همانطور که تاسیسات صنعتی به طور فزاینده ای به تجهیزات الکترونیکی قدرت وابسته می شوند, اعوجاج هارمونیک امروزه به یکی از رایجترین چالشهای کیفیت توان پیش روی مهندسان تبدیل شده است. درایوهای فرکانس متغیر (VFDS), اصلاح کننده, سیستم های UPS, کوره های القایی, شارژرهای EV, و اینورترهای انرژی تجدیدپذیر همگی هارمونیک ها را وارد سیستم های الکتریکی می کنند.
هارمونیک بیش از حد می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتور شود, خرابی خازن, سقوط مزاحم, کاهش طول عمر تجهیزات, و مسائل مربوط به انطباق ابزار. در نتیجه, انتخاب راه حل مناسب کاهش هارمونیک برای حفظ قابلیت اطمینان سیستم و بهره وری انرژی ضروری است.
از جمله پرکاربردترین راه حل ها هستند فیلترهای هارمونیک سه فاز وت فیلترهای هارمونیک فعال (APF). در حالی که هر دو فناوری برای کاهش اعوجاج هارمونیک طراحی شده اند, اصول عملکرد آنها, ویژگی های عملکرد, و سناریوهای برنامه به طور قابل توجهی متفاوت است.
به عنوان مهندس برق ارشد در CoEpower, اغلب مدیران تأسیسات و مهندسان مشاور از من سؤال می کنند:
“آیا باید یک فیلتر هارمونیک سه فاز سنتی نصب کنم یا یک فیلتر هارمونیک فعال؟?”
در این مقاله, من تفاوت های بین این دو فناوری را توضیح خواهم داد و به شما کمک می کنم تعیین کنید کدام راه حل برای امکانات شما مناسب تر است.
آشنایی با هارمونیک در سیستم های قدرت صنعتی
قبل از مقایسه فن آوری های فیلتر, مهم است که بفهمیم هارمونیک ها چیست.
در یک سیستم الکتریکی ایده آل, شکل موج ولتاژ و جریان، امواج سینوسی خالص هستند که در آن کار می کنند 50 هرتز یا 60 هرتز.
هر چند, بارهای غیرخطی به جای الگوهای سینوسی صاف، جریان را در پالس ها می کشند. این باعث ایجاد مولفه های فرکانس اضافی به نام هارمونیک می شود.
نظم هارمونیک رایج شامل:
- 3هارمونیک سوم (150 هرتز)
- 5هارمونیک ام (250 هرتز)
- 7هارمونیک ام (350 هرتز)
- 11هارمونیک ام (550 هرتز)
- 13هارمونیک ام (650 هرتز)
تجهیزات غیرخطی بیشتر نصب شده در یک مرکز, اعوجاج هارمونیک بیشتر است.
پیامدهای معمولی عبارتند از:
- گرمای بیش از حد ترانسفورماتور
- افزایش تلفات کابل
- خرابی بانک خازن
- لرزش موتور
- زوال فاکتور قدرت
- توقف تولید
- عدم رعایت IEEE 519 الزام
اینجاست که فیلترهای هارمونیک ضروری می شوند.
فیلتر هارمونیک سه فاز چیست؟?
فیلتر هارمونیک سه فاز, معمولاً به عنوان فیلتر هارمونیک غیرفعال شناخته می شود, یک دستگاه فیلتر کننده است که از سلف تشکیل شده است, خازن, و گاهی اوقات مقاومت.
برای ایجاد یک مسیر کم امپدانس برای فرکانس های هارمونیک خاص طراحی شده است, انحراف جریان های هارمونیک از سیستم قدرت.
چگونه کار می کند
فیلترهای غیر فعال برای هدف قرار دادن فرکانس های هارمونیک از پیش تعیین شده تنظیم شده اند.
