Deformace napětí a proudu vyššími harmonickými

Co jsou vyšší harmonické?

Napětí nebo proudy vyšších harmonických jsou celočíselnými násobky základního kmitočtu.

Původ vyšších harmonických

Zátěže, u nichž průběh napětí-proudu není lineární se nazývají nelineární zátěže. Při připojení na napětí se sinusovým průběhem generují tyto zátěže proudy s nelineárním průběhem. Výsledkem působení moderních systémů výkonové elektroniky jsou proudy s nesinusovým průběhem vznikající při jejich připojení k sítím se sinusovým napájením. Přítomnost harmonického kmitání v elektrických sítích zvyšuje efektivní hodnotu proudu. Obíhání harmonických proudů impedancí systému vytváří harmonické kmity napětí, jež způsobují zkreslení napětí, což vede k úpadku kvality napájecího napětí. Tento jev vede k vyšším nákladům na provoz a energie, odstávkám výroby a vývoje, přehřívání a špatnému fungování zařízení.

Zařízení s nelineárními charakteristikami mohou být rozdělena do těchto tří hlavních kategorií:

  1. Výkonová elektronika: např. pohony s proměnlivou rychlostí – frekvenční měniče, soft-startéry, systémy UPS, pulzní usměrňovače, spínané napájecí zdroje, elektronické osvětlení, vybavení kanceláří…
  2. Feromagnetické stroje, např. transformátory (nelineární magnetizační charakteristiky).
  3. Zařízení s elektrickým obloukem, např. elektrické obloukové pece generují vyšší harmonické z důvodu nelineárních charakteristik samotného elektrického oblouku.

Rušení vyššími harmonickými (harmonické zkreslení) jsou způsobována nelineárními zátěžemi.

Bez systému PQSSe systémem PQS

 

Problémy způsobované vyššími harmonickými

  • aktivni harmonický filterpřehřívání transformátorů (faktor K) a točivých strojů
  • zvýšené hysterezní ztráty
  • přetížení nulového vodiče / nepřípustná napětí mezi nulovým a zemním vodičem
  • deformované křivky napětí a proudů
  • selhání kapacitních baterií
  • aktivace jističů a pojistek
  • nespolehlivý provoz elektronických zařízení a zdrojů
  • chybné měření elektrických měřících přístrojů
  • energetické ztráty / vyšší náklady za elektrickou energii – kVA a kWh
  • ztracená kapacita – neefektivní distribuce energie
  • zvýšené náklady na údržbu zařízení a strojů

Princip aktivního harmonického filtru

Princip harmonického filtru - schémaZařízení ES ELECTRONICS

 

 

 

graf harmonického zkreslení bez filtru PQSgraf harmonického zkreslení s filtrem PQS

Jednotky ES Electronics Energy Saver jsou v případě problémů způsobovaných vyššími harmonickými (harmonickým zkreslením) opatřeny harmonickým filtrem a to buď antirezonančním harmonickým filtrem (odladěným 7% a 14%), nebo plně aktivním harmonickým filtrem (AHF) jalového výkonu harmonické oscilace, který umí toto zkreslení aktivně filtrovat v reálném čase a zajistit tak konstantně řízené parametry podle požadavku norem a provozu zařízení.

Jednotky ES Electronics Energy Saver s plně aktivním harmonickým filtrem (AHF) řady PQSine*

Aktivní harmonické filtry elektrické energie řady PQSine* vychází z nejnovějšího technologického vývoje v oblasti výkonové elektroniky. Naše zařízení jsou instalována paralelně se znečišťujícími zatíženími. Aktivní filtr analyzuje proud v síti a s ním spojené harmonické kmitání, vygeneruje vyrovnávací proud, jež neutralizuje harmonické proudění, a vytvoří téměř sinusový průběh impulsu.

Řada jednotek ES Electronics Energy Saver řady PQSine* je systémem aktivních harmonických filtrů navržená pro odstranění harmonických oscilací a následnému snížení nákladů. Systém PQSine* monitoruje a měří elektrické proudění, v němž následně vyrovnává nežádoucí prvky. Tímto filtr zajišťuje potlačení harmonického kmitání nezávisle na počtu zatížení. Zároveň je při snížení harmonického znečištění také z části kompenzován účiník a zlepšována efektivita systému.

Kromě odstranění harmonických kmitů, jednotky ES Electronics Energy Saver – Aktivní harmonický filtr elektrické energie PQSine* také aktivně vyrovnává zatížení všech tří fází, provádí dynamickou kompenzaci VAR a do jisté míry dokonce i kompenzaci přechodného napětí. Tyto funkce zabraňují rezonanci elektrické sítě, tím získáte vysoký výkon a spolehlivost.

Hlavní přednosti a výhody jednotek ES Electronics Energy Saver s plně Aktivním harmonickým filtrem (AHF) řady PQSine*

  • Otevřená jednotka PQSinekompenzace harmonického kmitání až do 50. harmonické (lze individuálně navolit)
  • nabízí dynamickou kompenzaci voltampér reaktanční
  • aktivně vyrovnává zatížení všech fází
  • nabízí vysokou výkonnost
  • má tříhladinovou NPC topologii
  • zlepšuje kvalitu elektrické energie a zvyšuje spolehlivost systému
  • zajišťuje ochranu proti celkovému přetížení, přepětí a podpětí
  • potlačení blikání
  • extrémně rychlá kompenzace jalového výkonu (indukčního a kapacitního)
  • kompenzace zatížení mezi fázemi a nezatíženým nulovým vodičem

Typické a doporučené aplikace

Potlačení rychlých harmonických kmitů a jalového výkonu např. pro:

  • datová centra
  • systémy záložních napájecích zdrojů
  • generace zelené energie (např. sluneční kolektory, větrné turbíny)
  • výroba citlivých zařízení (např. výroba křemíkových plátků, výroba polovodičů)
  • průmyslové výrobní stroje
  • elktrické svářecí systémy
  • průmysl pro zpracování plastů (vytlačovací lisy, injekční střiky)
  • kancelářské budovy a nákupní střediska (rušení třetích a trojitých harmonických frekvencí, odlehčení nulových vodičů)

PQSine* je značka a technologie společnosti TDK a je celosvětově chráněná, jednotky ES Electronics Energy Saver obsahují tyto technologické
komponenty.