فیلتر هارمونیک چیست؟

هارمونیک های موجود در سیستم قدرت را می توان به دو نوع هارمونیک ولتاژ و هارمونیک جریان دسته بندی کرد. اما حذف هارمونیک ها در سیستم های قدرت با استفاده از فیلتر هارمونیک بسیار ضروری است، در غیر این صورت، اتصال برق برای کنترل بارهای غیرخطی نیاز به طراحی مجدد دارد.

هارمونیک های جریان را می توان از طریق درایوهای سرعت متغیر(VSD) که بار غیر خطی نامیده می شوند القا کرد. هارمونیک ولتاژ به طور کلی به دلیل ایجاد ولتاژ تحریف شده از طریق اثر هارمونیک های جریان با استفاده از امپدانس منبع اتفاق می افتد. این مقاله یک مرور کلی از تعریف فیلتر هارمونیک را مورد بحث قرار می دهد.

فیلتر هارمونیک

دستگاهی که برای حذف یا کاهش هارمونیک ها و ورود به محدوده های قابل قبول فرکانسی در یک سیستم قدرت استفاده می شود را فیلتر هارمونیک می نامیم. این فیلتر هارمونیک در مسیر شبکه برای حذف یا کاهش اعوجاج هارمونیک و رزونانس استفاده می شود. به طور کلی، اعوجاج هارمونیک می تواند به دلیل جریان بیش از حد در داخل و خارج از لوازم خانگی ایجاد شود.

فیلتر هارمونیک از مقادیر زیادی هارمونیک ناشی از آسیب تجهیزات جلوگیری می کند و تاثیر آن را کاهش می دهد. همچنین از هزینه های عملیاتی می کاهد. بنابراین در صنایع مختلف مانند HVAC، نفت، گاز، معدن، فاضلاب برای جلوگیری از آسیب قطعات استفاده می شوند.

فیلتر هارمونیک را می توان با مجموعه ای از قطعات الکتریکی مختلف مانند مقاومت ها، خازن ها، سلف ها برای جلوگیری از جریان های هارمونیک غیر ضروری و انتقال آنها به زمین طراحی کرد. این فیلترها عمدتا برای جلوگیری از هارمونیک های فرکانس خاص طراحی شده اند.

چه ماشین ظرفشویی بخرم؟

اصول عملکرد

اصل کار فیلتر هارمونیک کاهش اعوجاج از طریق انحراف جریان های هارمونیک در خطوط با امپدانس کمتر است. این فیلترها در فرکانس پایه خازنی هستند، بنابراین برای تولید توان راکتیو لازم از طریق مبدل ها و همچنین برای اصلاح ضریب توان استفاده می شود.

انواع فیلتر هارمونیک

به طور کلی، فیلترهای هارمونیک بر اساس ولتاژ اعمال شده، توان نامی، 1 فاز یا 3 فاز و سایر پارامترهای مختلف که به بار بستگی دارد به انواع مختلفی طبقه بندی می شوند. اینها فیلترهای بسیار موثری هستند که به دلیل هارمونیک ها از تجهیزات الکتریکی گران قیمت در برابر برق اضافی محافظت می کنند.

دو نوع فیلتر هارمونیک مانند اکتیو و پسیو وجود دارد. تفاوت عمده این دو در اجزای مورد استفاده در طراحی فیلتر است. فیلتر هارمونیک اکتیو از اجزای فعال مانند IC ها، BJT ها، IGBT ها و MOSFET ها استفاده می کند در حالی که فیلتر هارمونیک پسیو از اجزای مختلفی مانند مقاومت ها، خازن ها و سلف ها استفاده می کند.

فیلترهای هارمونیک اکتیو

فیلترهای اکتیو به راحتی می توانند هارمونیک های خط برق را بدون وابستگی به توان راکتیو فرکانس پایه تغییر دهند. این فیلترها در هر جایی که فیلتر از اجزای هارمونیک خود تولید شده استفاده می کند و آن را به خط برق تزریق می کند تا هارمونیک های غیر ضروری را لغو کند، از یک تکنیک برجسته استفاده می کنند.

در مقایسه با فیلترهای اکتیو، فیلترهای هارمونیک پسیو هارمونیک ها را به راحتی در خط برق حذف می کنند اما طراحی آن بسیار دشوار است. بنابراین طراح باید این فیلترها را بر اساس الزامات توان راکتیو برای بار طراحی کند. بنابراین در آن شرایط طراحی فیلتر پسیو آسان نیست و باعث عملکرد ضعیف فیلتر برای شرایط بار خاص می شود.

