アクティブ高調波フィルタが高調波を除去し、静止型無効電力発電機が力率を改善する仕組み

導入

現代の産業施設は、可変周波数ドライブなどの非線形電気機器に大きく依存しています。 (VFDS), サーボモーター, UPSシステム, ロボット生産ライン, EV充電器, 溶接機, および再生可能エネルギーシステム. これらのテクノロジーは効率と自動化を大幅に改善しますが、, また、深刻な電力品質の問題も引き起こします.

上級電気技師として 共同作家, 同じような質問をするお客様によく遭遇します:

“インストールしたほうがいいでしょうかアクティブハーモニックフィルターまたは静的 VAR ジェネレーター?”

答えは、施設で発生している電気の問題によって異なります.

多くのエンジニアは、高調波と低力率が同じ問題であると誤解しています。. そうではありません. どちらも電気システムの効率を低下させますが、, それらはさまざまな原因から生じており、さまざまな解決策が必要です.

この記事では, 説明します:

高調波とは何か
なぜ力率不良が起こるのか
アクティブ高調波フィルターが高調波を除去する仕組み
静止型無効電力発電機が力率を改善する仕組み
多くの産業プラントが両方のデバイスを一緒に設置することで恩恵を受ける理由

これらのテクノロジーは最新の電力品質管理の基礎を形成し、工場の効率向上に役立ちます。, ダウンタイムを削減する, 貴重な電気資産を保護します.

高調波と力率について

適切なソリューションを選択する前に, これら 2 つの一般的な電気的問題の違いを理解することが重要です.

高調波とは?

理想的な電力システムでは, 電流は完全な正弦波として流れるはずです.

しかし, 非線形荷重 - を含む:

可変周波数ドライブ (VFDS)
UPSシステム
サーボドライブ
整流器
インバータ
EV充電器

電流をスムーズにではなくパルス的に引き込む.

これらのパルスは元の正弦波を歪ませる高調波電流を生成します。.

一般的な高調波次数には次のものがあります。:

3rd
5th
7th
11th
13th

過剰な高調波は次の原因となる可能性があります。:

変圧器の過熱
ケーブルの過熱
コンデンサバンクの故障
モーターの振動
PLCの故障
迷惑ブレーカーのトリップ
エネルギー損失の増加
機器の寿命の低下

悪い力率とは何ですか?

力率は電力がどの程度効率的に使用されるかを測定します.

モーターや変圧器などの誘導負荷が無効電力を消費する場合, 電流は電圧よりも遅れます.

電力会社は、同じ量の有効電力を供給するために、より多くの電流を供給する必要があります.

結果には以下が含まれます:

商用力率ペナルティ
より高いトランス負荷
ケーブル損失の増加
電圧の不安定性
システム容量の減少

高調波とは異なります, 力率の低下は波形歪みではなく主に無効電力が原因です.

したがって, 1 つの問題を解決しても、他の問題も自動的に解決されるわけではありません.

アクティブ高調波フィルターが高調波を除去する仕組み

an アクティブハーモニックフィルター (AHF) 電気ネットワークから高調波電流を除去するように特別に設計されています.

特定の高調波周波数のみをターゲットとするパッシブフィルターとは異なります。, 最新の AHF システムは電力システムを継続的に監視し、変化する高調波成分を動的に補償します。.

ステップ 1: 高調波電流の検出

変流器は負荷電流を継続的に測定します.

デジタル信号プロセッサ (DSP) 波形をリアルタイムに解析して分離:

基本波電流
高調波電流

ステップ 2: 補償電流の計算

コントローラーは、非線形負荷によって生成される正確な高調波電流を即座に決定します。.

等しい電流を計算します。 180 度ずれた位相.

ステップ 3: 逆の高調波を注入する

高速IGBTインバータ技術を採用, アクティブ高調波フィルターは逆の高調波電流を電気システムに注入します。.

これらの逆電流は不要な高調波を打ち消します.

結果は:

オリジナルハーモニック + 逆の高調波 = ほぼゼロの高調波

このプロセスはリアルタイムで継続的に発生します, 負荷条件の変化に応じてフィルターが即座に適応できるようにする. 最新の AHF システムは、次の時間以内に応答できます。 1 MS, 急速に変化する産業環境に最適です.

アクティブ高調波フィルターの利点

アクティブ高調波フィルターを取り付けると多くの利点が得られます:

全高調波歪みを大幅に低減 (thd)
トランスの過熱を防ぎます
コンデンサバンクを保護
モーターの寿命を延ばします
ケーブル損失を軽減します
機器の信頼性を向上
迷惑旅行の防止
IEEEに適合 519 および IEC 高調波要件
システム全体の効率が向上します

AHF は、製造工場などの非線形負荷が集中する施設で特に価値があります。, データセンター, 病院, および再生可能エネルギーの設置.

静止型無効化発電機が力率を改善する方法

アクティブ高調波フィルターが波形歪みを除去しながら, 静的 VAR ジェネレーター (SVG) 無効電力補償に重点を置く.

SVG は、動的力率補正に使用できる最も先進的なテクノロジーの 1 つと考えられています。.

