- Was sind Oberschwingungen im elektrischen System?
- Warum müssen Oberschwingungen im Stromnetz beseitigt werden?
- Art der Oberschwingungsfilter
- Passive Oberschwingungsfilter
- Aktive Oberschwingungsfilter
- So wählen Sie Oberschwingungsfilter aus
Was sind Oberschwingungen im elektrischen System?
In Stromversorgungssystemen werden Harmonische als positive ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz definiert. Harmonisch ist eine Spannung oder ein Strom, der bei einem Vielfachen der Grundfrequenz auftritt. Es wird oft als Rauschen in der Stromleitung angesehen.
Die Oberwellen im Stromnetz können in zwei Typen eingeteilt werden: Stromoberwellen und Spannungsoberwellen.
Die Stromoberschwingungen durch die nichtlineare Last, wie VSDs (drehzahlvariable Antriebe) induziert. Die nichtlinearen Lasten ziehen Strom aus der Stromleitung, die sich nicht in einer perfekten sinusförmigen Wellenform befindet. Die nicht sinusförmige Stromwellenform kann eine komplexe Reihe einfacher sinusförmiger Wellenformen sein, die mit einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz der Stromleitung schwingen können.
In den meisten Fällen werden die Spannungsoberwellen durch die Stromoberwellen verursacht. Die Spannungsharmonische tritt aufgrund der verzerrten Spannung auf, die durch den Effekt der Stromoberwellen mit der Quellenimpedanz erzeugt wird.
Das obige Bild zeigt die Notstromwellenform über der nichtlinearen Last. Hier folgt die verzerrte Stromwellenform nicht der Sinuswelle. Dies zeigt die Stromoberwellen im Stromnetz.
Warum müssen Oberschwingungen im Stromnetz beseitigt werden?
Strom- und Spannungsoberwellen sind direkt proportional zur verrauschten Leistungsübertragung auf die Last. Verschiedene Haushalts- und Bürogeräte sind für die Oberschwingungen im Stromnetz verantwortlich. Die Oberschwingungen des Stromversorgungssystems erhöhen häufig den Laststrom. Verschiedene Instrumente, wie Leuchtstofflampen in den Fabriken oder im Haus oder Büro, sind von Oberschwingungen betroffen und leiden unter verschiedenen Fehlfunktionen. Motoren sind stark von den Oberschwingungen des Stromversorgungssystems betroffen.
Manchmal können die Oberwellen in den Stromversorgungssystemen sehr gefährlich sein und die an die Instrumente abgegebene Leistung erhöhen, was zu einem Temperaturanstieg in der Last führt und die Lebensdauer des Instruments verkürzen kann.
Um diese Oberschwingungen des Stromversorgungssystems zu überwinden, muss der Stromanschluss rekonstruiert werden, um nichtlineare Lasten anzutreiben und Oberschwingungsfilter in das Stromnetz einzuführen.
Art der Oberschwingungsfilter
Oberschwingungsfilter sind sehr effektiv, um teure elektrische Geräte vor verzerrten Leistungsabgaben aufgrund von Oberschwingungen zu schützen. Abhängig von der Nennleistung, der angelegten Spannung, der einphasigen oder dreiphasigen und anderen lastabhängigen Parametern gibt es auf dem Elektro- und Elektronikmarkt verschiedene Arten von Oberschwingungsfiltern.
Jedoch gibt es zwei Haupttypen von Harmonics Filter zur Verfügung, die sind Passive and Active Harmonic Filter Harmonic Filter.
Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Arten von Oberschwingungsfiltern besteht in den Komponenten, die für das Filterdesign verwendet werden. Passive Oberschwingungsfilter verwenden einfache passive Komponenten, hauptsächlich Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren. Während aktive Oberschwingungsfilter aktive Komponenten wie verschiedene Arten von BJTs, IGBTs, MOSFETs und integrierten Schaltkreisen verwenden.
Da es sich bei den Oberschwingungsfiltern um die Sicherheitsausrüstung für elektrische Leitungen handelt, müssen sie die internationalen Sicherheitsstandards wie IEEE, EN, AS, BS und das UL-Zeichen des Versicherers bestätigen.
