Introdução
Em sistemas elétricos modernos, o uso crescente de cargas não lineares, como unidades de frequência variável (Vfds), comutação de fontes de alimentação, e inversores de energia renovável - levou à proliferação de distorções harmônicas. Esses harmônicos podem degradar a qualidade da energia, causar mau funcionamento do equipamento, e aumentar as perdas de energia. Os filtros harmônicos são componentes essenciais projetados para mitigar essas distorções, garantindo a operação eficiente e confiável do sistema de energia.
- Compreendendo Harmônicos em Sistemas Elétricos
1.1 Definição de Harmônicos
Harmônicos são formas de onda de tensão ou corrente com frequências que são múltiplos inteiros da frequência fundamental do sistema de energia. (tipicamente 50 Hz ou 60 Hz). Eles são gerados por cargas não lineares que consomem corrente em pulsos abruptos, em vez de ondas suavemente senoidais..
1.2 Fontes de Harmônicos
Fontes comuns de harmônicos incluem:
Dispositivos eletrônicos de potência (Por exemplo, retificadores, inversores, Vfds)
Fontes de alimentação ininterruptas (UPS)
Sistemas de iluminação LED e fluorescente
Fornos de arco e máquinas de solda
Sistemas de energia renovável (inversores solares/eólicos)
A principal ordem de distorção harmônica é 5/7 Distorção de corrente harmônica, e a forma de onda atual apresenta uma típica forma de onda de duas cabeças. Antes do tratamento do equipamento, a taxa de distorção harmônica total do sistema atingiu 35.8%. Após o tratamento do equipamento, a taxa de distorção harmônica total do sistema caiu para cerca de 5%, a forma de onda voltou ao normal, e ao mesmo tempo, cada harmônico diminuiu significativamente.1.3 Efeitos dos Harmônicos
Distorções harmônicas podem levar a:
Superaquecimento de transformadores e motores, reduzindo sua vida útil
Falhas no banco de capacitores devido a condições de ressonância
Aumento das perdas de energia em sistemas de distribuição
Interferência com sistemas de comunicação
Mau funcionamento de equipamentos eletrônicos sensíveis
Para mitigar esses problemas, filtros harmônicos são empregados.
2. Finalidade dos filtros harmônicos
O objetivo principal dos filtros harmônicos é reduzir a distorção harmônica em redes elétricas, bloqueando ou absorvendo correntes harmônicas.. Os principais objetivos incluem:
Melhorar a qualidade da energia mantendo formas de onda de tensão e corrente próximas de senoidais.
Prevenção de danos ao equipamento causados por aquecimento harmônico excessivo.
Melhorando a eficiência do sistema reduzindo perdas.
Cumprindo os padrões de qualidade de energia (Por exemplo, IEEE 519, CEI 61000-3-6).
3.2 Filtros harmônicos ativos (AHF)
Filtros ativos usam eletrônica de potência (IGBTS, Controladores DSP) para injetar correntes contra-harmônicas que cancelam distorções. Eles se adaptam dinamicamente a cargas harmônicas variadas.
Vantagens:
Altamente eficaz para uma ampla gama de harmônicos.
Compensação adaptativa em tempo real.
Sem problemas de ressonância.
Desvantagens:
Maior custo inicial.
Requer uma fonte de alimentação e circuitos de controle complexos.
4. Princípio de funcionamento dos filtros harmônicos
4.1 Operação de filtro passivo
Um filtro passivo é projetado para fornecer um caminho de baixa impedância para harmônicos específicos. Por exemplo, um filtro de 5ª harmônica usa um circuito LC sintonizado para 250 Hz (para 50 Sistemas Hz). Harmônicos nesta frequência são desviados, impedindo-os de entrar na rede.
4.2 Operação de filtro ativo
Um filtro harmônico ativo monitora continuamente a corrente de carga usando sensores. Um processador de sinal digital (DSP) analisa harmônicos e gera correntes inversas, que são injetados de volta no sistema para cancelar distorções.
O equipamento fonte harmônica gera correntes harmônicas de diversas ordens. Depois que o APF mede a corrente harmônica, ele controla a saída do interruptor IGBT para ser oposta à sua direção, e a corrente harmônica de igual magnitude é compensada. Depois que a corrente passa pelo ponto de acesso APF, pode ser restaurado para puro
5. Aplicações de filtros harmônicos
Filtros harmônicos são amplamente utilizados em indústrias com alta poluição harmônica, incluindo:
Plantas industriais (com VFDs e grandes acionamentos de motor)
Data centers (equipamentos de TI sensíveis)
Sistemas de energia renovável (parques solares/eólicos)
Hospitais e laboratórios (requisitos críticos de qualidade de energia)
Edifícios comerciais (Iluminação LED e sistemas HVAC)
Projeto de renovação do estaleiro Zhenjiang
Hospital Popular de Xangai Pudong
Companhia de Energia Térmica de Xi'an
Aeroporto de Jinan
Chery (Hordas) Parque Industrial de Veículos Conectados Inteligentes de Nova Energia
Base de Treinamento e Pesquisa em Saúde Pública do Sul de Sichuan
Projeto de pilha de carregamento do estacionamento Korla