به عنوان مثال:
- 5فیلتر هارمونیک ام
- 7فیلتر هارمونیک ام
- 11فیلتر هارمونیک ام
زمانی که جریان های هارمونیک در این فرکانس ها وجود داشته باشد, آنها به جای شبکه توزیع وارد فیلتر می شوند.
نتیجه کاهش اعوجاج هارمونیک در سراسر سیستم است.
مزایای فیلترهای هارمونیک سه فاز
هزینه اولیه کمتر
فیلترهای غیرفعال معمولاً هزینه کمتری نسبت به فیلترهای هارمونیک فعال برای همان درجه جریان دارند.
این باعث می شود آنها برای پروژه هایی با بودجه محدود جذاب باشند.
ساخت و ساز ساده
این فناوری برای چندین دهه مورد استفاده قرار گرفته است و عمدتاً از اجزای الکتریکی غیرفعال تشکیل شده است.
هیچ الگوریتم کنترل پیچیده ای مورد نیاز نیست.
برنامه های کاربردی با ظرفیت بالا
فیلترهای غیر فعال را می توان برای بارهای صنعتی بسیار بزرگ طراحی کرد که در آن فرکانس های هارمونیک قابل پیش بینی باقی می مانند.
جبران قدرت واکنشی
بسیاری از فیلترهای غیرفعال کاهش هارمونیک و اصلاح ضریب توان را به طور همزمان ارائه می دهند.
محدودیت های فیلترهای هارمونیک سه فاز
با وجود مزایای آنها, فیلترهای غیرفعال دارای چندین اشکال هستند.
جبران خسارت ثابت
فیلترهای غیرفعال فقط هارمونیک هایی را هدف قرار می دهند که به طور خاص برای آنها طراحی شده اند.
اگر مشخصات بار تغییر کند, ممکن است اثربخشی فیلتر کاهش یابد.
خطر رزونانس
یکی از مهم ترین نگرانی ها رزونانس هارمونیک است.
فیلترهای غیرفعال که به درستی طراحی نشده اند می توانند با شبکه برق طنین انداز شوند, در واقع تقویت هارمونیک ها به جای کاهش آنها.
کاهش انعطاف پذیری
تأسیسات صنعتی اغلب تولید را گسترش می دهند یا تجهیزات جدید را نصب می کنند.
فیلتر غیرفعال طراحی شده امروز ممکن است به اندازه کافی شرایط هارمونیک آینده را برطرف نکند.
پوشش هارمونیک محدود
اکثر فیلترهای غیرفعال فقط نظم های هارمونیک خاصی را هدف قرار می دهند.
هارمونیک های مرتبه بالاتر ممکن است درمان نشده باقی بمانند.
فیلتر هارمونیک فعال چیست (APF)?
فیلتر هارمونیک فعال یک دستگاه الکترونیک قدرت پیشرفته است که به صورت دینامیکی جریان های هارمونیک را اندازه گیری می کند و جریان های جبرانی برابر و مخالف را به سیستم تزریق می کند..
به جای جذب هارمونیک مانند فیلترهای غیرفعال, APF ها به طور فعال آنها را لغو می کنند.
این فناوری به طور گسترده ای پیشرفته ترین راه حل برای کاهش هارمونیک در سیستم های قدرت صنعتی مدرن در نظر گرفته می شود.
فیلترهای هارمونیک فعال چگونه کار می کنند
APF به طور مداوم شکل موج های فعلی را با استفاده از پردازنده های سیگنال دیجیتال پرسرعت نظارت می کند (DSP ها).
سیستم:
- اجزای هارمونیک را تشخیص می دهد
- الزامات جبران خسارت را محاسبه می کند
- جریان هارمونیک معکوس تولید می کند
- جریان های جبرانی را به شبکه تزریق می کند
هارمونیک های ناخواسته به طور موثر در زمان واقعی لغو می شوند.
این فرآیند در چند میلی ثانیه اتفاق می افتد.
با تغییر شرایط بار, APF به طور خودکار استراتژی جبران خود را تنظیم می کند.
