Filtro Harmônico Passivo Compacto de Alta Eficiência para VFD e VSD Frequency Drives

Introdução aos filtros harmônicos

Os filtros harmônicos, como os super-heróis, protegem os seus sistemas de energia, lutando contra harmônicos nocivos que podem danificar a qualidade da fonte de energia.Existem dois tipos principais destes protetores: filtros harmônicos ativos e filtros harmônicos passivos.

Compreender as Harmónicas e o Seu Impacto nos Sistemas de Energia

Os harmônicos em sistemas de energia elétrica se referem a correntes ou tensões com frequências que são múltiplos inteiros da frequência de potência fundamental.o segundo harmônico seria a 120 Hz, e o terceiro a 180 Hz. A eletricidade fornecida a uma propriedade pode nem sempre ser "limpa", e as propriedades podem experimentar harmônicos.como dispositivos eletrônicos que absorvem corrente em pulsos em vez de uma onda suave.

Esta mudança repentina no fluxo de corrente injeta correntes harmônicas no seu sistema de energia, o que pode causar vários problemas de qualidade de energia.desequilíbrios de tensão ou corrente entre fases elétricasPodemos notar estes problemas através de sinais como luzes piscando, transformadores sobreaquecidos,E os quebrantes que se deslocam com frequência..

O estado dos harmônicos no seu sistema é representado pela distorção harmônica total (THD), uma medida de todos os efeitos harmônicos.Normalmente é medida até ao 50o múltiplo da frequência de base do sistema de energia., que é 3 kHz ou, de acordo com algumas diretrizes, o 40o múltiplo (2,4 kHz).

A má qualidade de energia devido aos harmônicos pode causar vários problemas, tais como:

Aumento do consumo de energia que leva a maiores contas de instalação e de serviços públicos.
Sobreaquecimento do equipamento.
Redução da rentabilidade.
Danos potenciais ao seu equipamento.
Sobreaquecimento em condutores neutros e transformadores de distribuição.
Diminuição da fiabilidade e da vida útil do equipamento.
Aumento dos pedidos de manutenção e tempo de inatividade.
Custos elevados de electricidade.

Estas frequências adicionais distorcem a onda sinusoidal AC num circuito elétrico e podem ter graves consequências, incluindo reduzir a vida útil do seu equipamento.Agora que discutimos os efeitos dos harmônicos nos seus sistemas de energia vamos discutir como os filtros harmônicos podem ajudar a resolver estes problemas.

Fundamentos do filtro harmónico ativo

Os filtros harmónicos ativos (AHF) apresentam uma resposta moderna ao problema das distorções harmónicas nos sistemas de energia.Uma Unidade Central de Processamento (CPU) gera então uma corrente harmônica que se opõe ao espectro medidoIntroduz esta corrente contra-activa no sistema em tempo real, neutralizando efetivamente todas as harmônicas existentes.

Podemos categorizar os filtros ativos em três tipos, cada um com seus benefícios únicos:

Filtros ativos de derivação:

Estes se conectam paralelamente à carga e estimam a corrente harmônica da carga.
Filtros ativos de série:

Estes se ligam em série ao sistema de energia e injetam uma tensão que cancela a tensão harmônica no sistema.
Os principais benefícios dos filtros ativos encontram-se na sua capacidade de aumentar o factor de potência.tornando-os uma solução sofisticada para filtragem harmônicaOs filtros ativos podem adaptar-se a influências harmônicas em mudança e filtrar múltiplas frequências harmônicas simultaneamente.Eles empregam sofisticados sistemas eletrônicos de potência e algoritmos de controlo para diminuir dinamicamente a distorção harmônica, injetando correntes de compensação no sistema de energia, o que resulta num fornecimento de energia mais limpo e estável.

Os filtros ativos possuem várias vantagens em relação aos filtros passivos:

Podem erradicar múltiplos harmônicos simultaneamente.
Adaptam-se às alterações da frequência do sistema de energia e do espectro harmónico.
Não criam problemas de ressonância no sistema de energia, ao contrário dos filtros passivos.
Eles geram ativamente uma corrente de compensação reversa que cancela vários componentes harmônicos, melhorando assim os parâmetros de qualidade de energia, como a regulação de tensão e desequilíbrio.
Os AHFs, também conhecidos como filtros de potência ativa (APFs), representam uma nova geração de equipamentos eletrônicos de potência.

Eles suprimem ativamente os harmônicos e compensam a potência reativa.tornando-os uma solução versátil para várias configurações do sistema de energiaAs flutuações de tensão e harmônicos podem desencadear perturbações da rede e resultar em superaquecimento e aumento das contas de energia.que produzam um resultado superior a 5% de distorção harmónica total (THD) em toda a gama de cargas, melhorando o factor de potência e equilibrando a carga em todas as três fases, se necessário.

Com a sua natureza adaptativa e tecnologia superior, os filtros harmônicos ativos fornecem uma solução eficaz para os desafios colocados pelas distorções harmônicas nos sistemas de energia.Vamos agora olhar para os fundamentos dos filtros harmônicos passivos e sua comparação com filtros harmônicos ativos.

Fundamentos do filtro harmônico passivo

Os filtros harmônicos passivos (PHFs) funcionam com base nos princípios básicos da teoria do circuito elétrico.Estes componentes trabalham juntos de diferentes maneiras para criar um efeito de filtragem específico.

O sucesso de um PHF na remoção de harmônicos depende muito do seu desenho e posição no sistema de energia.e capacidade para criar o efeito de filtragem desejadoPara a melhor eliminação harmônica, coloque o filtro perto da fonte harmônica.

