Aktiv harmoniki filtri harmoniklərin aradan qaldırılmasında nə üçün seçilir?

Aktiv harmonik filtrlərin necə işlədiyi: əsas texnologiya və real vaxt cavabı

Aktiv harmonik filtri işləməsinin əsas mexanizmini anlamaq

Aktiv harmonik filtrlər cərəyan sensorları vasitəsilə elektrik sistemlərini izləyərək, yaxud xətti olmayan yüklərdən gələn forma dalğasının təhriflərini aşkar edər. Bu filtrlər passiv analoqlarından fərqlənir. Onlar sadəcə oturmurlar və heç nə etmirlər, əvəzində kompensasiya cərəyanları yaradırlar və bu, adətən IGBT adlı invertorlar adlandırılan izolyasiya qapılı bipolar tranzistorlardan istifadə edərək həyata keçirilir. Sistem dəyişən şərtlərə uyğunlaşır, bu da artıq köhnəlmiş sabit rezonans reaktorları və ya kondansatörlərə ehtiyac olmadığını göstərir. Bu, real dünya tətbiqləri üçün nə deməkdir? Bu, daha geniş tezlik diapazonunun düzgün şəkildə idarə edilməsinə imkan verir və yüklənmə şərtləri gün ərzində dəyişsə belə, performans yaxşı şəkildə uyğunlaşır.

Harmoniklərin aşkarlanması və real vaxtda kompensasiya prosesi

Müasir sensorlar təxminən 50 mikrosaniyə ərzində harmonik məlumatları toplayır və bu məlumatları əsas emal blokuna ötürür. Sistem sonra bu harmoniklərin nə qədər güclü olduğunu və faz bucaqlarının necə olduğunu müəyyən etmək üçün bəzi inkişaf etmiş hesablamalar aparır. Növbəti mərhələdə isə hər şey çox sürətli baş verir - təxminən 1 ilə 2 millisaniyə sonra avadanlıq şəbəkəyə yayılmaqdan əvvəl istənilməyən harmonik tə distortiya effektlərini aradan qaldıran əks cərəyanlar yaradır. Bu sürətli reaksiya vaxtı IEEE 519-2022 qaydaları ilə müəyyən edilmiş həddlər daxilində qalmağı təmin edir. Dəyişən sürətli mühərriklər və ya sənaye qövs sobaları kimi işlədilən müəssisələr üçün ümumi harmonik distorsiyası 5% -dən aşağı saxlanılır ki, bu da düzgün işləmə üçün tələb olunan səviyyədir.

Dəqiq harmonik ləğv etmə üçün tərs cərəyanın tətbiqi

Filtrin daxilində yerləşən güc elektronikası bizim ləğv edici cərəyanlar adlandırdığımız cərəyanlar yaradır, bu cərəyanlar harmonik tezlikləri tam üstünlük təşkil edərək onların polyarlığını tamamilə dəyişdirir. Məsələn, 150 Hz tezlikli beşinci harmonik pozğunluq olduqda sistem tam eyni tezlikdə (yəni 150 Hz) lakin 180 dərəcə fazdan çıxan başqa bir cərəyanla bu pozğunluğa qarşı çıxır. Bu yanaşmanı effektiv edən cəhət 50 və ya 60 Hz güc siqnalını qoruyarkən əksər harmonikləri aradan qaldırmasıdır. Keçən il aparılan testlər də tədqiqatlarla müəyyən edilmişdir ki, harmoniklərin təxminən 98 faizi aradan qaldırılmışdır.

Adaptiv filtrasiyanı təmin edən rəqəmsal siqnal prosessorlarının rolu

Rəqəmsal siqnal prosessorları, yaxud ümumi adlandırılması ilə DSP-lər elektrik şəbəkəsinin vəziyyətini hər saniyədə bir milyon dəfədən çox nümunələyə bilər və bu zaman harmonik sürüşmələri də izləyə bilər. Bu cihazların daxilində CNC maşınları və ya ehtiyat elektrik təchizatı kimi cihazların səbəb olduğu harmonik nümunələri öyrənən və problemlər baş verməzdən əvvəl kompensasiya parametrlərini tənzimləyən ağıllı alqoritmlər var. Praktiki testlər göstərmişdir ki, DSP texnologiyası ilə işləyən filtrlər elektrik yükündə anidən dəyişikliklər baş verdikdə ümumi harmonik distorsiyanı 3% aşağı saxlaya bilir. Bu göstərici passiv sistemlərlə müqayisədə çox yaxşıdır, çünki onların THD ölçüləri eyni şərtlərdə 8%-dən 12%-ə qədər sıçraya bilir.

