- Elektrik Sisteminde Harmonik Nedir?
- Güç Sisteminde Harmonikleri ortadan kaldırmak neden gereklidir?
- Harmonik Filtrelerin Tipi
- Pasif Harmonik Filtreler
- Aktif Harmonik Filtreler
- Harmonik Filtreler nasıl seçilir
Elektrik Sisteminde Harmonik Nedir?
Güç sistemlerinde harmonikler, temel frekansın pozitif tam sayı katları olarak tanımlanır. Harmonik, temel frekansın bir katında oluşan bir voltaj veya akımdır. Genellikle güç hattında gürültü olarak kabul edilir.
Güç sistemindeki harmonikler iki tipte sınıflandırılabilir: akım harmonikleri ve gerilim harmonikleri.
Akım harmonikleri gibi VSD'lerin olarak çizgisel olmayan yük tarafından uyarılmış (değişken hızlı sürücüler). Doğrusal olmayan yükler, mükemmel bir sinüzoidal dalga formunda olmayan güç hattından akım çeker. Sinüzoidal olmayan akım dalga biçimi, güç hattı temel frekansının katları olan bir tamsayıda salınabilen karmaşık bir dizi basit sinüzoidal olabilir.
Çoğu durumda, gerilim harmonikleri akım harmoniklerinden kaynaklanır. Gerilim harmoniği, akım harmoniklerinin kaynak empedansı ile etkisiyle oluşan bozulmuş gerilim nedeniyle oluşur.
Yukarıdaki görüntü, doğrusal olmayan yük boyunca sıkıntılı akım dalga biçimini göstermektedir. Burada bozulmuş akım dalga formu sinüzoidal dalgayı takip etmiyor. Bu, güç sistemindeki akım harmoniklerini gösterir.
Güç Sisteminde Harmonikleri ortadan kaldırmak neden gereklidir?
Akım ve gerilim harmonikleri, Yüke yapılan gürültülü güç aktarımı ile doğru orantılıdır. Güç sistemindeki harmoniklerden çeşitli ev ve ofis ekipmanları sorumludur. Güç sistemi harmonikleri genellikle yük akımını artırır. Fabrikalardaki veya evdeki veya ofisteki Floresan lambalar gibi çeşitli enstrümanlar harmoniklerden etkilenir ve çeşitli arızalardan muzdariptir. Motorlar, güç sistemi harmoniklerinden büyük ölçüde etkilenir.
Bazen güç sistemlerindeki harmonikler çok tehlikeli olabilir ve aletlere iletilen gücü artırabilir, bu da Yükte bir sıcaklık artışına neden olur ve cihaz ömrünü kısaltabilir.
Bu güç sistemi harmoniklerinin üstesinden gelmek için, doğrusal olmayan yükleri sürmek için güç bağlantısını yeniden yapılandırmak ve güç sistemine harmonik filtreleri eklemek gerekir.
Harmonik Filtrelerin Tipi
Harmonik filtreleri, maliyetli elektrikli ekipmanı harmonikler nedeniyle bozulmuş güç çıkışlarından korumak için çok etkilidir. Elektrik ve elektronik pazarında nominal güce, uygulanan gerilime, tek fazlı veya üç faza ve diğer yüke bağlı parametrelere bağlı olarak farklı türde harmonik filtreleri mevcuttur.
Ancak, Pasif Harmonik Filtreler ve Aktif Harmonik Filtreler olmak üzere iki ana tip harmonik filtresi mevcuttur .
Bu iki tip harmonik filtre arasındaki temel fark, filtre tasarımı için kullanılan bileşenlerdir. Pasif harmonik filtreler, temel olarak dirençler, indüktörler ve kapasitörler olmak üzere basit pasif bileşenleri kullanır. Oysa aktif bir harmonik filtreler aktif bileşenlerini, örneğin BJT, IGBT, MOSFET ve entegre devreler, farklı türleri.
