- Kas yra harmonika elektros sistemoje?
- Kodėl būtina pašalinti harmoniką energijos sistemoje?
- Harmonikos filtrų tipas
- Pasyvūs harmoniniai filtrai
- Aktyvūs harmoniniai filtrai
- Kaip pasirinkti harmoninius filtrus
Kas yra harmonika elektros sistemoje?
Maitinimo sistemose harmonikos yra apibrėžiamos kaip teigiami pagrindinio dažnio sveikojo skaičiaus kartotiniai. Harmonika yra įtampa arba srovė, atsirandanti pagrindinio dažnio kartotiniu. Jis dažnai laikomas triukšmu elektros linijoje.
Elektros sistemos harmonikus galima suskirstyti į du tipus: srovės harmoniką ir įtampos harmoniką.
Į srovės harmonikos sukelta netiesinės apkrovos, pavyzdžiui, dažnio keitiklius (kintamo greičio pavaros). Netiesinės apkrovos ima srovę iš elektros linijos, kuri nėra tobulos sinusinės bangos formos. Nonsinusoidal srovės bangos forma gali būti sudėtinga paprasto sinusoido serija, kuri gali svyruoti sveikojo skaičiaus daugikliu elektros linijos pagrindinio dažnio.
Daugeliu atvejų įtampos harmonikas sukelia dabartinės harmonikos. Įtampos harmonika atsiranda dėl iškreiptos įtampos, kurią sukelia srovės harmonikų poveikis su šaltinio varža.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta nelaimingos srovės bangos forma esant netiesinei apkrovai. Čia iškreipta srovės bangos forma nėra sekanti sinusinės bangos. Tai rodo dabartines elektros sistemos harmonikas.
Kodėl būtina pašalinti harmoniką energijos sistemoje?
Srovės ir įtampos harmonikos yra tiesiogiai proporcingos triukšmingam galios perdavimui į apkrovą. Įvairi buitinė ir biuro įranga yra atsakinga už elektros sistemos harmoniką. Elektros sistemos harmonikos dažnai padidina apkrovos srovę. Įvairūs instrumentai, pavyzdžiui, fluorescencinės lempos gamyklose, namuose ar biure, yra veikiami harmonikų ir kenčia nuo įvairių sutrikimų. Varikliai yra labai paveikti elektros energijos harmonikų.
Kartais elektros sistemų harmonikos gali būti labai pavojingos ir padidinti prietaisams tiekiamą galią, dėl kurios padidėja apkrovos temperatūra ir gali sutrumpėti prietaiso tarnavimo laikas.
Norint įveikti šią elektros sistemos harmoniką, reikia rekonstruoti maitinimo jungtį, kad būtų galima vairuoti netiesines apkrovas, ir į elektros sistemą įdiegti harmonikų filtrus.
Harmonikos filtrų tipas
Harmonikos filtrai yra labai veiksmingi, kad apsaugotų brangią elektros įrangą nuo iškraipytų galios išvesties dėl harmonikų. Elektros ir elektronikos rinkoje yra įvairių tipų harmonikų filtrų, priklausančių nuo vardinės galios, naudojamos įtampos, vienos fazės ar trijų fazių ir kitų nuo apkrovos priklausančių parametrų.
Tačiau yra du pagrindiniai tipai harmonikų filtrai, kuria yra Pasyvus harmonikų filtrais ir aktyvus Lieknas filtras.
Pagrindinis šių dviejų harmoninių filtrų tipų skirtumas yra komponentai, naudojami filtrui projektuoti. Pasyviuose harmoniniuose filtruose naudojami paprasti pasyvūs komponentai, daugiausia rezistoriai, induktoriai ir kondensatoriai. Kadangi aktyvūs harmonikų filtrais naudoti aktyvių komponentų, tokių kaip įvairių rūšių BJT, IGBTs, MOSFETs ir integrinių grandynų.
Kadangi harmonikų filtrai yra elektros linijų saugos įranga, jie turi patvirtinti tarptautinius saugos standartus, pvz., IEEE, EN, AS, BS ir draudėjų laboratorijų UL ženklą.
