Filtro Harmônico Ativo (AHF): O Guia Completo para Mitigação de Harmônicos

Resumo.Um filtro harmônico ativo é a resposta padrão para distorção de corrente em redes de baixa tensão, mas a escolha de um bem requer entender o que é distorção realmente, de onde vem,e como a compensação difere da correcção reactivaEste guia completo abrange os fundamentos, os parâmetros técnicos que determinam o desempenho, o tamanho e o método de selecção e as cinco áreas de aplicação em que os filtros são mais frequentemente necessários:Centros de dadosO relatório, que abrange os seguintes domínios: energia solar e armazenamento, mineração e processamento pesado, e instalações industriais gerais.Assim, um engenheiro pode passar de uma declaração de problema para um projeto defensivo sem depender apenas de um catálogo..

O que é um filtro harmônico ativo e como ele funciona?

Um filtro harmónico ativo (AHF) é um conversor eletrônico de potência ligado em paralelo a uma rede elétrica que mede a corrente de carga,extrai seu conteúdo de distorção e injeta uma corrente igual e oposta para que a corrente de alimentação se torne sinusoidalO conversor é um inversor de fonte de tensão construído a partir de uma ponte IGBT, um banco de condensadores de barramento DC e um inductor de filtro de saída,com uma tensão máxima de 80 V ou mais, mas não superior a 80 V,.

Os harmônicos são correntes em múltiplos inteiros da frequência fundamental produzidas por cargas não lineares: unidades de frequência variável, retificadores UPS, controladores LED, carregadores EV,aquecedores por indução e equipamentos de soldaCausam aquecimento adicional em transformadores, cabos e motores, podem excitar ressonância com bancos de capacitores,e são limitados por normas como a IEEE 519 e a IEC 61000-3-12 no ponto de acoplamento comum.

O filtro difere de uma solução passiva de três maneiras: não depende da ressonância, por isso não pode amplificar um harmônico como um condensador desafinado pode.Assim, ordens harmônicas individuais podem ser selecionados a partir do 2o para o 50o de acordo com o espectro medidoE responde em milissegundos, o que lhe permite seguir cargas que mudam mais rápido do que um ciclo de abastecimento.

A maioria dos dispositivos modernos também fornece corrente reativa, equilíbrio de carga e algum nível de suporte de piscar,que é por isso que as categorias de filtro de potência ativa (APF) e filtro harmônico ativo convergiramUm gerador de variável estático (SVG) compartilha a topologia do conversor, mas regula a tensão e a potência reativa em vez da distorção da corrente, e é tipicamente aplicado em classificações mais altas e voltagem média.

O resultado é um aparelho que se comporta como um filtro adaptativo e não como um componente fixo: observa, calcula e injeta continuamente.É também por isso que o seu desempenho depende da medição correta, a colocação correta da TC e a colocação em funcionamento correta, tanto quanto no próprio hardware.

O que o dispositivo não faz.Um AHF não pode corrigir baixas de tensão, interrupções ou transientes e não pode corrigir problemas de fiação, neutros de tamanho insuficiente ou transformadores sobrecarregados.em versões multifuncionaisOs compradores que esperam que um filtro resolva um problema de tensão geralmente ficam desapontados, razão pela qual a pesquisa vem antes da especificação.

Como é estruturado o mercado.Os produtos variam de módulos montados na parede de algumas dezenas de amperes a gabinetes de várias centenas de amperes, e de unidades básicas de somente harmônicos a dispositivos multifuncionais com reactivo,Capacidade de equilíbrio e de extração de madeira- as diferenças de preço entre as cotações reflectem geralmente diferenças no direito, na classe do gabinete e nas características de controlo, e não no princípio subjacente,que é essencialmente idêntico entre os fabricantes.

Por que a distorção harmônica custa dinheiro e como os filtros a recuperam

1As perdas aparecem na conta.A corrente harmónica aumenta a corrente RMS em todos os condutores, aumentando as perdas de I2R em cabos, barras e enrolamentos de transformadores.A energia acumulada é mensurável e recuperável..

2A capacidade do transformador está consumida.A corrente harmônica aquece os enrolamentos e desacelera os transformadores.

3A vida útil do equipamento é reduzida.Os condensadores, motores e motores electrónicos operam a temperaturas mais elevadas sob distorção e a sua vida útil diminui a cada grau.