مزایای فیلترهای هارمونیک فعال
جبران سازی هارمونیک پویا
برخلاف فیلترهای غیرفعال, APF ها فوراً با تغییر شرایط بار سازگار می شوند.
این باعث می شود آنها برای تاسیساتی با برنامه های تولید متغیر ایده آل باشند.
پوشش هارمونیک گسترده
یک APF می تواند به طور همزمان جبران کند:
- 2هارمونیک های nd تا 50
- هارمونیک های عجیب و غریب
- حتی هارمونیک
- بین هارمونیک
هیچ تنظیمی لازم نیست.
بدون خطر رزونانس
زیرا APF ها به مدارهای رزونانس LC متکی نیستند, آنها خطر تقویت هارمونیک را از بین می برند.
این به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد.
جبران قدرت واکنشی
APF های مدرن می توانند ارائه دهند:
- فیلترینگ هارمونیک
- جبران قدرت واکنشی
- تصحیح عامل قدرت
- تعادل بار
همه در یک دستگاه واحد.
مطابقت با IEEE 519
بسیاری از امکانات از APF برای دستیابی به انطباق با IEEE استفاده می کنند 519 استانداردهای هارمونیک و الزامات ابزار.
محدودیت های فیلترهای هارمونیک فعال
سرمایه گذاری اولیه بالاتر
APF ها معمولاً به سرمایه گذاری اولیه بیشتری نسبت به فیلترهای غیرفعال نیاز دارند.
هر چند, هزینه های چرخه عمر اغلب به دلیل بهبود کارایی و انعطاف پذیری کمتر است.
قطعات الکترونیکی
به عنوان دستگاه های الکترونیکی قدرت, APF ها حاوی IGBT هستند, کنترل کننده ها, و سیستم های خنک کننده که نیاز به نگهداری مناسب دارند.
برنامه ریزی ظرفیت
بارهای هارمونیک بسیار بزرگ ممکن است نیاز به چندین واحد APF داشته باشند که به صورت موازی کار می کنند.
مقایسه کنار هم
| نشان | فیلتر هارمونیک سه فاز | فیلتر هارمونیک فعال |
| فناوری | شبکه LC منفعل | الکترونیک قدرت |
| پوشش هارمونیک | هارمونیک های منتخب | طیف گسترده |
| جبران پویا | هیچ | بله |
| سازگاری بار | محدود | عالی |
| خطر رزونانس | بله | هیچ |
| جبران قدرت واکنشی | ممکن است | بله |
| سازگاری با گسترش آینده | محدود | عالی |
| نگهدار | کم | متوسط |
| هزینه اولیه | پایین تر | بالاتر |
| انعطاف پذیری بلند مدت | کم | عالی |
| IEEE 519 رعایت | متوسط | عالی |
کدام صنایع فیلترهای هارمونیک غیر فعال را ترجیح می دهند?
فیلترهای هارمونیک غیر فعال معمولاً در:
- کارخانه های سیمان
- کارخانه های فولاد
- تاسیسات معدنی
- تصفیه خانه های آب
- کاربردهای موتور بزرگ
این محیط ها اغلب دارای پروفیل های بار نسبتاً پایدار هستند که در آن ویژگی های هارمونیک قابل پیش بینی باقی می مانند.
کدام صنایع فیلترهای هارمونیک فعال را ترجیح می دهند?
در CoEpower, ما اغلب APF ها را برای:
- تولید نیمه هادی
- مراکز داده
- ساختمانهای تجاری
- بیمارستان
- ایستگاه های شارژ EV
- نیروگاه های خورشیدی
- سیستم های ذخیره انرژی باتری (BESS)
- تولید لوازم الکترونیکی
- تولید سیلیکون تک کریستالی
این کاربردها معمولاً شامل بارهای غیرخطی سریع در حال تغییر هستند که نیاز به جبران پویا دارند.