Yüksək performans: Sənaye tətbiqlərində aktiv və passiv harmonik filtrlər

Ümumi harmonik distorsiyanın (THD) azaldılması: aktiv filtrlər 5%-dən aşağı nisbətdə effekt verir

Aktiv harmonik filtrlər ümumi harmonik distorsiyanı (THD) 5% -dən aşağı səviyyədə davamlı şəkildə azaldır və passiv həllərdən daha yaxşı nəticə göstərir, hansı ki, müqayisəli mühitlərdə yalnız 15-20% THD arasında sabitləşdirilə bilər (Ponemon, 2023). Bu dəqiqlik elektrik gürültüsünü minimuma endirir və həssas avtomatlaşdırma sistemlərində qəza hallarını qəti şəkildə dayandırır, bu da aktiv filtrləri müasir sənaye və kommersiya enerji şəbəkələrində vacib komponentlərə çevirir.

Dinamik sistemlərdə dəyişən harmonik profillərə uyğunlaşma qabiliyyəti

Dəyişən iş yükü ilə məşğul olan zavodlar bu işə nəzarət edə biləcək həllərə ehtiyac duyurlar. Dəyişən tezlikli sürətlərə (VFD) idarə edən və ya sistemlərinə bərpa olunan enerji mənbələri daxil edən yerləri nəzərdən keçirin. Bu cür mühitlər müəyyən növ ağıllı kompensasiya strategiyasını tələb edir. Aktiv filtrlər kompensasiyanı rəqəmsal siqnal emalı ilə real vaxtda tənzimləyərək işləyir. Onlar 50-ci dərəcəyə qədər olan harmonikləri idarə edə bilir ki, bu da təəccüblüdür. Keçən il sənaye elektrik keyfiyyəti ilə bağlı dərc olunan tədqiqata əsasən, bu aktiv filtrlər yükün anidən dəyişməsi zamanı passiv filtrlərə nisbətən təqribən 92 faiz daha sürətli reaksiya göstərir. Bu isə qeyri-müəyyən anlar ərzində elektrik sistemində daha yaxşı sabitliyə imkan verir.

Passiv filtrlərin hələ də məqsədəuyğun ola biləcəyi hallar: məhdudiyyətlər və istisnalar

Daha kiçik qurğular üçün harmoniklər sabit qalırsa, passiv filtrlər hələ də xeyli maliyyə qənaəti təmin edir, xüsusilə daimi sürətlərdə işləyən mühərriklər kimi cihazlarda. Problem burada yaranır ki, bu filtrlər bəzən interharmoniklərlə başa çıxa bilmir və ya tezlik dəyişikliklərinə uyğunlaşa bilmir. Yük dəyişikliklərinin qeyri-müəyyənliyini də unutmaq olmaz. Keçən il Ponemon tədqiqatına görə, bu cür problemlər zavodlarda baş verən elektrik problemlərinin təxminən 38 faizini törədir. Başqa bir əhəmiyyətli məsələ isə onların rezonans problemlərinə necə asanlıqla yol verdiyidir. Buna görə də dəyişkən yükə malik yeni qurğular tez-tez passiv filtrasiyadan başqa həllər axtarırlar.

Məlumat analizi: Aktiv harmonik filtrlər istifadə edilərkən ümumi harmonik distorsiyasının (THD) orta hesabla 28%-dən 5%-dən aşağı səviyyəyə endirilməsi

Sənaye ölçüləri təsdiq edir ki, aktiv harmonik filtrlər sənaye müəssisələrində ümumi harmonik toraqlığı 28%-dən 5%-dən aşağıya endirir. Bu yaxşılaşdırma orta ölçülü müəssisələr üçün illik enerji itkisindən və planlaşdırılmamış dayanma vaxtlarından təxminən 120 min ABŞ dolları qənaətə çevrilir və nominal tutumun 300%-dən çox artımında belə performans saxlanılır.

Müasir Güc Sistemlərində Aktiv Harmonik Filtrlərin Əsas Tətbiq Sahələri

Dəyişən Elektrik Təchizatı Gücü ilə İşləyən Mərkəzlərdə Həssas Avadanlıqların Qorunması

Dayanıqsız elektrik təchizatı sistemlərinə (UPS) əsaslanan mərkəzlər, serverlərin işini pozan kiçik harmonik distorsiya olması halında ciddi problemlərlə qarşılaşırlar. Aktiv harmonik filtrlər narahat edici bu tezlikləri bastırmaqla işləyir və ümumi harmonik distorsiyanı (THD) 2024-cü il üçün ən son Güc Keyfiyyəti Hesabatında göstərilən kimi təxminən 3% səviyyəsində saxlayır. Lakin bu filtrlər yalnız siqnalları təmizləməklə kifayətlənmir. Həm də bütün avadanlıqların işlək müddətini uzadır. Şəbəkə anahtarları daha uzun müddət işləyir, saxlama sistemləri sağlam qalır və izolyasiya materiallarına düşən yük azaldığı və komponentlər ümumiyyətlə daha soyuq işlədiyi üçün ümumi elektrik paylama sistemi daha az aşınır.