Be to, harmonikų filtrai gali būti suprojektuoti skirtingomis tvarka. Kaip ir trečios eilės harmoniniai filtrai gali filtruoti dažnį, kuris yra trečiasis pagrindinio dažnio kartotinis.
Pasyvūs harmoniniai filtrai
Pasyvieji harmoniniai filtrai yra labiausiai paplitę ir lengvai prieinami harmoniniai filtrai. Tai yra prieinamas filtras, skirtas slopinti harmoninius elektros linijos trikdžius.
Kaip jau buvo aptarta anksčiau, pasyviuose harmoniniuose filtruose naudojami standartiniai pasyvūs komponentai, tokie kaip rezistorių induktoriai ir kondensatoriai. Tie pasyvūs komponentai naudojami rezervuaro grandinei formuoti. Bako grandinė sukurta specialiu būdu, kad ją būtų galima valdyti tuo pačiu rezonanso dažniu nepageidaujamų harmonikų atžvilgiu. Pasyvieji harmonikos filtrai blokuoja nepageidaujamus harmonikus. Pasyvusis harmoninis filtras paverčia harmoninę srovę šiluma ir apsaugo galinį įtaisą ar apkrovą. Filtrą galima sureguliuoti tam tikru dažniu, kurį reikia pašalinti kaip harmoniką.
Daugiausia naudojami pasyviųjų harmoninių filtrų tipai:
1. Aukšto dažnio filtras
2. Bandpass filtras
3. C tipo filtras ir
4. Serijos filtras.
Aukšto dažnio filtras
Aukštojo dažnio pasyvieji harmoniniai filtrai naudojami siekiant panaikinti aukštesnio lygio harmonikas ir lanksčiai valdyti platų dažnių diapazoną. Pagrindiniame aukšto dažnio harmoninių filtrų projekte naudojami trys pasyvūs komponentai, rezistorius, kondensatorius ir induktorius.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje galime pamatyti pagrindinę pasyvaus aukšto pralaidumo harmonikos filtro konstrukciją. Konstrukcija parodo rezistorių, o induktorius yra lygiagrečiai sujungtas kondensatorius nuosekliai. Filtras sukuria plokščią impedanso charakteristiką aukšto dažnio diapazone. Aukštas dažnis sumažina energijos nuostolius.
Tai filtrų tipas yra dažniausiai naudojamas filtravimo 5 -ąjį / 6-arba aukštesnio lygmens srovę. Dažnai skirtingi filtrai yra derinami su aukšto dažnio harmoniniais filtrais, kad būtų išvengta galios nuostolių, kai jie naudojami žemos tvarkos ar žemo dažnio programose.
Varžos kreivę su dažniu galima parodyti žemiau esančiame paveikslėlyje.
Bandpass filtras
„Bandpass“ harmoninis filtras yra dvigubai sureguliuotas filtras. Bandpass harmonikos filtras susideda iš dviejų kondensatorių, dviejų ričių, ir vieno rezistoriaus. Jis taip pat naudojamas aukšto lygio harmoniniam filtravimui. Šis filtras veikia derinant lygiagretų standartinio dažnių juostos filtro rezonansą kartu su nuosekliu induktoriaus ir kondensatoriaus rezonansu.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta pagrindinė dažnių juostos filtro schema. Filtras grandinė susideda iš dviejų dalių, į pirmą dalį kondensatorius C2 ir induktoriaus L2, sujungtų nuosekliai kadangi antrosios dalies rezistorius, indukcinės, ir kondensatorius yra sujungti lygiagrečiai. Pirmoji ir antroji dalys taip pat yra sujungtos nuosekliai.
Varžos charakteristikos su dažniu gali būti parodytos žemiau pateiktame grafike.
C tipo filtras
C tipo filtras naudojamas žemos eilės, pavyzdžiui, antros ar trečios eilės harmoninių filtrų tikslais. C tipo filtrų nuostoliai yra mažesni nei lygiaverčio dažnių juostos ar serijinio filtro.