Die Oberwellenfilter können auch in verschiedenen Reihenfolgen ausgeführt werden. Wie bei einer Harmonischen dritter Ordnung können Filter die Frequenz herausfiltern, die das dritte Vielfache der Grundfrequenz ist.
Passive Oberschwingungsfilter
Passive Oberschwingungsfilter sind die gebräuchlichsten und am leichtesten verfügbaren Oberschwingungsfilter. Es ist ein erschwinglicher Filter, um die Oberschwingungsstörung in der Stromleitung zu unterdrücken.
Wie bereits erwähnt, verwenden passive Oberschwingungsfilter standardmäßige passive Komponenten wie Widerstandsinduktivitäten und Kondensatoren. Diese passiven Komponenten werden verwendet, um einen Tankkreislauf zu bilden. Der Tankkreis ist speziell so ausgelegt, dass er in Bezug auf die unerwünschten Harmonischen mit der gleichen Resonanzfrequenz betrieben werden kann. Die passiven Oberschwingungsfilter blockieren den Durchgang unerwünschter Oberschwingungen. Das passive Oberschwingungsfilter wandelt den Oberschwingungsstrom in Wärme um und schützt das Endgerät oder die Last. Der Filter kann auf eine bestimmte Frequenz eingestellt werden, die als Harmonische beseitigt werden muss.
Es werden hauptsächlich vier Arten von passiven Oberschwingungsfiltern verwendet:
1. Hochpassfilter
2. Bandpassfilter
3. Filter vom Typ C und
4. Serienfilter.
Hochpassfilter
Passive Harmonische-Hochpassfilter werden verwendet, um Harmonische höherer Ordnung zu eliminieren und den weiten Frequenzbereich flexibel zu steuern. Das grundlegende Hochpass-Oberschwingungsfilterdesign verwendet drei passive Komponenten, Widerstand, Kondensator und Induktivität.
Im obigen Bild sehen wir den Grundaufbau eines passiven Hochpass-Oberschwingungsfilters. Die Konstruktion zeigt den Widerstand und der Induktor ist in Parallelschaltung ein Kondensator in Reihe geschaltet. Das Filter erzeugt flache Impedanzkennlinien im Hochfrequenzbereich. Die hohe Frequenz verringert den Leistungsverlust.
Diese Art von Filter ist vor allem für die Filterung verwendet, 5 th / 6. oder höherer Ordnung Strom. Oft werden verschiedene Filter mit Hochpass-Oberschwingungsfiltern kombiniert, um Leistungsverluste bei Verwendung in Anwendungen niedriger Ordnung oder niedriger Frequenz zu vermeiden.
Die Impedanzkurve mit der Frequenz kann im folgenden Bild gezeigt werden.
Bandpassfilter
Das Bandpass-Oberschwingungsfilter ist ein doppelt abgestimmtes Filter. Das Bandpass-Oberschwingungsfilter besteht aus zwei Kondensatoren, zwei Induktivitäten und einem einzigen Widerstand. Es wird auch für harmonische Filtrationszwecke hoher Ordnung verwendet. Dieses Filter arbeitet mit der kombinierten Parallelresonanz des Standardbandpassfilters zusammen mit der Serienresonanz von Induktor und Kondensator zusammen.
In der obigen Abbildung ist das grundlegende Schema des Bandpassfilters dargestellt. Die Filterschaltung besteht aus zwei Teilen, wobei im ersten Teil ein Kondensator C2 und die Induktivität L2 in Reihe geschaltet sind, während im zweiten Teil ein Widerstand, eine Induktivität und ein Kondensator parallel geschaltet sind. Der erste Teil und der zweite Teil sind ebenfalls in Reihe geschaltet.
Die Impedanzkennlinien mit der Frequenz können in der folgenden Grafik dargestellt werden.
Filter vom Typ C.
Filter vom Typ C werden für die Filterung niedriger oder dritter Ordnung verwendet, beispielsweise für die Filterung von Oberwellen zweiter oder dritter Ordnung. Filter vom Typ C haben einen geringeren Verlust als der entsprechende Bandpass oder das Serienfilter.
C-Filter bestehen aus 4 passiven Komponenten - zwei Kondensatoren, einer Induktivität und einem einzelnen Widerstand.
