Сочетание метода БПФ и теории мгновенной мощности

● Многофункциональность – сочетание подавления гармоник, коррекции коэффициента мощности (как индуктивной, так и емкостной) и компенсации дисбаланса.

● Широкий диапазон гармонической фильтрации: от гармоник 2-го до 51-го порядка

● Превосходная коррекция дисбаланса: подавление как отрицательной, так и нулевой последовательности, снижение тока в нейтральном проводнике.

● Высокая эффективность фильтрации гармоник: > 98,4%

Основные функции активного гармонического фильтра

● Быстрое время отклика: менее 5 мс

● Высокая стабильность – предотвращение резонанса благодаря автоматическому подавлению гармоник.

● Широкий диапазон входного напряжения и частоты позволяет адаптировать устройство к суровым электрическим условиям.

● Защита от перегрузки благодаря автоматическому ограничению тока на выходе

● 7- или 10-дюймовый сенсорный экран HMI для программирования и мониторинга различных электрических параметров, параметров качества электроэнергии, сигналов тревоги и журналов событий.

● Возможность параллельного подключения: можно подключить 12 модулей параллельно.

● Гибкое применение: модульная конструкция, встроенная в стандартные или изготовленные на заказ корпуса.

● Адаптивность к условиям окружающей среды: температура от 10°C до 50°C (без снижения характеристик)

● Простота установки и обслуживания – Возможность установки модулей AHF по принципу "подключи и работай" для замены или расширения функционала.

● Аппаратная защита: защита от перенапряжения шины V; защита от перенапряжения

● Программная защита: защита от мгновенной перегрузки по току переменного тока; защита от реальной перегрузки по току переменного тока; защита от перенапряжения шины V; защита от перенапряжения переменного тока; защита от пониженного напряжения переменного тока; защита от перегрева;

Модули для монтажа в стойку и на стену.

Стойковые модули активных гармонических фильтров Intone Power — это блоки AHF, предназначенные для установки в стойку или шкаф. Эти модули обычно содержат необходимые компоненты, такие как силовая электроника, схемы управления и системы охлаждения, для выполнения функции компенсации реактивной мощности. Стойковые модули широко используются в промышленных приложениях, центрах обработки данных и крупных электромонтажных установках, где требуется несколько блоков AHF.

стоечные модули активного гармонического фильтра

Настенные модули активного гармонического фильтра предназначены для установки непосредственно на стену или монтажную поверхность. Это компактные устройства, объединяющие необходимые компоненты в одном корпусе, что делает их подходящими для небольших помещений или мест с ограниченным пространством. Настенные модули АГФ широко используются в коммерческих зданиях, офисах и небольших электроустановках.

Настенные модули активного гармонического фильтра

Модули Intone Power-AHF поддерживают следующие параметры тока: 15A, 25A, 30A, 50A, 75A, 100A, 125A, 150A, напряжение от 220 В до 690 В, как для сетей 50 Гц, так и для сетей 60 Гц.

Как стоечные, так и настенные модули AHF выполняют одну и ту же функцию — компенсацию реактивной мощности и стабилизацию напряжения. Выбор между ними зависит от конкретных требований к установке, доступного пространства и других факторов, таких как масштабируемость и возможность расширения.

Преимущества активного гармонического фильтра

Улучшенное качество электроэнергии

Наиболее очевидным преимуществом активных гармонических фильтров является улучшение качества электроэнергии. Активно подавляя гармоники и корректируя коэффициенты мощности, эти фильтры обеспечивают стабильность и чистоту электропитания. Это приводит к значительному снижению искажений напряжения, минимизации риска неисправностей оборудования и улучшению общей производительности чувствительных устройств.

Энергоэффективность

Активные гармонические фильтры могут способствовать повышению энергоэффективности несколькими способами. Снижая потребность в реактивной мощности от энергоснабжающей компании, они уменьшают потери энергии. Кроме того, они позволяют оборудованию работать более эффективно, поддерживая коэффициент мощности, близкий к единице. Это приводит к снижению счетов за электроэнергию и уменьшению воздействия на окружающую среду.

Преимущества активного гармонического фильтра

Преимущества активного гармонического фильтра

Наличие гармоник может нанести вред электрооборудованию. Это может привести к перегреву, сокращению срока службы оборудования и, в некоторых случаях, к катастрофическим отказам. Активные фильтры гармоник играют решающую роль в защите оборудования от этих вредных воздействий, обеспечивая поддержание активов предприятия в исправном состоянии.

Соответствие стандартам

Во многих странах и регионах действуют строгие правила и стандарты, обеспечивающие качество электроэнергии. Активные гармонические фильтры помогают предприятиям соответствовать этим требованиям, эффективно контролируя коэффициент мощности и гармонические искажения. Соблюдение этих требований не только позволяет избежать потенциальных штрафов, но и гарантирует надежное и стабильное электроснабжение.

Экономия средств

Хотя установка активных гармонических фильтров, таких как SVG, сопряжена с первоначальными затратами, долгосрочная экономия может быть существенной. Снижение счетов за электроэнергию, уменьшение затрат на техническое обслуживание и увеличение срока службы оборудования — все это способствует убедительной окупаемости инвестиций.

Типичные области применения активных гармонических фильтров

Активные гармонические фильтры находят применение в различных отраслях промышленности и на предприятиях, где качество электроэнергии и эффективность имеют решающее значение. К типичным областям применения относятся:

Производственные мощности

В производственных условиях часто присутствует множество нелинейных нагрузок, таких как преобразователи частоты, сварочные аппараты и станки с ЧПУ. Известно, что эти нагрузки создают гармоники, которые могут приводить к проблемам с качеством электроэнергии. Активные фильтры гармоник используются для обеспечения стабильного качества электроэнергии, минимизации простоев оборудования и оптимизации энергопотребления.

Активный фильтр гармоник на производственных предприятиях

Центры обработки данных

Центры обработки данных крайне чувствительны к нарушениям качества электропитания. Любое нарушение электроснабжения может привести к потере данных и сбоям в работе системы. Активные гармонические фильтры используются для защиты от искажений напряжения и обеспечения непрерывной работы критически важной ИТ-инфраструктуры.

Активный гармонический фильтр в центре обработки данных

Коммерческие здания

В коммерческих зданиях имеется множество нагрузок, включая освещение, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также лифты, которые могут вызывать проблемы с качеством электроэнергии. Активные гармонические фильтры помогают поддерживать качество электроэнергии, снижать затраты на электроэнергию и защищать инженерные системы здания.

Активный гармонический фильтр в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Возобновляемые энергетические системы

По мере распространения возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, активные гармонические фильтры играют жизненно важную роль в обеспечении качества вырабатываемой и подаваемой в сеть электроэнергии. Они помогают регулировать выходную мощность этих непостоянных источников энергии, делая их более надежными и эффективными.

Активный гармонический фильтр на зарядной станции для электромобилей

Крупные промышленные предприятия

Крупные промышленные предприятия с широким спектром оборудования и технологических процессов часто сталкиваются с проблемами, связанными с качеством электроэнергии. Активные гармонические фильтры используются для управления коэффициентом мощности и снижения гармоник, что приводит к повышению эффективности и защите оборудования.

Активный гармонический фильтр в электродуговых печах