فیلترهای اکتیو با استفاده از توپولوژی های مختلف برای حذف هارمونیک ها در خط برق در دسترس هستند. هنگام طراحی فیلتر هارمونیک اکتیو باید مراحل زیر را در نظر بگیرید.

این فیلتر از انواع مختلفی از کلیدهای نیمه هادی استفاده می کند که برای عملکرد به برق نیاز دارند.
اینورتر منبع ولتاژ با کلیدهای برق مختلف
مرجع نمونه برداری و کنترل با استفاده از خط برق
سیستم PWM به عنوان هارمونیک سیگنال شلیک PWM را به سیستم قدرت تزریق می کند.
فیلترهای هارمونیک پسیو

فیلترهای هارمونیک پسیو

فیلترهای هارمونیک پسیو به راحتی در دسترس هستند و اغلب مورد استفاده قرار می گیرند. در طراحی فیلترهای پسیو از خازن ها، مقاومت ها و… استفاده می کنیم. این مدار عمدتاً به گونه ای طراحی شده است که در یک فرکانس تشدید مشابه در مقایسه با هارمونیک های غیر ضروری کار کند.

این فیلترها هارمونیک های غیرضروری را مسدود می کنند و جریان هارمونیک را به دما تغییر می دهند و از بار یا دستگاه نهایی دفاع می کنند. چهار نوع فیلتر هارمونیک پسیو مانند فیلتر بالا گذر، فیلتر سری، فیلتر نوع c و فیلتر باند استفاده می شود.

فیلتر هارمونیک در بانک خازن

تصحیح ضریب توان به طراحی برای جبران تقاضای توان راکتیو و تزریق جریان های هارمونیک از طریق تجهیزات به سیستم منبع تغذیه نیاز دارد. به طور کلی، سیستم های منبع تغذیه در صنایع شامل یک بانک خازن و مجموعه ای از فیلترها است. تجزیه و تحلیل ارتباط بین فیلترهای هارمونیک و بانک های خازن در سیستم منبع تغذیه صنعت انجام شده است.

در واقع، بانک‌های خازن اجزایی برای فیلترهای هارمونیک هستند، بنابراین وقتی شخصی از بانک‌های خازن برای افزایش ضریب توان استفاده می‌کند، ارائه آن در برخی از سیم‌پیچ‌ها چیز خوبی است و اکنون او یک فیلتر هارمونیک مخصوصاً برای فیلتر خنثی دارد و بسیار خوب است.

فیلتر هارمونیک با بانک خازن به طور گسترده ای بانک خازن قدرت ولتاژ بالا نامیده می شود. بنابراین، این تجهیزات عمدتاً شامل پاور و خازن های 3 فاز تمام فیلم با محافظت در برابر نوسانات می باشد. این تجهیزات بسته یا باز، کم یا زیاد، توان ثابت، تعبیه شده یا برای استفاده با موتورهای جداگانه هستند. با جبران سیستم توان راکتیو، ضریب توان (PF) را می توان افزایش داد و هارمونیک ها را برای کاهش قبض برق از طریق مرحله بازپرداخت متقاعد کننده پوشش دا

نمودار مدار فیلتر هارمونیک

نمودار مدار مدار فیلتر هارمونیک گذر باند در زیر نشان داده شده است. یکی از انواع فیلتر هارمونیک پسیو می باشد. این فیلتر هارمونیک از نوع دو تنظیم شده است که می تواند با یک مقاومت، دو خازن و دو سلف طراحی شود. این فیلتر عمدتاً برای اهداف فیلتراسیون هارمونیک با نظم بالا استفاده می شود.

این کار این فیلتر را می توان با ادغام رزونانس موازی فیلتر باند گذر معمولی از طریق رزونانس سری مدار RL انجام داد.

در نمودار مدار فوق، یک مدار فیلتر باند گذر اساسی آورده شده است. این مدار شامل دو قسمت است. در قسمت اولیه مدار، یک خازن “C2” و یک سلف “L2” به صورت سری به هم متصل می شوند در حالی که در قسمت بعدی، یک سلف، یک مقاومت و یک خازن به صورت موازی به هم متصل می شوند. هر دو قسمت نیز در داخل اتصال سری متصل می شوند. در نمودار فوق، مشخصات امپدانس از جمله فرکانس نشان داده شده است.

مزایا و معایب

از مزایای فیلترهای هارمونیک می توان به موارد زیر اشاره کرد.

