فیلتر کردن مرتبه هارمونی 2 تا 50: چرا باند پهن AHF فیلترهای تنظیم شده را شکست می دهد

خلاصه. انتخاب یک فیلتر هارمونیک فعال (AHF) با فیلترینگ واقعی مرتبه دوم تا پنجاهم هارمونیک، تفاوت بین قبولی در ممیزی THDi و رد شدن از آن است. اکثر شبکه‌های ولتاژ پایین دیگر یک هارمونیک غالب واحد را حمل نمی‌کنند: درایوهای فرکانس متغیر، یکسوسازهای UPS، درایورهای LED، شارژرهای خودروهای برقی و تجهیزات گرمایش القایی طیف متراکمی از هارمونیک‌های بینابینی و مولفه‌های مرتبه زوج را تزریق می‌کنند که راکتورهای تنظیم شده و تنظیم نشده به سادگی قادر به دیدن آن‌ها نیستند. یک فیلتر هارمونیک فعال پهن‌باند، شکل موج کامل را در زمان واقعی اندازه‌گیری می‌کند و جریانی برابر و مخالف را در محدوده مرتبه دوم تا پنجاهم تزریق می‌کند و اعوجاج هارمونیک کل جریان شبکه را صرف نظر از ترکیب بار به زیر 5% می‌رساند. این راهنما توضیح می‌دهد که فیلترینگ مرتبه هارمونیک واقعاً به چه معناست، چرا فیلترهای با تنظیم ثابت 20 تا 40 درصد اعوجاج باقیمانده را باقی می‌گذارند، و چگونه یک AHF پهن‌باند را برای تاسیسات صنعتی واقعی، مراکز داده و تاسیسات تجدیدپذیر اندازه‌گیری و پیکربندی کنیم.

منظور واقعی از "مرتبه هارمونیک دوم تا پنجاهم" چیست؟

مرتبه هارمونیک مضرب صحیح فرکانس بنیادی است که در آن یک اعوجاج متناوب تکرار می‌شود. در یک سیستم 50 هرتز، هارمونیک پنجم 250 هرتز، هارمونیک هفتم 350 هرتز و هارمونیک پنجاهم به 2500 هرتز می‌رسد. بنابراین، دستگاهی که برای فیلترینگ مرتبه دوم تا پنجاهم درجه‌بندی شده است، برای حذف مولفه‌هایی از 100 هرتز (مرتبه دوم، در 50 هرتز) تا 2500 هرتز طراحی شده است و از یک اینورتر کنترل شونده با جریان پهن‌باند به جای یک شاخه تشدیدی پسیو استفاده می‌کند.

این تمایز مهم است زیرا طیف هارمونیک یک کارخانه مدرن دیگر الگوی کتاب درسی پنجم/هفتم نیست. درایوهای شش پالس با راکتورها جریان‌های مرتبه پنجم، هفتم، یازدهم و سیزدهم تولید می‌کنند، اما هنگامی که منابع تغذیه سوئیچینگ تک فاز را اضافه می‌کنید، مرتبه‌های سوم، پنجم، هفتم، نهم، یازدهم و پانزدهم در نول ظاهر می‌شوند و یکسوسازهای دوازده پالس یا با ورودی فعال انرژی را به مرتبه‌های بیست و سوم، بیست و پنجم و بالاتر می‌فرستند. هارمونیک‌های بینابینی از کوره‌های قوس الکتریکی، اینورترهای جوشکاری و مبدل‌های بادی بین مرتبه‌های صحیح قرار دارند و برای بانک راکتور تنظیم نشده نامرئی هستند. یک فیلتر هارمونیک فعال جریان بار را با یک DSP نمونه‌برداری می‌کند، شکل موج را تجزیه می‌کند و یک جریان جبران‌کننده را در هر فرکانسی که برای هدف‌گیری برنامه‌ریزی شده است - معمولاً یک محدوده قابل انتخاب از مرتبه دوم تا پنجاهم، با قابلیت روشن یا خاموش کردن مرتبه‌های فردی - سنتز می‌کند.

از نظر فیزیکی، فیلتر یک اینورتر منبع ولتاژ است: یک پل IGBT، یک بانک خازن باس DC، یک سلف فیلتر خروجی و یک کنترلر با سرعت بالا. این فیلتر به تشدید متکی نیست، بنابراین نمی‌تواند هارمونیک‌ها را مانند یک بانک خازن تقویت کند و نمی‌تواند توسط پروفایل بار متغیر اضافه بار شود. این تعریف فنی است که خریداران باید در برگه مشخصات تأیید کنند: محدوده مرتبه فیلترینگ، زمان پاسخ، فرکانس سوئیچینگ، و اینکه آیا انتخاب مرتبه برای هر نصب قابل برنامه‌ریزی است.