C tipo filtrus sudaro 4 pasyvūs komponentai - du kondensatoriai, induktorius ir vienas rezistorius.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta pagrindinė c tipo filtro konstrukcija. Kondensatorius yra prijungtas nuosekliai su induktoriumi, kuris vėl sujungtas lygiagrečiai su rezistoriumi. Trijų komponentų lygiagretus sujungimas vėl sujungiamas nuosekliai su antruoju kondensatoriumi.
Rezistorius slopina pagrindinę srovę, kurią sukuria svyruojantis induktorius ir kondensatorius.
Varžos kreivė parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.
Serijos filtras
Nuoseklus filtras vadinamas pasyviu harmoniniu slopintuvu. Šis filtras turi paprasčiausias konstrukcines savybes. Nuosekliai naudojami tik trys pasyvūs komponentai - vienas kondensatorius, induktorius ir rezistorius. Šis filtras pašalina vieną dažnį.
Šio filtro konstrukciją galima parodyti žemiau esančiame paveikslėlyje, kur 3 pasyvūs komponentai yra nuosekliai sujungti, kad būtų sudarytas vienos sureguliuotos serijos harmoninis filtras.
Varžos charakteristika parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje -
Aktyvūs harmoniniai filtrai
Kaip jau buvo aptarta anksčiau, pasyviųjų harmonikų filtrai yra geri, kad pašalintų elektros linijoje susijusias harmonikas. Tačiau pasyviųjų harmoninių filtrų konstrukcija yra tikrai sudėtinga, todėl projektuotojas turi suprojektuoti pasyviuosius harmoninius filtrus atsižvelgdamas į apkrovos reaktyviosios galios reikalavimus. Tokiu atveju pasyviojo filtro konstrukcija yra labai sunki, todėl tam tikromis apkrovos sąlygomis galios koeficientas veikia blogai.
Šiuo atveju aktyvieji filtrai geriau valdo elektros linijos harmonikas be pagrindinio dažnio reaktyviosios galios priklausomybės.
Aktyvių harmonikų filtrai naudoja puikų metodą, kai filtrai naudoja pačių pagamintus harmoninius komponentus ir įpurškia juos į maitinimo liniją, kuri panaikina nepageidaujamas harmonikas.
Yra įvairių tipų aktyvių filtrų, kurie naudoja skirtingas topologijas, kad pašalintų harmoniką elektros linijoje.
Dažniausiai naudojant aktyvius harmoninius filtrus naudojami šie pagrindiniai dalykai, pvz
1. Įtampos šaltinio keitiklis, naudojant įvairius maitinimo jungiklius
2. Imties ir valdymo nuoroda iš elektros linijos
3. PWM sistema, kuri įterpia PWM šaudymo impulsą į sistemą kaip harmoniką.
„Active Harmonic“ filtras naudoja kitokio tipo puslaidininkinius jungiklius, kuriems veikti reikia energijos.
Kaip pasirinkti harmoninius filtrus
Nustatyti tobulą harmoninį filtrą yra gana keblu. Reikia nustatyti harmoninį dažnį, kuriuo reikia sureguliuoti filtrus. Kai kuriais atvejais filtro operacija neatitinka tikslo vien dėl neteisingo derinimo tam tikru pagrindiniu dažniu, kai nėra harmonikų.
Pirmas svarbus žingsnis yra nustatyti harmoniją tvarka ir priklausomai nuo harmonikų kad filtras turi būti pasirinkti. Norėdami pašalinti vieno dažnio harmoninių iškraipymų serijas, harmoniniai filtrai yra veiksmingi, tačiau kai kuriais atvejais reikia naudoti dvigubo derinimo harmonikų filtrus.
Taip pat reikia kompensuoti nuostolius filtruose, kurie labai priklauso nuo filtro pasirinkimo. Kartais esant netiesinėms apkrovoms reikalingi aktyvūs ir pasyvūs abiejų tipų harmoniniai filtrai.