Harmonisk filterkrets: hur man tar bort övertoner med aktiva och passiva övertonfilter

Vad är övertoner i det elektriska systemet?

I kraftsystem definieras övertoner som positiva heltalsmultiplar av grundfrekvensen. Harmonisk är en spänning eller ström uppträder vid en multipel av grundfrekvensen. Det betraktas ofta som buller i kraftledningen.

Övertonerna i kraftsystemet kan klassificeras i två typer: strömöverton och överspänning.

De nuvarande övertonerna som induceras av den icke-linjära belastningen, såsom VSD: er (frekvensomriktare). De icke-linjära belastningarna drar ström från kraftledningen som inte har en perfekt sinusformad vågform. Den nonsinusformade strömvågformen kan vara en komplex serie av enkel sinusformad som kan svänga vid ett heltal, multipel av kraftledningens grundfrekvens.

I de flesta fall orsakas spänningsövertonerna av de nuvarande övertonerna. Spänningsharmoniken uppstår på grund av den förvrängda spänningen som produceras av effekten av strömövertoner med källimpedansen.

Ovanstående bild visar den nödställda strömvågformen över den icke-linjära belastningen. Här följer inte den förvrängda strömformen den sinusformade vågen. Detta visar de nuvarande övertonerna i kraftsystemet.

Varför är det nödvändigt att eliminera övertoner i kraftsystemet?

Ström och spänningsövertoner är direkt proportionella mot den bullriga kraftöverföringen till belastningen. Olika hushålls- och kontorsutrustning är ansvariga för övertonerna i elsystemet. Kraftsystemets övertoner ökar ofta belastningsströmmen. Olika instrument, som lysrör i fabrikerna eller i huset eller kontoret, påverkas av övertoner och lider av olika funktionsfel. Motorer påverkas enormt av kraftöverföringssystemen.

Ibland kan övertonerna i kraftsystemen vara mycket farliga och öka effekten som levereras till instrumenten vilket leder till en temperaturökning i belastningen och kan förkorta instrumentets livslängd.

För att övervinna dessa övertoner i kraftsystemet måste man rekonstruera kraftanslutningen för att driva olinjära belastningar och införa övertonfilter i kraftsystemet.

Typ av harmoniska filter

Övertonfilter är mycket effektiva för att skydda dyr elektrisk utrustning från förvrängda uteffekter på grund av övertoner. Det finns olika typer av övertonefilter tillgängliga på el- och elektronikmarknaden beroende på märkeffekt, applicerad spänning, enfas eller tre faser och andra belastningsberoende parametrar.

Det finns emellertid två huvudtyper av harmoniska filter som är passiva harmoniska filter och aktiva harmoniska filter.

Huvudskillnaden mellan dessa två typer av harmoniska filter är de komponenter som används för filterdesignen. Passiva harmoniska filter använder enkla passiva komponenter, främst motstånd, induktorer och kondensatorer. Medan aktiva harmoniska filter använder aktiva komponenter som olika typer av BJT, IGBT, MOSFET och integrerade kretsar.

Eftersom övertonen är den elektriska säkerhetsutrustningen måste de bekräfta internationella säkerhetsstandarder som IEEE, EN, AS, BS och UL-märket för försäkringsgivarnas laboratorier.

Övertonfiltren kan också utformas i olika ordningar. Som en tredje ordning kan harmoniska filter filtrera bort frekvensen, som är den tredje multipeln av grundfrekvensen.

Passiva harmoniska filter

Passiva harmoniska filter är det vanligaste och lätt tillgängliga harmoniska filtret. Det är ett prisvärt filter för att undertrycka den harmoniska störningen i kraftledningen.

Som diskuterats tidigare använder passiva harmoniska filter vanliga passiva komponenter såsom motståndsinduktorer och kondensatorer. Dessa passiva komponenter används för att bilda en tankkrets. Tankkretsen är utformad på ett speciellt sätt så att den kan drivas med samma resonansfrekvens i förhållande till de oönskade övertonerna. De passiva harmoniska filtren blockerar att oönskade övertoner passerar. Det passiva harmoniska filtret omvandlar den harmoniska strömmen till värmen och skyddar slutanordningen eller belastningen. Filtret kan ställas in till en viss frekvens som måste elimineras som övertoner.

Det finns huvudsakligen fyra typer av passiva harmoniska filter som används:

1. Högpassfilter

2. Bandpassfilter

3. C-typ filter och

4. Seriefilter.

Högpassfilter

Högpass passiva harmoniska filter används för att eliminera överordnade övertoner och för att ha flexibel kontroll över det breda frekvensområdet. Den grundläggande högpass-harmoniska filterdesignen använder tre passiva komponenter, motstånd, kondensator och induktor.