دو جزئیات اندازه‌گیری اغلب اشتباه گرفته می‌شوند. THDi یک نسبت است - RMS هارمونیک تقسیم بر RMS بنیادی - بنابراین با کاهش جریان بنیادی در بار کم به شدت افزایش می‌یابد، حتی اگر جریان هارمونیک مطلق افزایش نیافته باشد. TDD جریان هارمونیک را در برابر حداکثر جریان تقاضا بیان می‌کند، به همین دلیل است که شرکت‌های برق معمولاً TDD را در نقطه اتصال مشترک اعمال می‌کنند در حالی که مهندسان کارخانه THDi را در تابلو پیگیری می‌کنند. یک فیلتر پهن‌باند جریان هارمونیک مطلق را جبران می‌کند، بنابراین یک ماژول 50 آمپری یکسان می‌تواند مقادیر THDi بسیار متفاوتی را در دو نقطه اندازه‌گیری در یک سایت نشان دهد. همیشه هنگام تبادل مشخصات، نقطه اندازه‌گیری، وضعیت بار و استاندارد مورد استفاده (IEEE 519 یا IEC 61000-3-12) را بیان کنید.

چرا فیلترینگ پهن‌باند از راه‌حل‌های با تنظیم ثابت بهتر است

1. پوشش طیف کامل، اعوجاج باقیمانده را حذف می‌کند. یک راکتور 7% تنظیم نشده از خازن محافظت می‌کند اما فقط یک باند باریک در اطراف فرکانس تنظیم شده را جذب می‌کند. اندازه‌گیری‌های میدانی در کارخانه‌های با درایو زیاد به طور معمول نشان می‌دهند که THDi پس از فیلترینگ پسیو از 32% به 18-20% کاهش می‌یابد، که هنوز هم بسیار بالاتر از محدودیت‌های برنامه‌ریزی IEEE 519 و IEC 61000-3-12 است. یک فیلتر هارمونیک فعال پهن‌باند که مرتبه دوم تا پنجاهم را پوشش می‌دهد، معمولاً THDi جریان را در نقطه اتصال به زیر 5% می‌رساند، زیرا مجموع تمام مرتبه‌های هدف‌گیری شده را به جای یکی از آن‌ها جبران می‌کند.

2. با تغییر بار سازگار می‌شود. راه‌حل‌های پسیو برای یک نقطه عملیاتی اندازه‌گیری می‌شوند. هنگامی که یک کارخانه در شب با بار 30% و در اوج با بار 90% کار می‌کند، فرکانس تشدید شاخه خازن-راکتور با بار متصل تغییر می‌کند و کیفیت جبران کاهش می‌یابد. فیلترینگ هارمونیک انتخابی در یک AHF حلقه را هر چند صد میکروثانیه می‌بندد، بنابراین جبران در طول چرخه کاری بار را ردیابی می‌کند - که برای خطوط جوشکاری، پرس‌کاری و هاب‌های شارژ حیاتی است.

3. از نول و ترانسفورماتور محافظت می‌کند. هارمونیک‌های سه‌تایی (سوم، نهم، پانزدهم) به صورت حسابی در نول یک سیستم چهار سیمه جمع می‌شوند. ساختمان‌های اداری، مراکز داده و پارکینگ‌های شارژ خودروهای برقی با بارهای یکسوساز تک فاز، اغلب جریان‌های نول بالاتر از جریان فاز را مشاهده می‌کنند که منجر به خرابی عایق و گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتور می‌شود. فقط یک فیلتر هارمونیک فعال چهار سیمه با هدف‌گیری مرتبه سوم می‌تواند این مولفه‌ها را حذف کند؛ یک بانک پسیو سه سیمه نمی‌تواند.

4. سرمایه‌گذاری را آینده‌نگر می‌کند. کارخانه‌ها به طور مداوم بار اضافه می‌کنند. از آنجایی که یک AHF ماژولار مانند واحد جبران‌کننده راکتیو پویا 380 ولت 50 آمپر را می‌توان بعداً با ماژول‌های اضافی به صورت موازی متصل کرد، ظرفیت می‌تواند بدون تعویض تابلو برق افزایش یابد. انتخاب مرتبه هارمونیک قابل برنامه‌ریزی نیز به این معنی است که سخت‌افزار یکسان می‌تواند در صورت تغییر ترکیب بار پس از ارتقاء خط، مجدداً تنظیم شود.

