Фильтр высших гармоник что это

Рис. АФКУ последовательной (слева) и поперечной (шунтирующие) компенсации (справа).

Поэтому в подавляющем большинстве случаев экономически выгодно:

— «глушить» гармоники прямо возле генерирующей их нагрузки (или группы нагрузок), что снижает мощность АФКУ и локализует «токи-противотоки» на небольшом участке, освобождая силовую сеть выше места подключения от гармонических искажений;

— настраивать АФКУ на работу не со всем возможным спектром искажающих частот, а только с интенсивными гармониками.

Т.е. желательно исключить гармоники малозначимые по амплитуде и/или частоте (не влияющие на передачу по сети управляющих сигналов), но суммарно «оттягивающие» на себя часть мощности АФКУ.

И вот здесь важно решить вопрос стоит ли тратить очень дорогую мощность АФКУ на:

• гармоники первых порядков (3, 5, 7, 9, 11), которые в принципе можно блокировать дополнительно установленным недорогим пассивным фильтром (дросселем или индуктивно-емкостным);
• компенсацию реактивной мощности на фундаментальной частоте, с чем может справиться недорогая (в сравнении с блоком АФКУ) установка УКРМ или тиристорная УКРМТ.
  Справка: На практике использование АФКУ для «гашения» реактивных токов (или реактивной мощности) оправдано, если:
• компенсируется группа оборудования, сбрасывающего в сеть реактивные токи только емкостного, или и индуктивного, и емкостного характера, т.е. здесь установки с конденсаторными батареями просто неприменимы;
• нагрузка так быстро меняет свои вольтамперные характеристики (ВАХ), что даже быстродействующая УКРМТ с тиристорными ключами не успевает среагировать на изменения и в сети постоянно дежурят» реактивные токи или емкостного (при перекомпенсации) или индуктивного (при недокомпенсации) характера;
• производственно-технологических процесс не допускает даже малейших колебаний напряжения, фликера, бросков тока и пр. негативов, обусловленных недо- или перекомпенсацией реактивной мощности и характерных для УКРМ, УКРМТ с батареями-ступенями фиксированной емкости.

Физическая аналогия работы активного фильтра на участке силовой сети.

Условно работу активного фильтра на участке силовой сети можно сравнить с организацией выращивания эко продуктов (овощей, зелени) в масштабах большого разнопланового фермерского хозяйства. Использование органических удобрений, современных технологий и оборудования для культивации и т.д. (аналог современного оборудования с нелинейными ВАХ) создает отличные условия для выращивания растений (аналог производственно-технологического процесса) и, попутно для жизнедеятельности вредителей, паразитов, сорняков, болезнетворных микроорганизмов и пр. (аналог гармоники).

Масштабное использование пестицидов недопустимо и поэтому приходится бороться с вредителями практически вручную и локально, а для этого нанимать штат сотрудников (АФКУ) непосредственно для этого участка, причем можно:

• нанять большое количество людей для борьбы со всеми типовыми вредителями в регионе (выбор АФКУ по мощности нагрузки), но это дорого и вряд ли целесообразно, поскольку на конкретном участке земли в конкретных условиях действительно опасными для определенного типа растений могут быть только некоторые виды вредителей;
• проанализировать наличие действительных угроз для конкретного участка, растений, условий и исходя из этого укомплектовать штат полевых рабочих (выбор АФКУ по данным измерений и спектрального анализа сети на наличие и интенсивность гармоник);
• уменьшить штат сотрудников, если типовые угрозы для жизни растений (полевые мыши, птицы, листоеды и т.д. – аналог гармоники первых порядков) превентивно устранить другими агротехническими или организационными мероприятиями (ранневесеннее культивирование, посадка рядом с участком более «вкусных» растений с последующей обработкой, акустические, ультразвуковые отпугиватели и пр. – аналог пассивные фильтры гармоник).

Т.е. в идеале нужно определить какие угрозы действительно нанесут вред определенной культуре на конкретном участке и под их устранение нанимать людей, которым под силу любые работы (собирать жуков, гусениц, локально обрызгивать растения, рыхлить почву) так же, как и АФКУ в плане генерации противотоков на любых превентивно заданных частотах.

Силовые фильтры высших гармоник (широкополосные), ТОО «УККЗ»

Силовые фильтры высших гармоник производства ТОО «УККЗ» служат для компенсации реактивной мощности и уменьшения искажений кривой питающего напряжения.

Принцип действия

Фильтры гармоник представляют собой набор резонансных контуров. Они значительно уменьшают возникающие под действием нелинейной нагрузки несинусоидальные искажения. Немаловажным фактором эффективности устройства является его способность генерировать реактивную мощность на основной частоте.

