Filtracja THD Prądu: Metody i Wyzwania
- Szczegóły
W większości problemów technicznych związanych z wytwarzaniem, przesyłem i użytkowaniem energii elektrycznej zakłada się, że mamy do czynienia z liniowymi obwodami elektrycznymi. Wśród odbiorników energii coraz częściej spotkać można odbiorniki dokształcające sinusoidalne przebiegi prądu i napięcia. Są to tak zwane odbiorniki nieliniowe, do których możemy zaliczyć wszystkie odbiorniki, które nie są czysto rezystancyjne. Nieliniowe odbiorniki prowadzą do powstawania harmonicznych prądów i napięcia. Harmoniczne są jednym z najstarszych zaburzeń systemów energoelektronicznych.
Źródła i Charakterystyka Harmonicznych
Pojęcie harmonicznych wywodzi się z akustyki, gdzie odnoszone są do drgań struny. Odbiornik nieliniowy generuje odkształcony prąd harmoniczny. Ów prąd powoduje spadek napięcia na transformatorze i indukuje w ten sposób odkształcone napięcie, które zasila wszystkie odbiorniki w układzie. Wielkością określającą zniekształcenie napięcia lub prądu przez obecność wyższych harmonicznych jest tzw. współczynnik THD (z angielskiego Total Harmonic Distortion). Jako górną granice sumowania przyjmuje się przeważnie n = 50 (pięćdziesiąta harmoniczna ).
W rozważanych obwodach mogą się pojawić również tzw. zerowe 3K+3 - harmoniczne rzędu 3,6,9,12 …. Powszechnie występującym obciążeniem nieliniowym jest prostownik 6 - pulsowy, typowo spotykany w przekształtnikach napędowych. Prostowniki n pulsowe, generują harmoniczne rzędu k(n+/-1). Dla prostownika 6 - pulsowego będą to 5, 7, 11 i 13 harmoniczna prądu. Dla prostownika 12 -pulsowego będą to harmoniczne rzędu 11, 13, 23, 25. W ostateczności otrzymujemy zniekształcony przebieg sinusoidalny, którego amplituda może być o kilkadziesiąt procent większa od składowej podstawowej. Składowa podstawowa wynosiła 70,7A. Suma prądów harmonicznych wynosi: 30,8A.
Wpływ Harmonicznych na Systemy Elektryczne
Harmoniczne prądu wymuszają na odbiornikach przepływ zwiększonej energii elektrycznej. Prowadzi to do nadmiernego nagrzewania się instalacji. Bezstopniowe regulatory prędkości obrotowej silników, np. Wzrost temperatury ze względu na dodatkowe straty mocy. Powstawanie momentów harmonicznych wpływa to na pulsację momentu. Układy te są niewrażliwe na THD wynoszące do max. 20%. THD powoduje duże straty mocy. Powoduje to znaczny ubytek mocy transformatora, kable zasilające oraz zabezpieczenia poddawane są dodatkowym wpływom cieplnym, co powoduje konieczność ich przewymiarowania. Harmoniczne dodatkowo nagrzewają i wpływają destrukcyjnie na baterie kondensatorów (dodatkowa moc wydzielana na nich).
Metody Filtracji Harmonicznych
Najprostszą i najtańszą metodą jest zastosowanie dławika indukcyjnego, który zmienia impedancję sieci w pewnym zakresie. W przypadku układu napędowego przekształtnika, dławik wejściowy lub wbudowany w obwód DC limitują harmoniczne prądu do poziomu około 30-40% w zależności od wielkości obciążenia. Użycie prostownika 12 pulsowego możliwe jest przy podłączeniu układu do dwóch transformatorów (jeden połączony w gwiazdę, drugi w trójkąt). Limitacja harmonicznych do poziomu 12%.
Przeczytaj także: Naturalne metody filtracji
Filtry Pasywne
Na rynku dostępne są również rozwiązania filtracji pasywnej. Są to typowe filtry LCL, których parametry elektryczne zostały dobrane na odpowiedni punkt pracy napędu (filtracja <8% przy założeniu, że obciążenie jest większe niż 80%). Jest to jednak rozwiązanie niepewne, wprowadzające dodatkowe oscylacje do układu. Filtry LCL z reguły są bardzo duże i drogie. Odchodzi się od tego typu rozwiązań.
Filtry Aktywne
Najlepszym i najpewniejszym rozwiązaniem jest użycie filtru aktywnego, który potrafi dynamicznie odpowiadać na zapotrzebowanie oraz w szybki sposób kompensuje harmoniczne prądu i napięcia. Filtry cyfrowe ADF ANIRO przeznaczone są dla wszystkich instalacji, obiektów, gdzie występują problemy z jakością energii elektrycznej w ogóle.
Gdybyśmy żyli w idealnym świecie, większość z nas oczekiwałaby, by nasz sprzęt działał jak w reklamie, sprawnie i bezproblemowo i ładnie przy tym się prezentował. Łatwo sobie również wyobrazić napięcie i prąd - widzimy go jako idealne przebiegi sinusoidalne narysowane na kartce lub na ekranie monitora. Okrutna prawda jest jednak taka, iż energia w dowolnej sieci jest zwykle niedoskonała, wadliwa, obarczona błędami zgodnie z naturalnymi prawami energii elektrycznej, ale również na skutek oddziaływania sprzętu będącego częścią systemu. Efekt? Większość z Państwa doświadczyła na pewno niespodziewanych, nienaturalnych awarii urządzeń, żarówek. Większość też pewnie doświadczyła abstrakcyjnie wysokich rachunków za energię elektryczną. Perfekcyjnym rozwiązaniem, które jest w stanie kompleksowo zadbać o jakość energii elektrycznej są filtry aktywne ADF Aniro.
Filtr aktywny działa na zasadzie słuchawek aktywnych. Słuchawki posiadają wbudowany mikrofon, który zbiera szum z otoczenia.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
tags: #filtracja #THD #prądu #metody