I bilden ovan kan vi se den grundläggande konstruktionen av ett passivt harmoniskt högpassfilter. Konstruktionen visar motståndet och induktorn är i parallellkoppling en kondensator i serie. Filtret ger platta impedansegenskaper i högfrekvensområdet. Den höga frekvensen minskar strömförlusten.

Denna typ av filter används främst för att filtrera 5: ^e / 6: e eller högre ordensström. Ofta kombineras olika filter med högpass-harmoniska filter för att eliminera effektförlust när de används i lågordning eller lågfrekventa applikationer.

Impedanskurvan med frekvensen kan visas i bilden nedan.

Bandpassfilter

Bandpass harmoniskt filter är ett dubbeljusterat filter. Den bandpasstonsfilter består av två kondensatorer, två induktansspolar, och en enda resistor. Det används också för högordens harmonisk filtreringsändamål. Detta filter fungerar med att kombinera parallell resonans hos standardbandpassfiltret tillsammans med serieresonans av induktor och kondensator kombinerat.

I bilden ovan visas grundläggande bandpassfilterschemat. Den filterkretsen har två delar, i den första delen en kondensator C2 och induktansen L2 är seriekopplad under det att i andra delen ett motstånd, en induktor och en kondensator är parallellkopplade. Den första och den andra delen är också seriekopplade.

Impedansegenskaperna med frekvensen kan visas i diagrammet nedan.

C-filter

C-typ filter används för låg ordning, såsom andra eller tredje ordning harmoniska filtreringsändamål. C-typ filter har lägre förlust än motsvarande bandpass eller seriefilter.

C-typ filter består av 4 passiva komponenter - två kondensatorer, en induktor och ett enda motstånd.

I bilden ovan visas grundkonstruktionen för filter av c-typ. En kondensator är ansluten i serie av en induktor som återigen är ansluten parallellt med motståndet. Tre-komponent parallellanslutningen är återigen ansluten i serie med en andra kondensator.

Motståndet undertrycker den grundläggande strömmen som skapas av den oscillerade induktorn och kondensatorn.

Impedanskurvan visas i bilden nedan-

Seriefilter

Seriefiltret kallas för passivt filter för enstämd harmonisk undertryckare. Detta filter har de enklaste konstruktionsegenskaperna. Endast tre passiva komponenter - en enda kondensator, induktor och motstånd används i serie. Detta filter eliminerar enstaka frekvens.

Konstruktionen av detta filter kan visas i bilden nedan, där tre passiva komponenter är anslutna i serie för att bilda det enstämda seriens harmoniska filter.

Impedansegenskapen visas i bilden nedan -

Aktiva harmoniska filter

Som tidigare diskuterats är passiva övertonefilter bra för att eliminera övertoner associerade i kraftledningen. Den passiva harmoniska filterdesignen är dock väldigt komplex och designern måste designa de passiva harmoniska filtren i enlighet med belastningens reaktiva effektbehov. I ett sådant fall är den passiva filterutformningen mycket svår och den leder till en dålig effektfaktordrift under vissa belastningsförhållanden.

I denna fråga är aktiva filter bättre att hantera kraftledningens övertoner utan de grundläggande frekvensernas reaktiva effektberoende.

Aktiva harmoniska filter använder en utmärkt metod där filtret använder egenproducerade harmoniska komponenter och injicerar detta i kraftledningen som avbryter de oönskade övertonerna.

Det finns olika typer av aktiva filter tillgängliga som använder olika topologier för att eliminera övertonerna i kraftledningen.

Den vanligaste designen av aktiva harmoniska filter använder följande grundläggande saker som

1. Spänningskällaomformare med olika strömbrytare

2. Provtagning och kontrollreferens från kraftledningen

3.PWM-system som injicerar PWM-avfyrningspuls i systemet som övertoner.

Active Harmonic-filtret använder en annan typ av halvledarströmställare som kräver ström för att fungera.

Hur man väljer harmoniska filter

Att bestämma det perfekta harmoniska filtret är ganska svårt. Man måste identifiera den harmoniska frekvens med vilken filtren måste ställas in. I ett fåtal fall misslyckas filteroperationen bara på grund av fel inställning vid en viss grundfrekvens där inga övertoner finns.

Det första viktiga steget är att identifiera övertonens ordning och beroende på den harmoniska ordningen måste filtret väljas. För att eliminera harmoniska förvrängningar av enstaka frekvenser är harmoniska filter effektiva, men i några fall behöver dubbelt avstämda övertonfilter användas.

De förluster över filtren måste också kompenseras, vilka är i hög grad beroende på val av filter. Ibland krävs för en hög nivå av icke-linjära belastningar aktiva och passiva båda typerna av harmoniska filter.