Harmonik filtreleri elektrik hattı güvenlik ekipmanı olduklarından, IEEE, EN, AS, BS ve sigortacı laboratuvarlarının UL işareti gibi uluslararası güvenlik standartlarını onaylamaları gerekir.
Ayrıca harmonik filtreleri farklı sıralarda tasarlanabilir. Üçüncü dereceden harmonik filtreler gibi, temel frekansın üçüncü katı olan frekansı filtreleyebilir.
Pasif Harmonik Filtreler
Pasif harmonik filtreler en yaygın ve kolayca bulunabilen harmonik filtredir. Elektrik hattındaki harmonik bozulmayı bastırmak için uygun fiyatlı bir filtredir.
Daha önce tartışıldığı gibi, pasif harmonik filtreler, direnç indüktörleri ve kapasitörler gibi standart pasif bileşenleri kullanır. Bu pasif bileşenler, bir tank devresi oluşturmak için kullanılır. Tank devresi, istenmeyen harmoniklere göre aynı rezonans frekansında çalıştırılabilecek şekilde özel olarak tasarlanmıştır. Pasif harmonik filtreler, istenmeyen harmoniklerin geçişini engeller. Pasif harmonik filtre, harmonik akımı ısıya dönüştürür ve son cihazı veya yükü korur. Filtre, harmonik olarak ortadan kaldırılması gereken belirli bir frekansa ayarlanabilir.
Esas olarak dört tür pasif harmonik filtre kullanılmaktadır:
1. Yüksek geçiş filtresi
2. Bant geçiren filtre
3. C tipi filtre ve
4. Seri filtre.
Yüksek geçiren filtre
Yüksek geçişli pasif harmonik filtreler, yüksek dereceli harmonikleri ortadan kaldırmak ve geniş frekans aralığı üzerinde esnek kontrole sahip olmak için kullanılır. Temel yüksek geçişli harmonik filtre tasarımı, üç pasif bileşen, direnç, kapasitör ve indüktör kullanır.
Yukarıdaki görüntüde, pasif bir yüksek geçişli harmonik filtrenin temel yapısını görebiliriz. Yapısı, direnci gösterir ve indüktör seri olarak bir kapasitör paralel bağlantıdadır. Filtre, yüksek frekans aralığında düz empedans özellikleri üretir. Yüksek frekans güç kaybını azaltır.
Filtrelerin bu tip özellikle 5 filtre edilmesi için kullanılan inci / 6 veya daha yüksek dereceli akımı. Düşük sıralı veya düşük frekanslı uygulamalarda kullanıldığında güç kaybını ortadan kaldırmak için genellikle farklı filtreler yüksek geçişli harmonik filtrelerle birleştirilir.
Frekans ile empedans eğrisi aşağıdaki resimde gösterilebilir.
Bant geçiren filtre
Band geçiren harmonik filtre, çift ayarlı bir filtredir. Bant geçiren harmonik filtre iki kondansatör, iki indüktör ve tek bir direnç oluşur. Aynı zamanda yüksek dereceli harmonik filtreleme amaçları için kullanılır. Bu filtre, standart bant geçiren filtrenin paralel rezonansının yanı sıra indüktör ve kapasitörün seri rezonansını birleştirerek çalışır.
Yukarıdaki resimde, temel bant geçiren filtre şeması gösterilmektedir. Filtre devresi, iki parçaya sahip olarak, birinci kısım olarak ise, C2 ve indüktör L2 seri bağlı olan bir kondansatör ikinci parça bir direnç, bir indüktör ve bir kondansatör paralel olarak bağlanmaktadır. Birinci kısım ve ikinci kısım da seri olarak bağlanmıştır.
Frekans ile empedans özellikleri aşağıdaki grafikte gösterilebilir.
C tipi filtre
C tipi filtre, ikinci veya üçüncü dereceden harmonik filtreleme gibi düşük sıralar için kullanılır. C tipi filtreler, eşdeğer bant geçişi veya seri filtreden daha düşük kayıplara sahiptir.