In der obigen Abbildung ist der grundlegende Aufbau eines Filters vom Typ c dargestellt. Ein Kondensator ist in Reihe mit einer Induktivität geschaltet, die wiederum parallel zum Widerstand geschaltet ist. Die Dreikomponenten-Parallelschaltung ist wieder mit einem zweiten Kondensator in Reihe geschaltet.
Der Widerstand unterdrückt den Grundstrom, der durch die oszillierende Induktivität und den Kondensator erzeugt wird.
Die Impedanzkurve ist im folgenden Bild dargestellt.
Serienfilter
Das Serienfilter wird als passives Filter mit einfach abgestimmtem Oberschwingungsunterdrücker bezeichnet. Dieser Filter hat die einfachsten Konstruktionseigenschaften. Nur drei passive Komponenten - ein einzelner Kondensator, eine Induktivität und ein Widerstand werden in Reihe verwendet. Dieser Filter eliminiert einzelne Frequenzen.
Der Aufbau dieses Filters kann in der folgenden Abbildung gezeigt werden, in der 3 passive Komponenten in Reihe geschaltet sind, um das einzelne abgestimmte Serien-Oberschwingungsfilter zu bilden.
Die Impedanzkennlinie ist im folgenden Bild dargestellt -
Aktive Oberschwingungsfilter
Wie bereits erwähnt, sind passive Oberschwingungsfilter gut geeignet, um die in der Stromleitung verbundenen Oberschwingungen zu beseitigen. Das Filterdesign der passiven Harmonischen ist jedoch sehr komplex und der Konstrukteur muss die passiven Filter der harmonischen Filter gemäß den Blindleistungsanforderungen der Last entwerfen. In einem solchen Fall ist das passive Filterdesign sehr schwierig und führt unter bestimmten Lastbedingungen zu einem schlechten Leistungsfaktorbetrieb.
In dieser Hinsicht sind aktive Filter besser geeignet, die Oberwellen der Stromleitung ohne die Blindleistungsabhängigkeiten der Grundfrequenz zu handhaben.
Aktive Oberschwingungsfilter verwenden eine hervorragende Methode, bei der der Filter selbst erzeugte Oberschwingungskomponenten verwendet und diese in die Stromleitung einspeist, wodurch die unerwünschten Oberschwingungen aufgehoben werden.
Es gibt verschiedene Arten von aktiven Filtern, die unterschiedliche Topologien verwenden, um die Harmonischen in der Stromleitung zu beseitigen.
Das gebräuchlichste aktive Oberschwingungsfilterdesign verwendet die folgenden grundlegenden Dinge wie
1. Spannungswechselrichter mit verschiedenen Netzschaltern
2. Abtast- und Steuerreferenz von der Stromleitung
3. PWM-System, das PWM-Zündimpulse als Oberschwingungen in das System einspeist.
Das Active Harmonic-Filter verwendet eine andere Art von Halbleiterschaltern, für deren Betrieb Strom benötigt wird.
So wählen Sie Oberschwingungsfilter aus
Die Bestimmung des perfekten Oberschwingungsfilters ist ziemlich schwierig. Man muss die harmonische Frequenz identifizieren, bei der die Filter abgestimmt werden müssen. In einigen Fällen kann der Filterbetrieb den Zweck nicht erfüllen, nur weil bei einer bestimmten Grundfrequenz, bei der keine Harmonischen vorhanden sind, eine falsche Abstimmung erfolgt.
Der erste wichtige Schritt besteht darin, die Reihenfolge der Harmonischen zu identifizieren. Abhängig von der Reihenfolge der Harmonischen muss der Filter ausgewählt werden. Um Verzerrungen durch harmonische Einzelfrequenzen zu beseitigen, sind Oberschwingungsfilter in Reihe effizient, in einigen Fällen müssen jedoch doppelt abgestimmte Oberschwingungsfilter verwendet werden.
Die Verluste über die Filter müssen ebenfalls kompensiert werden, was stark von der Wahl des Filters abhängt. Manchmal sind für ein hohes Maß an nichtlinearen Lasten aktiv und passiv beide Arten von Oberschwingungsfiltern erforderlich.