В сегодняшней публикации затронем тему гармоник и расскажем про один наш проект, который имеет к ним прямое отношение.
Проблемы гармонического загрязнения сетей
В последнее десятилетие многократно выросли нелинейные нагрузки на электросеть. Создают их устройства, получившие широкое распространение в наше время: частотные преобразователи, инверторы, системы бесперебойного питания, ПК, импульсные источники питания, люминесцентные и светодиодные лампы, разнообразная силовая электроника, а также многое другое. Вышеперечисленное оборудование существенно влияет на качество сети и генерирует гармоники. Помимо этого, сейчас происходят изменения и в самой системе получения электроэнергии - чаще используется энергия ветрогенераторов и солнечных батарей, которые тоже являются источником гармоник.
Гармоники в электротехнике - это нежелательные электрические сигналы, которые могут возникнуть в энергетических сетях и вызвать различные проблемы. Например, из-за гармоник могут случиться различные негативные ситуации: перегрев трансформаторов и электродвигателей, перегрузка проводников нейтрали, выход из строя конденсаторных батарей. Всё это сокращает срок службы дорогостоящего оборудования, ускоряет износ элементов энергосистемы и увеличивает затраты на их обслуживание, одновременно повышая вероятность аварийных ситуаций. Таким образом, применение фильтров гармоник становится всё более важным для стабильного энергоснабжения с приемлемым качеством электроэнергии.
Пассивные и активные фильтры гармоник
Для борьбы с гармониками используются пассивные и активные фильтры. Пассивные фильтры гармоник - это устройства, подавляющие гармонические искажения напряжения и компенсирующие реактивную мощность. Фильтр настраивается так, чтобы току было проще пойти через него (устанавливается маленькое сопротивление на частоте гармоники), а затем энергия гармоники рассеивается в проводах и соединениях, трансформируясь в тепловую.
Пассивные фильтры имеют ограниченные возможности по уменьшению сигналов на высоких частотах: чем выше порядок гармоники, тем ниже эффективность фильтра. Кроме того, не так просто компенсировать гармоники в случае динамических изменений гармонических искажений.
Активные же фильтры гармоник представляют собой эффективные технические решения на базе цифровых логических схем и биполярных транзисторов с изолированным затвором.
Устройство активного фильтра гармоник
· Датчики гармоник
Первым этапом в работе активного фильтра гармоник является обнаружение их в электрической системе. Датчики предназначены для мониторинга и измерения уровня гармонических искажений.
· Контроллер
Анализирует данные от датчиков и определяет гармоники, которые следует компенсировать. Благодаря ему становится возможным точное и быстрое реагирование на изменения в электрической сети.
· Инвертор
Ключевой компонент активного фильтра. Преобразователь частоты создает компенсирующие гармоники, которые имеют противоположную фазу и амплитуду по сравнению с нежелательными гармониками в системе.
· Фильтры и конденсаторы
Выполняют функцию фильтрации и сглаживания электрических сигналов, обеспечивая бесперебойную работу устройства.
· Интерфейс с системой
Важным компонентом является интерфейс, позволяющий интегрировать активный фильтр гармоник в общую систему управления энергетической сетью.
Получается, активные фильтры гармоник измеряют качество электроэнергии на стороне сети и подают ток для компенсации любых нежелательных отклонений от стандартной частоты питания. Данные устройства могут устранить отклонения полностью или частично, осуществляя динамическую фильтрацию токов высших гармоник, компенсацию реактивной мощности, а также симметрирование фазных токов.
Коррекция коэффициента мощности может выполняться как для емкостных (с опережающим по фазе током), так и для индуктивных (с отстающим по фазе током) нагрузок. Симметрирование фазных токов достигается путём измерения тока обратной последовательности и формирования противоположного тока обратной последовательности с целью выравнивания токов в сети.
Шкафы с активными фильтрами гармоник от «СЗЭМО Инвертор»
«СЗЭМО Инвертор» поступил заказ от предприятия, специализирующегося на перевалке минеральных удобрений с железнодорожного транспорта на морской. Перед нами стояла задача не только оснастить новые конвейерные линии приводами Systeme Electric, но параллельно решить вопрос гармонических искажений тока в сети, которое вызывало внедряемое оборудование.
Для ликвидации искажений от установки частотно-регулируемых приводов появилась необходимость в разработке специализированных шкафов с активными фильтрами гармоник. При изготовлении шкафов наши специалисты использовали оборудование: активные фильтры гармоник Systeme Sine от Systeme Electric, комплектующие бренда Dekraft, а также металлические корпуса фирмы DKC.
С помощью шкафов от «СЗЭМО Инвертор» было успешно выполнено следующее:
- динамическая фильтрация токов высших гармоник;
- динамическая коррекция коэффициента мощности;
- компенсация реактивной мощности;
- симметрирование фазных токов.
Как результат, нам удалось полностью устранить гармонические искажения, что значительно улучшило качество электроэнергии на предприятии. Это позволило повысить надёжность работы конвейерных линий и минимизировать риски технических сбоев в процессе перевалки удобрений.