Dəyişən Tezlikli Drivlərə Əsaslanan Sənaye Sistemlərində Effektivliyin və Etdibarlılığın Artırılması

Dəyişən tezlikli sürət çeviriciləri (VFD) mühərrik sürətlərini tənzimlədikdə, prosesin bir hissəsi kimi ümumiyyətlə harmonik cərəyan yaratmağa meyllidirlər. Bu istənilməyən elektrik pozuntuları sənaye avadanlıqları üçün işləri ciddi şəkildə pozara bilər. Burada aktiv filtrlər meydana çıxır. Onlar bu distorsiyaları aradan qaldırmağa kömək edir və həmçinin konveyer lentləri və kompüter nömrəli idarəetmə (CNC) maşınları kimi yerlərdə transformator itkilərini təxminən 22% azaldır. Bir neçə aktiv filtri quraşdırdıqdan sonra müəyyən bir stek zavodunda nə baş verdiyinə baxın. Enerji hesabları təxminən 18% azaldı ki, bu da istehsalatda gücün nə qədər bahalı olduğunu nəzərə alsaq, pis nəticə deyil. Bundan əlavə, əməliyyatları dayandıran qoruyucu relyelərdən gələn yanlış siqnallar azaldı. Beləliklə, yalnız pul qənaət edilmədi, həm də dayanma vaxtı azaldı və obyektin gündəlik işləməsi daha hamı keçdi.

İTƏ, liftlər və mühərrik sürət çeviricilərində istifadənin artırılması

Bu günə qədər çoxmərtəbəli binalar HVAC kompressorları və regenerativ lift sistemləri üçün aktiv harmonik filtrlərin quraşdırılmasına başlayıblar. Əsas səbəb nədir? Bu filtrlər dəyişən sürət dövrələrində harmonik rezonansın baş verməsinə mane olur ki, bu da keçmişdə kabelin çox qızması və ya kondensatorların partlaması kimi müxtəlif problemlərə səbəb olurdu. Ağıllı binalarla bağlı son aparılan tədqiqatlarda bu filtrlər quraşdırıldıqdan sonra təmir xidmətlərinə müraciətin təxminən 25-30% azaldığı göstərilmişdir. Uzunmüddətli xərclərə baxanda da məntiqlidir, çünki daha az qırılma zamanı dayanma və təmir xərcləri azalır. Davamlılığa və işləmə xərclərinin azaldılmasına diqqət edən əmlak menecerləri üçün bu texnologiya artıq olduqca vacib hala gəlmişdir.

Aktiv Harmonik Filtrlərin Elektrik Keyfiyyəti və Uzunmüddətli İşlətmə Faydaları

Gərginliyin sabitləşdirilməsi və dalğa forması təhrifinin aradan qaldırılması

Aktiv filtrlər əsas harmonik tezliklərin ləğv edilməsi hesabına 96% sənaye qurğularında gərginliyi nominal səviyyənin ±1% daxilində stabil edir (EPRI 2023). Onlar ən çox yayılmış dalğa distorsiyası mənbələri olan 5-ci və 7-ci dərəcəli harmonikləri xüsusi olaraq hədəf alır, passiv həllərlə əlaqəli rezonans problemlərini qarşısını alır və avadanlığın layihə parametrləri daxilində işləməsini təmin edir.

Sistem etibarlılığının artırılması və planlaşdırılmamış dayanma müddətinin minimuma endirilməsi

Müəssisələr elektrik sistemlərində yaranan harmonik problemlərlə mübarizə apararkən real faydalar əldə edirlər. Mexaniki gərginlik əhəmiyyətli dərəcədə azalır, bu isə motorların daha az titrəməsi və transformatorların daha yüksək səs verməməsi deməkdir — sənaye ölçmələrinə görə təxminən 40%-dən iki üçdə birinə qədər azalma. Gücün keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün aktiv filtrlər quraşdıran müəssisələrə baxın. 2022-ci ildə böyük enerji təminatçısı şirkət, pis elektrik keyfiyyətinə görə dayanmaların təxminən 60% azaldığını bildirmişdi. Hətta kiçik elektrik dalğalanmaları belə əhəmiyyətli olan sənaye sahələri üçün belə sabitlik fərqi yaradır. Yalnız bir gözlənilməz gərginlik sıçrayışı istehsal zamanı təmiz otaqlarda işlənməni gözləyən yüzlərlə min dollar dəyərində xammalı məhv edə bilər, bu da yarımkeş sənayesi üçün xüsusilə önəmlidir.