این فیلترها برای کاهش هارمونیک ها در یک سیستم قدرت استفاده می شوند
جریان منبع تغذیه را افزایش می دهد
این فیلترها بهترین نتایج را برای حفظ ایمنی سیستم ارائه می دهند
این فیلترها بازده انرژی را برای ایمن نگه داشتن عمر سیستم قدرت فراهم می کنند
از طریق هارمونیک های کنترل شده در منبع تغذیه، قبض های برق را کاهش می دهد.
فیلترهای هارمونیک فعال به شما کمک می کنند تا بیشترین مصرف برق را داشته باشید.
این فیلترها مزایای زیادی را در یک سیستم واحد ارائه می دهند. در مقایسه با فیلترهای اکتیو، فیلترهای هیبریدی گران نیستند و مزیت ترکیبی هر دو فیلتر مانند فعال و غیرفعال را فراهم می کند.
هنگام اتصال فیلترهای فعال می توان هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش داد
فیلترهای نوع هارمونیک هیبریدی برای ارائه توسعه ضریب توان و اصلاح هارمونیک استفاده می شود.

معایب فیلتر هارمونیک غیرفعال و فیلتر هارمونیک فعال شامل موارد زیر است.

ویژگی های فیلتر به شدت از طریق امپدانس منبع تحت تاثیر قرار می گیرند
در سمت منبع، تقویت جریان در فرکانس های ثابت به دلیل تشدید موازی بین فیلتر غیرفعال و منبع می تواند مشاهده شود.
جریان هارمونیک شدید جریان ها به فیلتر غیرفعال به دلیل اعوجاج ولتاژ از طریق رزونانس سری ممکن توسط منبع رخ می دهد.
فیلتر فعال برای طراحی یک منبع جریان با پاسخ جریان سریع از طریق نرخ بزرگ بسیار دشوار است.
حداکثر قیمت اولیه و در حال اجرا
اندازه فیلتر غیرفعال به دلیل خازن های ac بزرگ بزرگ است.
سیستم کنترل بسیار پیچیده است و حفاظت آن اهمیت بالایی دارد. هنگامی که فیلتر اکتیو متوقف می شود، در شرایط خاص ممکن است باعث اسیب شود.

پسماند خطرناک چیست؟

کاربردهای فیلتر هارمونیک

از کاربردهای فیلتر هارمونیک می توان به موارد زیر اشاره کرد.

VFD ها

درایوهای سروو

آب و فاضلاب

گاز و نفت

تهویه مطبوع

ماشین آلات خودکار

دستگاه های صنعتی

ماشین آلات چاپ و بسته بندی

صنایع معدنی

فرآیند اتوماسیون

سوالات متداول

چرا از فیلتر هارمونیک استفاده می شود؟

برای کاهش جریان های هارمونیک در سیستم قدرت و کاهش اعوجاج ولتاژ هارمونیک در سیستم از فیلتر استفاده می کنیم.

فیلتر هارمونیک اکتیو چه کاری انجام می دهد؟

فیلترهای هارمونیک اکتیو دستگاه های موازی هستند که مانند یک سیستم حذف نویز کار می کنند. آنها فرکانس های معادل و کاملا مخالف را برای کاهش هارمونیک تزریق می کنند. این فیلترها همچنین جریان اضافی را برای اصلاح ضریب توان ارائه می دهند.

چگونه فیلترها هارمونیک ها را کاهش می دهند؟

فیلترهای هارمونیک از طریق هدایت مجدد جریان های هارمونیک در خطوط کم امپدانس، اعوجاج را کاهش می دهند.

فیلتر هارمونیک برای VFD چیست؟

فیلترهای هارمونیک عمدتا برای کاهش اعوجاج VFD استفاده می شود.

کدام فیلتر برای کاهش هارمونیک های مرتبه بالاتر استفاده می شود؟

هارمونیک های مرتبه بالا را می توان از طریق فیلترهای هارمونیک غیر فعال High Passive برای کنترل انعطاف پذیر در محدوده وسیع فرکانس ها کاهش داد.

چگونه هارمونیک ها را کاهش می دهید؟

پس از افزایش تدریجی اعوجاج هارمونیک، از روش فیلتر برای کاهش هارمونیک ها در صنایع استفاده می شود.

آیا هارمونیک ها از ترانسفورماتورها عبور می کنند؟

اتصال یک ترانسفورماتور در یک اتصال سری، هارمونیک ها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و مزایای ایمنی گذرا را فراهم می کند. بنابراین، اتصالات ترانسفورماتور را می توان برای کاهش جریان های هارمونیک در یک سیستم 3 فاز استفاده کرد.

بنابراین، در یک مرور کلی هارمونیک در سیستم های قدرت یک عدد صحیح مثبت است که در فرکانس پایه ضرب می شود. جریان یا ولتاژی است که در فرکانس‌های اساسی مختلف اتفاق می‌افتد و اغلب به آن نویز درون خط برق می‌گویند.

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.