A função de um PHF é permitir certas frequências e bloquear outras.PHFs são projetados para "capturar" frequências harmônicasIsto é conseguido tornando a impedância do filtro alta nas frequências harmônicas e baixa na frequência de base.

Existem vários tipos de PHFs, cada um com sua resposta única à frequência e configurações de circuito.

Filtros de sintonização única
Filtros de dupla sintonização
Filtros de passagem elevada
Embora os PHFs sejam relativamente simples e econômicos, eles não oferecem a flexibilidade dos filtros harmônicos ativos (AHFs).

Os PHFs usam componentes passivos como reatores e capacitores, que são sintonizados para uma frequência específica para filtrar uma parte harmônica particular e reduzir os harmônicos resultantes.Também compensam a potência reativa.Vamos agora compará-los com suas contrapartes ativas.

Comparação de eficiência
Vários fatores podem influenciar a eficiência dos filtros harmônicos ativos (AHFs) e dos filtros harmônicos passivos (PHFs), incluindo as frequências harmônicas específicas no sistema, as condições de carga,Tanto os AHF como os PHF desempenham um papel crucial na redução dos harmônicos nos sistemas de energia, mas funcionam de forma diferente e oferecem níveis variáveis de eficiência.Vamos explorar como essas diferenças afetam sua eficiência.

Aqui estão algumas diferenças principais entre AHFs e PHFs:

Os AHFs podem reduzir múltiplas frequências simultaneamente.
PHFs tipicamente filtram harmônicos individuais.
Os AHFs podem ajustar-se ativamente às alterações da corrente harmônica da rede de energia dentro de um certo intervalo.
Os PHFs só podem reduzir os harmônicos de ordens fixas (3,5, 7), dentro de uma certa faixa de frequências.
Quando se trata de segurança, os AHFs evitam sobrecarga quando o limite do filtro ativo é atingido, ao contrário dos PHFs. Além disso, se um AHF ficar incapacitado, isso não afetará os motores para os quais ele otimiza a potência.Isto leva-nos a uma consideração importante ao comparar os dois.

Assim, embora os AHF e os PHF desempenhem os seus papéis e ofereçam benefícios, é claro que os AHF oferecem uma eficiência e segurança superiores na gestão de distorções do sistema de energia.

Comparação de custos

A decisão entre os filtros harmônicos ativos (AHFs) e os filtros harmônicos passivos (PHFs) é vital para o seu negócio porque eles vêm com diferentes implicações de custo.

À primeira vista, os AHFs podem parecer mais caros para uma aplicação de um único acionamento.Isto acontece porque um AHF pode corrigir múltiplas cargas, tornando-se assim uma opção mais económica a longo prazo.

Por outro lado, os PHF são tipicamente mais rentáveis para aplicações com uma carga grande, única e não linear.se a saída constante tem a maior importânciaApesar do custo inicial mais elevado, os AHF podem reduzir significativamente as despesas de energia e garantir uma produção consistente, aumentando o rendimento líquido da sua empresa.

Deve considerar fatores como as frequências harmônicas específicas do seu sistema, as condições de carga e o desenho e colocação dos filtros ao decidir entre AHF e PHF.

Embora seja necessário considerar o investimento inicial e os custos de manutenção futuros, é também crucial ter em conta as necessidades específicas do seu sistema de energia ao decidir entre AHFs e PHFs.Vamos mudar o nosso foco para o aspecto de manutenção destes filtros.

Manutenção

Os filtros harmônicos ativos e passivos apresentam vantagens e desvantagens únicas no que diz respeito à manutenção.causando sobreaquecimento e colocando desafios no dimensionamento devido à imprevisibilidade do seu impacto.

Alguns PHFs modernos, que os técnicos instalam no lado frio de sub-panéis elétricos e aplicações em terra, são passivos e indutivos.Estes dispositivos não requerem componentes elétricos de terceiros, eliminando a necessidade de manutenção.

Os filtros harmônicos ativos (AHFs), também conhecidos como unidades de correcção harmônica (HCUs), oferecem uma solução mais sofisticada para gerir distorções do sistema de energia.Os AHFs podem adaptar-se e reagir a um amplo espectro de frequências harmônicasEsta adaptabilidade torna-os uma solução flexível para várias configurações de sistemas de energia.

Um sistema de filtros harmônicos ativos consiste em três partes principais:

- Um módulo que detecta harmonia
- Um módulo de controlo.
- Um módulo de ponte do inversor

No entanto, a manutenção de AHFs não é tão simples.A sua complexidade e a incorporação da electrónica de potência podem exigir uma manutenção mais frequente.A frequência específica desta manutenção depende em grande parte do modelo de AHF e das instruções do fabricante.

Por outro lado, os filtros passivos empregam um método mais lento conhecido como comutação de contatores.Diminuição do efeito de filtragem harmónica.

Em termos de custos operacionais:

Os filtros harmônicos ativos podem incorrer em custos mais elevados devido à necessidade de monitorização e manutenção constantes.Verificações e ajustes regulares são cruciais para garantir que o filtro continue a funcionar de forma ótima à medida que as condições do sistema de energia mudam ao longo do tempo.
A instalação de um filtro harmônico passivo em cada unidade pode ser um método de compensação menos intrusivo, pois não requer manutenção contínua.
Após a discussão dos aspectos de manutenção, a próxima consideração é a adaptabilidade e flexibilidade destes filtros.