Резонансная частота задается рабочими параметрами фильтрового реактора, который, также как и конденсаторы, входит в состав силовой части устройства.

Виды и особенности

Продукция Усть-Каменогорского конденсаторного завода отвечает всем требованиям современным стандартов качества и максимально соответствует современным реалиям. Воспользовавшись каталогом нашего сайта, Вы можете заказать изготовление силовых широкополосных фильтров высших гармоник в нужном Вам исполнении. Мы предлагаем две основные разновидности устройств:

• в шкафном исполнении;
• в блочном исполнении.

Устройства в шкафном исполнении более компактны, оснащены по умолчанию степенью защиты IP21. Они состоят ячеек ввода, конденсаторных ячеек, реакторных ячеек. Ячейки ввода оборудованы вводным аппаратом и аппаратурой РЗиА. Количество конденсаторных ячеек варьируется в зависимости от модификации фильтра. Реакторные ячейки предназначены для размещения реакторов фильтровых, оснащенных металлическими сердечниками.

Устройства в блочном исполнении отличаются упрощенной конструкцией силовой части фильтра, уровень защиты – IP00. Реакторы фильтровые, а также конденсаторы расположены на специально сконструированной площадке открытого типа.

Преимущества использования силовых фильтров высших гармоник

Силовые фильтры высших гармоник улучшают коэффициент мощности, значительно снижая уровень высших гармонических искажений. Уменьшение потерь, вызванных процессами передачи и распределения электроэнергии, улучшают качественные показатели электроэнергии, повышают надежность энергетической системы объекта. Благодаря этим уникальным эксплуатационным характеристикам, уже после первых недель применения устройства дают видимый экономический эффект, который складывается из следующих факторов:

• уменьшаются расходы на обслуживание станков и оборудования;
• уменьшаются расходы, связанные с заменой и ремонтом станков и оборудования;
• уменьшается потребление электроэнергии на объекте;
• электроснабжение становится надежным и бесперебойным, то есть повышается его качество и надежность;
• минимизируется риск штрафных санкций, предусмотренных за недостаточно высокий коэффициент мощности.

Фильтры высших гармоник комплектуются конденсаторами типа КЭПФ, которые соединяются по схемам «звезда» или «двойная звезда», защищенными микропроцессорным устройством защиты конденсаторов.

Габаритные размеры*, мм max

Проблема высших гармоник: фильтр высших гармоник

Гармоники в силовых системах возникают при работе любых устройств с нелинейными рабочими характеристиками. При использовании оборудования, которое может генерировать гармоники, или при наличии проблем, связанных с гармониками в сети, решением может быть применение конденсаторных установок с фильтрами высших гармоник. Токи высших гармоник могут быть причиной нарушений в работе сетей энергоснабжения, а также неблагоприятно сказываться на работе электрооборудования, в том числе на конденсаторной установке для коррекции коэффициента мощности.

Проблемы, создаваемые гармониками:

1. перегрев и повреждение конденсаторов, плавких предохранителей, трансформаторов, электродвигателей, балластов люминесцентных осветительных приборов и т.д.;
2. ложные срабатывания автоматических выключателей или перегорание предохранителей;
3. наличие 3-й гармоники и гармоник, кратных трем, в системах с заземлённой нейтралью может потребовать увеличения сечения нулевых проводников;
4. помехи приводят к сбоям в работе компонентов систем управления;
5. повреждение чувствительного электронного оборудования;
6. помехи в линиях связи.

Источники гармоник можно разделить на 3 основные группы:

1. силовые электронные устройства: различные приводы (частотно-регулируемые приводы переменного тока, приводы постоянного тока, приводы с ШИМ и т.д.), системы бесперебойного питания, выпрямители, импульсные источники питания, статические преобразователи, тиристорные системы, диодные мосты, индукционные печи и другие системы с тиристорным управлением;
2. оборудование, использующее электрическую дугу: дуговые печи, сварочное оборудование, системы освещения (ртутные лампы, люминесцентные лампы);
3. устройства, которые могут работать в режиме насыщения: трансформаторы, двигатели, генераторы и т.д. Если эти устройства не насыщаются, амплитуды создаваемых ими гармоник обычно незначительны по сравнению с гармониками, создаваемыми силовыми полупроводниковыми преобразователями и дуговыми устройствами.