ステップ 1: 無効電力の監視

変流器は負荷電流を継続的に測定します.

DSP が計算する:

有効電力
無効電力
力率

ステップ 2: 逆無効電流の生成

コンデンサバンクのオン/オフを切り替える代わりに, SVG は高速 IGBT インバーターを使用します.

必要な量の無効電流を正確に生成します。.

SVG は次のいずれかを行うことができます:

容量性無効電力を供給する
誘導無効電力を吸収

システム要件に応じて.

ステップ 3: 目標力率を維持する

SVG は出力を継続的に調整して、望ましい力率を維持します。.

一般的な目標値は次のとおりです。:

0.95
0.98
0.99

従来のコンデンサバンクとは異なり, SVG は、次のような無段階の補償を提供します。 -1 に +1, 過剰補償と過小補償の両方を回避する. 彼らはまた、それよりも短い時間で応答します 10 MS, 急速に変動する負荷に適しています.

静的 VAR ジェネレーターの利点

適切なサイズの SVG が提供できるのは、:

力率改善最大 0.99
公共料金の違約金が安くなる
無効電流の低減
電圧安定性の向上
トランス損失の低減
システム容量の増加
エネルギー効率の向上
負荷が急激に変化しても安定した動作

SVG は次のような業界で非常に優れたパフォーマンスを発揮します。:

製鉄所
マイニング
データセンター
再生可能エネルギー
溶接ワークショップ
港湾施設
半導体製造
水処理プラント

アクティブ高調波フィルタ vs. 静的varジェネレーター

特徴	アクティブハーモニックフィルター (AHF)	静的varジェネレーター (SVG)
一次機能	高調波除去	反応性電力補償
メインターゲット	高調波歪み	力率が悪い
テクノロジー	IGBTインバータ	IGBTインバータ
応答速度	<1 MS	<10 MS
高調波の低減	素晴らしい	限定的な高調波緩和
力率補正	良い	素晴らしい
電圧の安定性	適度	素晴らしい
動的補償	はい	はい
最適な用途	VFDS, UPS, 非線形負荷	誘導負荷および変動負荷

多くの施設で AHF と SVG の両方が必要な理由

多くの産業顧客は、1 つのデバイスを導入すれば電力品質の問題はすべて解決されると考えています。.

実際には:

高調波と無効電力は同時に存在することがよくあります.
高調波を除去しても力率は完全に補正されない.
力率を改善しても高調波は除去されない.

以下の設備を備えた最新の製造施設を考えてみましょう。:

40 VFDS
CNCマシン
ロボット溶接システム
UPSユニット
コンプレッサー
大型誘導電動機

この施設で体験できる可能性があるのは、:

高調波歪み
低い力率
電圧変動
三相アンバランス

SVG のみを設置すると力率は改善されますが、高調波歪みは解決されません。.

AHF のみを設置すると高調波は減少しますが、力率の低さによって引き起こされる電力会社のペナルティは排除されない可能性があります。.

両方のテクノロジーを併用することで、全高調波歪みを同時に低減する包括的なソリューションが提供されます。 (thd), 力率を約まで改善 0.99, 安定化電圧, 電気損失の低減, 保護装置, システム全体の信頼性を向上させます. CoEpower の AHF および SVG ソリューションは、要求の厳しい産業アプリケーション向けにシームレスに連携するように設計されています.

代表的な用途

CoEpower アクティブ高調波フィルタと静的 VAR ジェネレータは、以下の分野で広く使用されています。:

製造工場
自動車生産
製鉄所
セメント工場
採掘作業
油 & ガス設備
データセンター
病院
商業ビル
再生可能エネルギーシステム
EV充電ステーション
上下水処理プラント
空港
鉄道輸送
海洋および海洋プラットフォーム

結論

電力品質は効率を維持する上で重要な要素となっています, 信頼性のある, コスト効率の高い産業運営. 施設がより非線形な負荷と高度な自動化を採用するにつれて, 高調波や力率の低下などの問題がますます一般的になってきています.

アクティブ高調波フィルターと静的変数ジェネレーターはそれぞれ、これらの課題の異なる側面に対処します。:

アクティブハーモニックフィルター 等しい逆向きの高調波電流を注入することで高調波歪みを除去します。, THDを低減し、電気機器を保護する.
静的 VAR ジェネレーター 無効電力を動的に補償する, 力率の改善, 安定化電圧, 公共料金の罰金の軽減.

AHF と SVG を競合するテクノロジーとして見るのではなく, それらは補完的なソリューションとして見なされるべきです. 多くの産業環境で, 両方を組み合わせることで最高レベルの電力品質が得られます, エネルギー効率を最大化する, 機器の寿命を延ばす, 信頼性の高い動作を保証する.

で 共同作家, 当社は、電力品質エンジニアリングにおける約 20 年にわたる専門知識を活用して、世界中の業界向けにカスタマイズされた AHF および SVG ソリューションを提供しています。. 目的が高調波抑制であるかどうか, 力率補正, または完全な電力品質のアップグレード, 当社のエンジニアリングチームは、お客様の電気システムに最適なソリューションの設計をお手伝いします。.

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