C tipi filtreler 4 pasif bileşenden oluşur - iki kapasitör, bir indüktör ve tek bir direnç.
Yukarıdaki görselde c tipi filtrenin temel yapısı gösterilmektedir. Bir kondansatör, yine dirençle paralel olarak bağlanan bir indüktör serisine bağlanır. Üç bileşenli paralel bağlantı, ikinci bir kapasitör ile tekrar seri olarak bağlanır.
Direnç, salınımlı indüktör ve kapasitör tarafından oluşturulan temel akımı bastırır.
Empedans eğrisi aşağıdaki resimde gösterilmektedir.
Seri filtresi
Seri filtreye tek ayarlı harmonik bastırıcı pasif filtre denir. Bu filtre en basit yapı özelliklerine sahiptir. Seri olarak sadece üç pasif bileşen - tek bir kapasitör, indüktör ve direnç kullanılır. Bu filtre, tek frekansı ortadan kaldırır.
Bu filtrenin yapısı, tek ayarlı seri harmonik filtre oluşturmak için 3 pasif bileşenin seri olarak bağlandığı aşağıdaki resimde gösterilebilir.
Empedans karakteristiği aşağıdaki resimde gösterilmiştir -
Aktif Harmonik Filtreler
Daha önce tartışıldığı gibi, pasif harmonik filtreleri, güç hattında ilişkili harmonikleri ortadan kaldırmak için iyidir. Ancak pasif harmonik filtre tasarımı gerçekten karmaşıktır ve tasarımcı pasif harmonik filtreleri yükün reaktif güç gereksinimlerine göre tasarlamalıdır. Böyle bir durumda, pasif filtre tasarımı çok zordur ve belirli yük koşulları için zayıf bir güç faktörü çalışmasına yol açar.
Bu konuda, aktif filtreler, temel frekansın reaktif güç bağımlılıkları olmadan güç hattı harmoniklerini ele almak için daha iyidir.
Aktif harmonik filtreler, filtrenin kendi ürettiği harmonik bileşenleri kullandığı ve bunu, istenmeyen harmonikleri iptal eden güç hattına enjekte ettiği mükemmel bir yöntem kullanır.
Var mevcut aktif filtreler farklı güç hattı harmoniklerin ortadan kaldırılması için, farklı topolojileri kullanın.
En yaygın aktif harmonik filtre tasarımı aşağıdaki temel şeyleri kullanır.
1. Çeşitli güç anahtarlarını kullanan voltaj kaynağı invertörü
2. Güç hattından örnekleme ve kontrol referansı
3. PWM ateşleme darbesini harmonik olarak sisteme enjekte eden PWM sistemi.
Aktif Harmonik filtre, çalışması için güç gerektiren farklı türde yarı iletken anahtarlar kullanır.
Harmonik Filtreler nasıl seçilir
Mükemmel harmonik filtrenin belirlenmesi oldukça zordur. Bir ihtiyacı harmonik frekansı tespit filtreler ayarlanması gerekir hangi. Birkaç durumda, hiçbir harmoniğin bulunmadığı belirli bir temel frekansta yanlış ayarlama nedeniyle filtre işlemi amaca hizmet etmekte başarısız olur.
İlk önemli adım harmonik sırasını tespit etmektir ve seçilecek filtre ihtiyacı harmonik sipariş bağlı. Tek frekanslı harmonik distorsiyonu ortadan kaldırmak için harmonik filtreleri serileri etkilidir, ancak birkaç durumda çift ayarlı harmonik filtrelerinin kullanılması gerekir.
Filtreler boyunca kayıpları da filtrenin seçimi son derece bağımlı olan telafi edilmesi gerekir. Bazen yüksek seviyeli doğrusal olmayan yükler için, aktif ve pasif her iki tip harmonik filtre gereklidir.