5. مزایای ثانویه را به همراه دارد. واحدهای مدرن، کاهش هارمونیک را با جبران توان راکتیو، اصلاح ضریب توان و متعادل‌سازی بار سه فاز ترکیب می‌کنند، بنابراین یک محفظه جایگزین بانک خازن، مجموعه راکتور تنظیم نشده و دستگاه متعادل‌کننده می‌شود. کارخانه‌هایی که یک فیلتر توان فعال چند منظوره 50 آمپر تا 600 آمپر نصب می‌کنند، اغلب سرمایه‌گذاری را از طریق کاهش تلفات خط، ظرفیت ترانسفورماتور آزاد شده و جریمه‌های هارمونیک شرکت برق اجتناب شده در عرض 18 تا 36 ماه بازیابی می‌کنند.

6. الزامات اثبات شبکه‌های مدرن را برآورده می‌کند. شرکت‌های برق، بیمه‌گران و مشاوران EPC به طور فزاینده‌ای داده‌های اندازه‌گیری شده قبل و بعد از هارمونیک را به جای ادعای پلاک نام درخواست می‌کنند. از آنجایی که یک فیلتر فعال به طور مداوم THDi، مقادیر مرتبه فردی، ضریب توان و جریان بار را ثبت می‌کند، سابقه انطباق را تولید می‌کند که یک بانک پسیو نمی‌تواند. در پروژه‌هایی که تحت بندهای انطباق کد شبکه تأمین مالی می‌شوند، این قابلیت ثبت اغلب یک الزام مناقصه است تا یک راحتی.

نحوه مشخص کردن و استقرار فیلترینگ مرتبه دوم تا پنجاهم در عمل

مشخص کردن یک AHF پهن‌باند یک تمرین مهندسی چهار مرحله‌ای است: اندازه‌گیری، اندازه‌گیری، پیکربندی و تأیید.

مرحله 1 - طیف را اندازه‌گیری کنید، نه فقط عدد THD. یک نظرسنجی کیفیت توان یک هفته‌ای با یک تحلیلگر کلاس A باید مرتبه‌های هارمونیک فردی، جریان نول، عدم تعادل فاز و پروفایل بار را ثبت کند. خروجی به شما می‌گوید که کدام مرتبه‌ها غالب هستند، آیا محتوای مرتبه زوج یا بینابینی وجود دارد، و آیا سایت به جبران 3P3W یا 3P4W نیاز دارد. سایت‌هایی که مرتبه‌های سوم و نهم بیش از 10% بنیادی هستند، به یک واحد چهار سیمه نیاز دارند - به عنوان مثال ماژول سرکوب هارمونیک صنعتی چهار سیمه 30 آمپر، که هارمونیک‌های سه‌تایی را در مسیر نول هدف قرار می‌دهد.

مرحله 2 - بر اساس جریان جبران‌کننده، نه بر اساس kVA، اندازه‌گیری کنید.جریان فیلتر مورد نیاز، مجموع RMS جریان‌های هارمونیک است که قصد دارید حذف کنید، با حاشیه برای بار آینده. یک قانون میدانی رایج: جریان فیلتر ≥ 1.2 * جریان هارمونیک اندازه‌گیری شده در نقطه اتصال مشترک. برای یک تابلو توزیع 400 ولت که تغذیه بار درایو شش پالس 180 آمپر با THDi 28% را انجام می‌دهد، جریان هارمونیک تقریباً 50 آمپر است، بنابراین یک ماژول 75 آمپر فضای کافی را فراهم می‌کند. در جایی که انتظار رشد بار وجود دارد، یک کابینت AHF ایستاده 75 آمپری یا یک سیستم رک موازی، ظرفیت اضافی را بدون بیش از حد اندازه‌گیری در روز اول حفظ می‌کند.