Форма тока

Гармоники представляют собой синусоиды с частотами, кратными частоте основной гармоники 50 Гц.
Все сигналы сложной формы могут быть представлены в виде совокупности синусоидальных сигналов различных частот, то есть любой сигнал сложной формы является суммой чётных и нечётных гармоник различных амплитуд. Гармоники могут присутствовать постоянно (устойчивое состояние), внося искажения в сеть энергоснабжения и нарушая нормальную ее работу, или появляться совершенно независимо в виде выбросов, бросков, провалов, которые можно назвать кратковременными нарушениями работы.

Кратковременные искажения обычно устраняются установкой ограничительных или разделительных устройств, таких как конденсаторы защиты от перенапряжений, разделительные трансформаторы. Эти устройства могут помочь при кратковременных проблемах, но неэффективны для уменьшения гармоник низшего порядка или при проблемах, связанных с резонансом на частотах гармоник.

Перегрузка конденсаторов токами гармоник

Ток, протекающий через цепь, определяется её сопротивлением. Так как сопротивление сети обычно содержит индуктивную составляющую, сопротивление сети увеличивается с ростом частоты, а сопротивление конденсатора, напротив, уменьшается. В результате большая часть тока с частотой выше частоты основной гармоники поглощается конденсатором и связанными с ним устройствами.

В определённых случаях токи гармоник могут превысить значение тока основной частоты. Это может привести к увеличению напряжения на диэлектрике конденсатора и выходу его из строя.

Решение для повышения качества электроэнергии

Системы передачи и распределения электроэнергии предназначены для работы с синусоидальными напряжениями и токами. При подключении к системе нелинейных нагрузок, появляются высшие гармоники, приводящие к искажениям формы тока и напряжения.

Ёмкость конденсаторной установки и индуктивность сети могут образовать параллельный резонансный контур, в котором токи гармоник способны достигать величин, превышающих норму в 20 раз. Если собственная частота резонансного контура соответствует частоте имеющейся гармоники, возникают искажения тока, которые приводят к дальнейшему искажению напряжения. Вот почему на коррекцию коэффициента мощности может влиять присутствие гармоник в сети.
В системах с гармониками коррекция коэффициента мощности должна производиться с помощью фильтров гармоник. Такие фильтры состоят из последовательно соединённых конденсаторов с фильтрами и могут компенсировать реактивную мощность на частоте сети без усиления гармоник.

Коррекция коэффициента мощности при наличии гармоник

Фильтры гармоник предназначены для коррекции коэффициента мощности в системах, в которых присутствуют гармоники. Каждая ступень состоит из конденсатора и фильтра, включенных последовательно. Эти компоненты образуют последовательную резонансную схему, настроенную на частоту ниже частоты самой низшей гармоники, имеющейся в системе.

На частоте ниже частоты резонанса, например на частоте сети (50 Гц), фильтр гармоник представляет собой ёмкость, генерирующую реактивную мощность. На частоте выше частоты резонанса фильтр гармоник представляет собой индуктивность, т.е. он не может усиливать высшие гармоники, например 5-ю, 7-ю, или 11-ю. Кроме того, фильтр в определённой степени ослабляет гармониками более низкого порядка.

Так же как и в обычных конденсаторных установках, в установках с фильтрами, регулятор коэффициента мощности DCRK включает и выключает ступени для получения необходимых значений реактивной мощности.

О резонансе на частотах гармоник, предотвращении и борьбы с ним, а также о защите реакторов и конденсаторов читайте в разделе «Полезные статьи» в материале «Фильтры гармоник».

Фильтр высших гармоник что это

Расчет и монтаж конденсаторных установок:
(499) 265-2863, 265-2890, 265-3108, 265-3180

Дополнительная информация и консультации специалистов

Активные фильтры гармоник АФГ

Активные фильтры гармоник АФГ приобретают все большую популярность в качестве метода смягчения проблем с качеством электроэнергии. Есть несколько факторов, которые следует учитывать при выборе активного фильтра подавления гармоник. Типичным применением активных фильтров является компенсация частотно-регулируемых приводов и центров обработки данных для снижения нагрузки на системы ИБП или компенсация влияния возобновляемых источников энергии на сеть. Такие компоненты, как регуляторы частоты, светодиодное освещение и устойчивые источники энергии, загрязняют энергосистему. Поэтому использование активных фильтров подавления гармоник в современных установках является обязательным. AФГ делает форму волны тока чистой и синусоидальной, так что напряжение и ток снова становятся «здоровыми».

Что такое активный гармонический активный фильтр и каково его применение

Общее определение для описания этого прибора — это аналоговое или цифровое устройство, которое измеряет качество электроэнергии на стороне сети. Затем он подает ток для компенсации любых нежелательных отклонений от стандартной частоты питания 50 или 60 Гц. Отклонения могут быть устранены полностью или частично.