4A conformidade é aplicada.Os serviços públicos e os códigos de rede limitam as emissões harmônicas no ponto de ligação.

5As interrupções de produção têm um custo.A interrupção da produção por perturbações nos acionamentos, falhas nos condensadores e defeitos no controlo causados por distorções. A redução da distorção reduz a frequência desses eventos.

6As acusações e as sanções reativas são evitáveis.Muitas tarifas incluem um componente reativo que um dispositivo multifunção pode eliminar enquanto também filtra harmônicos, melhorando a economia de uma única instalação.

7A expansão torna-se possível sem uma actualização da subestação.Quando um local se aproxima do limite de capacidade, a libertação de espaço para a cabeça harmônica pode permitir uma carga adicional sem novos transformadores ou equipamentos de comutação, frequentemente o maior benefício financeiro de todo o projeto.

8Padrões e provas importam tanto quanto o desempenho.Um dispositivo que tenha um bom desempenho, mas que chegue sem um pacote de certificação coerente, pode atrasar um programa de colocação em serviço.O resumo do ensaio de tipo e a classe EMC antes da encomenda, e exigem os documentos como entregáveis na ordem de compra.

Como as aplicações diferem na prática.Um data hall precisa de compensação de quatro fios, redundância e registro porque a carga nunca pára. Um hub de carregamento precisa de velocidade e equilíbrio porque a carga passa em segundos.Uma central fotovoltaica precisa de estabilidade em carga leve e coordenação com inversores. Uma mina precisa de hardware de 690 V, proteção IP54 e parâmetros compatíveis com geradores. Uma fábrica geral geralmente precisa de uma mistura de um gabinete central e pequenos módulos locais. A tecnologia é a mesma;As prioridades não são.

Como selecionar, dimensionar e aplicar um AHF

Passo 1  Medir.Analise o espectro de carga, THDi, TDD, fator de potência, corrente neutra e desequilíbrio durante pelo menos uma semana, em vários níveis de carga.

Passo 2  Definir o ponto e o limite de conformidade.Estabelecer se o alvo é um padrão, um código de rede ou um contrato, e em que ponto é medido.

Passo 3 ️ Tamanho na corrente harmônica.Somar as correntes harmônicas alvo em RMS, aplicar 25-30 por cento de espaço para a desratização e crescimento ambiente, e selecionar o quadro mais próximo.O dimensionamento a partir de uma percentagem de THDi sozinho é o erro de projeto mais comum.

Passo 4 ️ Escolha o formato.As unidades montadas na parede são adequadas para placas comerciais e pequenas adaptações; os módulos de rack de 19 polegadas são adequados para subestações e expansão escalonada; os armários de chão são adequados para placas principais e indústria pesada.Selecione o formato antes de corrigir o layout, porque as libertações e o arrefecimento dependem dele.

Passo 5 Especificar a configuração elétrica.Confirme classe de tensão, frequência, três ou quatro fios, classificação neutra, tempo de resposta, ordem harmônica, protocolo de comunicação e grau de proteção.Estes nove elementos separam uma citação comparável de uma ambiguidade.

Passo 6  Planear a arquitetura.Uma unidade central na placa principal mais módulos locais em sub-boards problemáticos geralmente superam um único dispositivo grande, porque a compensação permanece perto da fonte.Visão geral da categoria AHFPara comparar quadros e corresponder a classe de resposta à carga:Centro de dados AHFpara salas críticas,Estação de carregamento AHFpara os centros de transporte,Mineração de 690 Vpara carga cíclica pesada, eAPF multifuncionalonde as funções de reacção e de equilíbrio viajam com a carga harmónica.

Etapa 7  Comissão adequada.Verificar a polaridade CT, registar os parâmetros, executar um teste de fase de carga, e medir antes e depois no ponto de conformidade.gabinete de pisooumódulo de parede e de estanteO processo é o mesmo; só a complexidade do sistema muda.

Lista de verificação das especificações.Voltagem nominal e medida; frequência; três ou quatro fios; corrente de compensação com espaço para a cabeça indicado; intervalo de ordem harmônica; definição do tempo de resposta; capacidade de reacção e de equilíbrio;Capacidade de armazenamento e classificação IPOs fornecedores que respondem por escrito às doze questões estão a vender uma solução de engenharia..AQuadro montado em rackO projecto industrial está em fase de desenvolvimento e pode ser desenvolvido em paralelo com o crescimento da carga.