هزینه در مقابل عملکرد: تصمیم واقعی
بسیاری از خریداران فقط بر روی قیمت تجهیزات تمرکز می کنند.
هر چند, مهندسان مجرب ارزیابی می کنند:
- تلفات انرژی
- ریسک توقف تولید
- هزینه های نگهداری
- الزامات گسترش
- جریمه های سودمند
- طول عمر تجهیزات
در حالی که فیلترهای غیرفعال ممکن است هزینه های اولیه کمتری داشته باشند, APF ها اغلب به دلیل انعطاف پذیری و عملکرد برتر، ارزش طولانی مدت بیشتری را ارائه می دهند.
برای تأسیسات برنامه ریزی توسعه آینده یا بهره برداری از بارهای بسیار متغیر, فیلترهای هارمونیک فعال معمولاً انتخاب مقرون به صرفه تری در طول چرخه عمر تجهیزات هستند.
توصیه CoEpower
پس از اجرای پروژه های کاهش هارمونیک در سراسر تولید, انرژی های تجدید پذیر, و بخش های تجاری, تیم مهندسی ما روند واضحی را مشاهده کرده است.
برای تاسیسات صنعتی مدرن با بارهای غیرخطی متغیر, فیلترهای هارمونیک فعال بالاترین سطح بهبود کیفیت توان را ارائه می دهند, انعطاف پذیری عملیاتی, و آینده نگر.
فیلترهای هارمونیک غیرفعال یک راه حل مناسب برای محیط های بار پایدار و پروژه های حساس به بودجه باقی می ماند. هر چند, برای امکاناتی که هدفشان دستیابی به استانداردهای هارمونیک دقیق است, به حداکثر رساندن قابلیت اطمینان تجهیزات, و از رشد آینده حمایت کند, APF ها اغلب فناوری ترجیحی هستند.
پایان
هم فیلترهای هارمونیک سه فاز و هم فیلترهای هارمونیک فعال نقش مهمی در کاهش هارمونیک دارند. بهترین راه حل به مشخصات بار تاسیسات شما بستگی دارد, سطوح هارمونیک, برنامه های توسعه, و اهداف کیفیت توان.
a را انتخاب کنید فیلتر هارمونیک سه فاز اگر:
- منابع هارمونیک قابل پیش بینی هستند
- شرایط بار پایدار است
- بودجه دغدغه اصلی است
یک را انتخاب کنید فیلتر هارمونیک فعال (APF) اگر:
- شرایط هارمونیک اغلب تغییر می کند
- عملکرد فیلترینگ بالا مورد نیاز است
- IEEE 519 رعایت مهم است
- توسعه سیستم در آینده انتظار می رود
در CoEpower, ما به مشتریان کمک می کنیم تا داده های کیفیت توان را تجزیه و تحلیل کنند و مقرون به صرفه ترین راه حل کاهش هارمونیک را بر اساس شرایط عملیاتی واقعی انتخاب کنند..
اگر مرکز شما THD بیش از حد را تجربه می کند, خرابی خازن, گرمای بیش از حد ترانسفورماتور, یا ضریب توان ضعیف, تیم مهندسی ما می تواند یک تحلیل هارمونیک سفارشی و راه حل فیلتر متناسب با نیازهای شما ارائه دهد.
برچسب ها：
فیلتر هارمونیک سه فاز, فیلتر هارمونیک فعال, APF, کاهش هارمونیک, فیلتر هارمونیک در مقابل APF, هارمونیک های صنعتی, راه حل های کیفیت قدرت, فیلتر هارمونیک منفعل, فیلتر برق فعال, تصحیح عامل قدرت, کاهش اعوجاج هارمونیک, فیلتر هارمونیک الکتریکی, کیفیت برق صنعتی, CoEpower APF, IEEE 519 رعایت, تهیه کننده, تولید کنندگان, کارخانه, شرکت, چین, عمده, خرید کردن, قیمت, نقل قول, انبوه, برای فروش, شرکت, انبار, هزینه.