مرحله 3 - انتخاب مرتبه و پاسخ را پیکربندی کنید. در راه‌اندازی، فقط مرتبه‌های موجود در نظرسنجی را فعال کنید، ضریب توان هدف و آستانه THDi را تنظیم کنید، و زمان پاسخ را تأیید کنید - واحدهای با کارایی بالا در عرض 5 میلی‌ثانیه واکنش نشان می‌دهند و در کمتر از 20 میلی‌ثانیه به جبران کامل می‌رسند. برای یک AHF مرکز داده 400 ولت 100 آمپر، انتخاب مرتبه معمولاً به 5 تا 25 محدود می‌شود با بهره محافظه‌کارانه تا فیلتر هرگز با حلقه‌های کنترل UPS نوسان نکند. برای سیستم‌های معدنی 690 ولت، اولویت استحکام است: تحمل ورودی گسترده، محفظه IP54 و خنک‌کننده سنگین بیش از عمق جبران تهاجمی اهمیت دارد.

خطاهای رایج مشخصات برای اجتناب. اندازه‌گیری بر اساس kVA به جای جریان هارمونیک، رایج‌ترین اشتباه است، پس از آن نصب یک واحد سه سیمه روی تابلو چهار سیمه، قرار دادن CT در پایین دست فیلتر به طوری که کنترلر خروجی خود را جبران کند، و نادیده گرفتن فضای خنک‌کننده در یک کابینت مهر و موم شده. دو تله دیگر: فرض اینکه هر فیلتری شبکه‌های معدنی 690 ولت را بدون بررسی تحمل ورودی و حفاظت محفظه مدیریت می‌کند، و فراموش کردن اینکه ماژول‌های موازی نیاز به فریم‌ور منطبق و سیگنال CT مشترک دارند. هر یک از این‌ها بعداً به عنوان اعوجاج باقیمانده یا تریپ مزاحم ظاهر می‌شوند، و هر کدام در مرحله طراحی با یک نمودار تک خطی مناسب قابل اجتناب هستند.

مرحله 4 - با گزارش پس از نصب تأیید کنید. THDi، TDD، PF و جریان نول را در همان نقطه تحت همان شرایط بار مجدداً اندازه‌گیری کنید. یک فیلتر پهن‌باند که به درستی مشخص شده است باید THDi ≤ 5%، PF ≥ 0.99 و کاهش جریان نول بیش از 80% در سیستم‌های چهار سیمه را ارائه دهد. ثبت شکل موج قبل و بعد را در سند تحویل گنجانده - این شواهد همان چیزی است که شرکت‌های برق و مشاوران در بازرسی می‌پذیرند.

برای کارخانه‌هایی که چندین نوع بار را ترکیب می‌کنند، رویکرد عملی یک معماری ترکیبی است: یک AHF ولتاژ پایین مرکزی در تابلو توزیع اصلی، به علاوه ماژول‌های کوچکتر در تابلوهای فرعی مشکل‌ساز. این امر جبران را نزدیک به منبع نگه می‌دارد، تلفات کابل را به حداقل می‌رساند و امکان سرمایه‌گذاری مرحله‌ای را فراهم می‌کند. در سایت‌های چند ساختمانی، شبکه کنترل به اندازه سخت‌افزار مهم است: تأیید کنید که ماژول‌ها می‌توانند به صورت جداگانه از طریق RS485 یا اترنت آدرس‌دهی شوند، که گزارش‌های رویداد دارای برچسب زمانی هستند، و اینکه سیستم جبران مرتبه به مرتبه را گزارش می‌دهد تا تیم‌های نگهداری بتوانند یک ماژول در حال تخریب را قبل از تأثیرگذاری بر تولید تشخیص دهند.شما می‌توانید کل محدوده AHF، از واحدهای دیواری 15 آمپر تا کابینت‌های 600 آمپر را در دسته فیلتر هارمونیک فعال ما مرور کنید، و مهندسان ما می‌توانند طیف موجود شما را در برابر هر اندازه قاب موجود شبیه‌سازی کنند قبل از اینکه شما به سفارش خرید متعهد شوید.سوالات متداول

تفاوت بین مرتبه هارمونیک و فرکانس هارمونیک چیست؟

مرتبه هارمونیک مضرب فرکانس بنیادی است؛ فرکانس هارمونیک مقدار هرتز حاصل است. در یک منبع تغذیه 50 هرتز، مرتبه پنجم برابر با 250 هرتز است، در حالی که در یک منبع تغذیه 60 هرتز، همان مرتبه برابر با 300 هرتز است. مشخصات فیلترینگ همیشه بر حسب مرتبه نوشته می‌شود زیرا مستقل از فرکانس شبکه محلی هستند.