Enerjinin qənaət edilməsi və harmoniklərin azaldılması yolu ilə güc faktorunun yaxşılaşdırılması

Düzgün quraşdırıldığı zaman aktiv harmonik filtrlər 100-dən təxminən 89 quraşdırmada güc faktorunu 0,97 və ya daha yuxarı səviyyəyə qaldırır. Bu isə əksər hallarda reaktiv güc üzrə ödənişləri təxminən 18% azaltmağa kömək edir. Bu cihazlar sistemin faydalı iş görməsi üçün heç bir əhəmiyyəti olmayan elektrik enerjisinin itirilməsinə səbəb olan harmonik cərəyanlardan qurtulmaqla işləyir. Nəticədə isə keçidlər daha səmərəli şəkildə işləyir və əksər obyektlərdə harmoniklərin təsiri 92% azalır. 47 müxtəlif istehsalat zavodunu əhatə edən son araşdırmada bu filtrlərin quraşdırılmasından sonra ildə 12 min dollardan 85 min dollara qədər qənaət edildiyi müəyyən edilmişdir.

Transformatorlar və kabelələr üzərində termal gərginliyin azaldılması ilə avadanlıqların istismar müddətinin uzadılması

Harmoniklərin yaratdığı istiləşmənin aradan qaldırılması uzunömürlülükdə ölçülə bilən artım nəticə verir:

• Transformatorların iş temperaturu 14–22°C qədər düşür
• Kabel izolyasiyasının xidmət müddəti 3–5 dəfə artır
• Kondansator banklarının əvəz edilməsi 73% azalır

Bu təkmilləşdirmələr filtrlənməmiş sistemlərdə müşahidə olunan tipik illik 11% effektivlik itkisini qarşısını alır və vaxt keçdikcə aktivin bütövlüyünü saxlayır.

Uzunmüddətli ROI: Təmir-baxış xərclərinin azalması və enerji istehlakının aşağı salınması

Aktiv harmonik filtrlər aşağıdakı səbəblərə görə 2,3 illik median geri ödəmə müddətinə malikdir (IEEE Transactions 2024):

• passiv filtrlərə nisbətən illik təmir-baxış xərcləri 33% aşağıdır
• kVt·s istehlakında 8–15% azalma
• elektrik keyfiyyəti auditlərinin 50% azalması tələb olunur

Onillik müddətdə yekunlaşan qənaət orta gərginlikli tətbiqlərdə ilkin investisiyadan 4:1 nisbətində artıq olur və bu da aktiv filtrləri strateji uzunmüddətli aktivlərə çevirir.

SSS

Aktiv harmonik filtr nədir?

Aktiv harmonik filtr – elektrik sistemlərində harmoniklərin yaratdığı pozuntuları aradan qaldırmaq üçün istifadə edilən cihazdır ki, bu da istənilməyən tezlikləri ləğv etmək üçün kompensasiya edən cərəyanlar verir.

Aktiv harmonik filtr necə işləyir?

Bu, elektrik yükünü kəsilmədən izləməklə və harmonik distortsiyanı aradan qaldırmaq üçün izolyasiyalı qapılı bipolar tranzistorlardan (IGBT) əks cürlər yaratmaqla işləyir.

Passiv olanlardan fərqli olaraq aktiv harmonik filtrləri seçmək üçün nəyə görə?

Aktiv filtrlər üstünlük təşkil edən uyğunlaşma və dəqiqliyi təmin edir və ümumi harmonik distortsiyanı 5% -dən aşağı səviyyəyə qədər azaldır, passiv filtrlər isə yalnız 15–20% arasında sabitləşdirə bilər.

Aktiv harmonik filtrlərin istifadəsinin faydaları nələrdir?

Aktiv harmonik filtrlər sistem səmərəliliyini artırır, avadanlıqların istismar müddətini uzadır, planlaşdırılmamış dayanma vaxtlarını azaldır və əhəmiyyətli enerji qənaətini və güc faktorunun yaxşılaşdırılmasını təmin edir.

Aktiv harmonik filtrlər bütün tətbiqlər üçün uyğundurmu?

Aktiv filtrlər dəyişkən və sürətlə dəyişən yük mühitlərində əla nəticələr verərkən, kiçik konfiqurasiyalarda sabit yük üçün passiv filtrlər daha faydalı ola bilər.