Erros comuns de design.Dimensões a partir de uma percentagem em vez de um espectro, ignorando o neutro em quadros de quatro fios, colocando CTs a jusante do filtro, especificando uma unidade de três fios para cargas monofásicas,e omitir o teste de comissionamento da ordem de compraCada um é barato de evitar na fase de concepção e caro de corrigir após a instalação, e cada um aparece regularmente em projetos que não conseguiram seguir um método medido.

Custo total de propriedade.Comparar o custo de desembarque, não o preço nominal: incluir CTs, cabos, equipamentos de comutação, comissionamento, documentação e peças de reposição.Um quadro ligeiramente mais caro com disponibilidade local de peças sobressalentes e certificação completa costuma custar menos de cinco anos do que uma unidade mais barata que exige uma declaração de fábrica para cada falha, em especial em locais onde o tempo de inatividade tem um custo de produção.

Como fazer uma implementação em fases.Começar com uma pesquisa sobre os dois piores conselhos, instalar uma compensação lá, verificar o resultado e usá-lo para justificar o programa mais amplo.produz evidências internas e permite melhorar a especificação entre as fasesTambém corresponde à forma como o orçamento é normalmente liberado nas organizações industriais.

O que esperar após a instalação.Com o dimensionamento correto, o THDi atual no ponto de conformidade normalmente cai abaixo de 5% e o fator de potência sobe acima de 0.99Realisticamente, os resultados variam consoante a condição de carga, o ponto de medição e a distorção de fundo, pelo que o objectivo deve ser definido em função de uma medição específica e não de uma expectativa genérica.

Documentar a decisão.Registre o levantamento, o cálculo, o quadro selecionado e o resultado esperado antes da compra.e é o que permite que um segundo local para ser especificado de forma rápida e consistenteO juízo de engenharia sem registos é difícil de defender e impossível de repetir.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre um AHF e um banco de capacitores?

Um banco de capacitores fornece corrente reativa fixa e melhora o fator de potência, mas não pode remover harmônicos e pode amplificá-los.Um AHF injeta uma corrente controlada que cancela a distorção e também pode fornecer corrente reativa, adaptando-se às mudanças de carga.

Como sei se preciso de filtragem ou compensação reativa?

Medir ambos: um THDi elevado com um fator de potência aceitável requer filtragem; um fator de potência baixo com uma distorção modesta requer compensação reativa;ambos em conjunto justificam um dispositivo multifunção ou um arranjo híbrido com pontos de medição separados.

De que tamanho de filtro preciso?

Dimensão da corrente harmônica medida em amperes, somada em RMS, com 25-30% de espaço para a cabeça.Uma regra empírica baseada na classificação do transformador ou na conta mensal não é confiável e frequentemente leva a uma unidade de tamanho insuficiente ou de tamanho excessivo.

Onde deve ser instalado o filtro?

No ponto que corresponde à medição da conformidade, normalmente a placa principal ou o transformador secundário, mais módulos locais onde as sub-placas transportam carga não linear concentrada.A compensação deve ser capaz de medir a corrente que deve corrigir.

Quanto tempo dura um AHF?

Mais de uma década num ambiente controlado, com os condensadores de autocarro DC e ventiladores de arrefecimento como os principais elementos de desgaste.A limpeza regular do filtro e a verificação anual da temperatura são as duas medidas de manutenção que mais afectam a vida útil.

Um filtro pode servir a várias placas?

Apenas se os CT medirem a corrente combinada e as placas forem alimentadas a partir do mesmo ponto sem fontes separadas.Caso contrário, cada placa ou alimentador precisa de sua própria medição e sua própria compensação.

Conclusão

Um filtro harmônico ativo converte um problema de qualidade de energia imprevisível num resultado controlado e mensurável.definir o ponto de conformidade, tamanho em corrente harmónica com espaço para a cabeça, escolher um formato e uma configuração elétrica que correspondam à instalação e comissionar com verificação documentada.equilíbrio, redundância, formato de montagem é uma variação nessa base.

Pronto para especificar?Envie-nos os seus dados de qualidade de energia, diagrama de linha única e meta de conformidade, e os nossos engenheiros vão devolver um cálculo de tamanho, recomendação de quadro e plano de comissionamento.Contacte a nossa equipa de engenharia..