آیا AHF می‌تواند مرتبه دوم و مرتبه‌های زوج را فیلتر کند؟

بله. یک فیلتر فعال پهن‌باند با انتخاب مرتبه قابل برنامه‌ریزی می‌تواند مرتبه‌های زوج مانند دوم و چهارم را هدف قرار دهد که در بارهای یکسوساز نیم موج و برخی درایوهای DC ظاهر می‌شوند. راکتورهای تنظیم نشده پسیو نمی‌توانند این کار را انجام دهند، به همین دلیل است که کارخانه‌های نیمه‌هادی و آبکاری الکتریکی معمولاً به فیلترینگ فعال نیاز دارند.

آیا فیلترینگ مرتبه دوم تا پنجاهم، بینابینی‌ها را پوشش می‌دهد؟

تا حدی. بینابینی‌ها بین مرتبه‌های صحیح قرار دارند و حذف آن‌ها به پهنای باند کنترل‌کننده و فرکانس سوئیچینگ بستگی دارد تا جدول مرتبه. AHFهای با کارایی بالا با کنترل DSP سریع، بیشتر بینابینی‌های مرتبه پایین را کاهش می‌دهند، اما مشخصات همیشه باید با اندازه‌گیری سایت تأیید شود.

آیا واحد 3 سیمه برای ساختمان من کافی است؟

فقط اگر بار واقعاً سه فاز متعادل باشد. ساختمان‌های تجاری، دفاتر و هاب‌های شارژ با بارهای تک فاز، هارمونیک‌های سه‌تایی را در نول تولید می‌کنند که نیاز به واحد چهار سیمه با جبران مرتبه سوم دارند. انتخاب مدل 3P4W از ابتدا از نصب مجدد بعدی جلوگیری می‌کند.

چه THDi را می‌توانم واقعاً پس از نصب انتظار داشته باشم؟

با اندازه‌گیری صحیح و حداقل 20% حاشیه، THDi جریان در نقطه اتصال مشترک معمولاً به 3-5% کاهش می‌یابد و ضریب توان به بالای 0.99 افزایش می‌یابد. اگر نقطه اندازه‌گیری در پایین دست فیلتر قرار گیرد، اعوجاج باقیمانده از بارهای محلی ممکن است هنوز قابل مشاهده باشد، بنابراین همیشه نقطه انطباق را به وضوح مشخص کنید.

چند ماژول را می‌توان در یک سیستم به صورت موازی متصل کرد؟

بیشتر پلتفرم‌های ماژولار از چهار تا هشت واحد به صورت موازی در هر کنترل‌کننده پشتیبانی می‌کنند، با ظرفیت محدود شده توسط نسبت CT و رتبه باس. تاسیسات بزرگتر از چندین کنترل‌کننده متصل از طریق RS485 یا اترنت استفاده می‌کنند که همچنین افزونگی N+1 را برای مراکز داده و تاسیسات فرآیند حیاتی امکان‌پذیر می‌سازد.

نتیجه‌گیری

پوشش مرتبه هارمونیک مفیدترین مشخصه هنگام مقایسه فیلترهای هارمونیک فعال است. واحدی که برای فیلترینگ انتخابی مرتبه دوم تا پنجاهم، با پاسخ 5 میلی‌ثانیه، قابلیت چهار سیمه و انتخاب مرتبه قابل برنامه‌ریزی درجه‌بندی شده است، محدودیت‌های IEEE 519 و IEC 61000 را در پروفایل‌های بار متغیر برآورده می‌کند - در حالی که راه‌حل‌های پسیو با تنظیم ثابت فقط مشکل را جابجا می‌کنند. ابتدا طیف را اندازه‌گیری کنید، بر اساس جریان جبران‌کننده اندازه‌گیری کنید، سپس با گزارش پس از نصب تأیید کنید.

آماده‌اید تا AHF مناسب را برای سایت خود مشخص کنید؟

گزارش کیفیت توان یا لیست بار خود را برای ما ارسال کنید، و تیم مهندسی ما پیشنهاد اندازه‌گیری، شبیه‌سازی هارمونیک و قیمت را ظرف 24 ساعت به شما باز می‌گرداند. ما همچنین از برنامه‌های OEM و ODM با محفظه‌های برچسب خصوصی و پارامترهای کنترل سفارشی پشتیبانی می‌کنیم.

اکنون برای دریافت قیمت یا کاتالوگ محصول با ما تماس بگیرید.