Устройство активного фильтра гармоник

АФГ выполнен по схеме трехфазного мостового инвертора с емкостным накопителем энергии (ЕНЭ) на стороне постоянного тока со средней точкой, и Т-образным LCL — фильтром со стороны питания переменного тока. Схема показана на рисунке 2.

Мостовой инвертор выполнен на основе модулей IGBT – транзисторов с обратными диодами, рассчитанными на полный ток транзистора. IGBT-транзисторы работают одновременно в режиме инвертора и в режиме активного выпрямителя для обеспечения работы звена постоянного тока.

Емкостной накопитель энергии выполнен на основе низкоиндуктивных электролитических конденсаторов, имеет среднюю точку, которая подключается к нейтрали сети при четырехпроводном подключении активного фильтра к нелинейной нагрузке.

В силовой схеме АФГ предусмотрены:

• датчики тока для контроля фазных токов активного фильтра и нагрузки,
• коммутационная аппаратура,
• элементы принудительного воздушного охлаждения транзисторных модулей.

Активные фильтры гармоник АФГ обеспечивают:

• компенсацию токов высших гармоник от 2-го до 50-го порядка;
• генерацию в сеть заданной реактивной мощности индуктивного или ёмкостного характера;
• поддержание требуемого значения коэффициента мощности;
• компенсацию несимметрии токов источника электроэнергии.

Быстрое преобразование Фурье используется для расчета требуемого тока компенсации. Система управления активного фильтра определяет полное сопротивление сети для частоты каждой гармоники и корректирует управляющие воздействия для предотвращения резонанса.

Допустимая частота сети – от 45 Гц до 62 Гц.
Силовая цепь — трехпроводная или четырехпроводная.
Несущая частота ШИМ – 20 кГц.
Время отклика – менее 50 микросекунд.
Количество параллельно подключаемых модулей – не ограничено.

АФГ изготавливаются в металлических корпусах порошковой окраски (IP 21-54), внутри которых расположены специальные IGBT — модули(IGBT — биполярный транзистор с изолированным затвором). Эти устройства полностью собраны на основе микросхем и не содержат подвижных частей. Принцип действия активного фильтра гармоник, изготовленного на базе таких модулей, заключается в создании в сети токов, противоположным по фазе токам гармоник. Мост широтно-импульсной модуляции преобразователя на основе IGBT мгновенно реагирует на изменения в электросети и поддерживает заданный уровень подавления гармоник даже несмотря на изменения амплитудных значений спектра гармонических искажений. Благодаря технологии быстрого преобразования Фурье, активный фильтр способен подавлять гармоники до 50-го порядка выборочно либо одновременно на усмотрение пользователя, а также приводить в соответствие с ГОСТ другие параметры электроэнергии. Активные фильтры — это единственные устройства повышения качества электроэнергии, которые способны автоматически менять свои собственные характеристики при изменении параметров сети.

ОСОБЕННОСТИ АФГ

— АФГ можно устанавливать параллельно с конденсаторными установками при наличии фильтров гармоник; — АФГ не создает резонанс и не будет влиять на резонансные участки в энергосистеме;- Не следует путать активные фильтры гармоник АФГ и фильтровые конденсаторные установки КРМф с тиристорной коммутацией; — АФГ имеют компактные габариты по сравнению с пассивными фильтрами гармоник; — удобный интерфейс управляющего контроллера; — каждый фильтровой модуль системы способен автоматически изменять свои параметры; — Номинальный ток активного фильтра выбирается из расчета:%) где Iном. — номинальный ток сети, THDI — уровень гармоник по току в долях.

РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ АФГ

— устранение тока нейтрали; — дополнительная функция быстрой компенсации реактивной мощности; — подавление всего спектра высших гармоник — полная очистка сети; — одновременное устранение несимметрии напряжения по фазам; — компенсация просадок и скачков напряжения, уменьшение фликкер-эффекта; — устранение перегрузки силового трансформатора; — уменьшение потерь мощности; — продление ресурса оборудования в сети; — устранение ложных срабатываний устройств релейной защиты.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ ГАРМОНИК АФГ

Дополнительная информация, консультации, цены

Мы предложим эффективное и экономичное решение. Воспользуйтесь опытом наших технических специалистов — заполните форму справа, или позвоните.

Расчет, производство и поставка конденсаторных установок. Установки компенсации реактивной мощности, в наличии и под заказ.