- Apakah Harmonik dalam Sistem Elektrik?
- Mengapa perlu menghapuskan Harmonik dalam Sistem Kuasa?
- Jenis Penapis Harmonik
- Penapis Harmonik Pasif
- Penapis Harmonik Aktif
- Cara memilih Penapis Harmonik
Apakah Harmonik dalam Sistem Elektrik?
Dalam sistem kuasa, harmonik didefinisikan sebagai gandaan bilangan bulat positif dari frekuensi asas. Harmonik adalah voltan atau arus berlaku pada gandaan frekuensi asas. Ia sering dianggap sebagai kebisingan di saluran kuasa.
Harmonik dalam sistem kuasa boleh dikelaskan kepada dua jenis: harmonik semasa dan harmonik voltan.
The harmonik semasa yang disebabkan oleh beban bukan linear seperti VSDs (pemacu kelajuan boleh ubah). Beban tidak linear menarik arus dari talian kuasa yang tidak berada dalam bentuk gelombang sinusoidal yang sempurna. Bentuk gelombang arus nonsinusoidal boleh menjadi rangkaian kompleks sinusoidal sederhana yang boleh berayun pada bilangan bulat bilangan bulat frekuensi asas.
Dalam kebanyakan kes, harmonik voltan disebabkan oleh harmonik semasa. Voltan harmonik berlaku kerana voltan yang diputar yang dihasilkan oleh kesan harmonik semasa dengan impedans sumber.
Gambar di atas menunjukkan bentuk gelombang arus tertekan melintasi beban tidak linear. Di sini bentuk gelombang yang diputarbelitkan tidak mengikuti gelombang sinusoidal. Ini menunjukkan harmonik semasa dalam sistem kuasa.
Mengapa perlu menghapuskan Harmonik dalam Sistem Kuasa?
Arus dan voltan harmonik berkadar terus dengan pemindahan daya yang bising ke Beban. Pelbagai peralatan rumah tangga dan pejabat bertanggungjawab untuk harmoni dalam sistem kuasa. Harmonik sistem kuasa sering meningkatkan arus beban. Pelbagai instrumen, seperti lampu pendarfluor di kilang atau di rumah atau pejabat, dipengaruhi oleh harmonik dan mengalami pelbagai kerosakan. Motor sangat dipengaruhi oleh harmonik sistem kuasa.
Kadang-kadang harmonik dalam sistem kuasa boleh menjadi sangat berbahaya dan meningkatkan daya yang dihantar ke instrumen yang menyebabkan kenaikan suhu pada Beban dan dapat memendekkan jangka hayat instrumen.
Untuk mengatasi harmonik sistem kuasa ini, seseorang perlu membina semula sambungan kuasa untuk menggerakkan beban tidak linear dan memperkenalkan penapis harmonik dalam sistem kuasa.
Jenis Penapis Harmonik
Penapis harmonik sangat berkesan untuk melindungi peralatan elektrik yang mahal dari output kuasa yang terdistorsi kerana harmonik. Terdapat pelbagai jenis penapis harmonik yang terdapat di pasaran elektrik dan elektronik bergantung pada daya undian, voltan terpakai, fasa tunggal atau tiga fasa dan parameter lain yang bergantung pada beban.
Walau bagaimanapun, terdapat dua jenis penapis harmonik utama yang ada ialah Penapis Harmonik Pasif dan Penapis Harmonik Aktif.
Perbezaan utama antara dua jenis penapis harmonik ini adalah komponen yang digunakan untuk reka bentuk penapis. Penapis harmonik pasif menggunakan komponen pasif sederhana terutamanya perintang, induktor, dan kapasitor. Manakala penapis harmonik aktif menggunakan komponen aktif seperti pelbagai jenis BJT, IGBT, MOSFET dan litar bersepadu.
Oleh kerana penapis harmonik adalah peralatan keselamatan talian elektrik, mereka mesti mengesahkan piawaian keselamatan antarabangsa seperti IEEE, EN, AS, BS dan makmal pengunderaitan UL.
Juga, penapis harmonik boleh direka mengikut urutan yang berbeza. Seperti urutan ketiga penapis harmonik dapat menyaring frekuensi yang merupakan gandaan ketiga dari frekuensi asas.
Penapis Harmonik Pasif
Penapis harmonik pasif adalah penapis harmonik yang paling biasa dan mudah didapati. Ia adalah penapis yang berpatutan untuk menyekat gangguan harmonik di talian kuasa.
Seperti yang dibincangkan sebelumnya, penapis harmonik pasif menggunakan komponen pasif standard seperti perintang dan kapasitor perintang. Mereka komponen pasif digunakan untuk membentuk satu litar tangki. Litar tangki dirancang dengan cara khas supaya dapat dikendalikan pada frekuensi resonans yang sama sehubungan dengan harmonik yang tidak diingini. Penapis harmonik pasif menyekat harmonik yang tidak diingini berlaku. Penapis harmonik pasif menukar arus harmonik menjadi panas dan melindungi peranti atau beban akhir. Penapis dapat diselaraskan ke frekuensi tertentu yang perlu dihapuskan sebagai harmonik.
Terdapat terutamanya empat jenis penapis harmonik pasif yang digunakan:
1. Penapis lulus tinggi
2. Penapis jalur lebar
3. Penapis jenis C dan
4. Penapis siri.
Penapis lulus tinggi
Penapis harmonik pasif tinggi digunakan untuk menghilangkan harmonik susunan yang lebih tinggi dan mempunyai kawalan fleksibel terhadap pelbagai frekuensi. Reka bentuk penapis harmonik asas tinggi menggunakan tiga komponen pasif, perintang, kapasitor, dan induktor.
Dalam gambar di atas, kita dapat melihat pembinaan asas penapis harmonik pasif tinggi Pembinaan menunjukkan perintang dan induktor bersambung selari kapasitor secara bersiri. Penapis menghasilkan ciri impedans rata dalam julat frekuensi tinggi. Frekuensi tinggi mengurangkan kehilangan kuasa.
Jenis penapis ini digunakan terutamanya untuk menyaring arus urutan ke- 5 /6 atau lebih tinggi. Selalunya penapis yang berbeza digabungkan dengan penapis harmonik lulus untuk menghilangkan kehilangan kuasa apabila digunakan dalam aplikasi pesanan rendah atau frekuensi rendah.
Keluk impedans dengan frekuensi dapat ditunjukkan pada gambar di bawah.
Penapis jalur lebar
Penapis harmonik bandpass adalah penapis penalaan dua. The laluan jalur penapis harmonik terdiri daripada dua kapasitor, dua pengaruh, dan perintang tunggal. Ia juga digunakan untuk tujuan penyaringan harmonik yang tinggi. Penapis ini berfungsi dengan menggabungkan resonans selari dari penapis jalur lebar standard bersama dengan resonans siri gabungan induktor dan kapasitor.
Pada gambar di atas, skema penapis jalur lebar asas ditunjukkan. The litar penapis mempunyai dua bahagian, di Bahagian pertama kapasitor C2 dan pengaruh L2 disambung secara siri manakala di bahagian kedua perintang, induktor, dan kapasitor disambungkan secara selari. Bahagian pertama dan bahagian kedua juga dihubungkan secara bersiri.
Ciri-ciri impedans dengan frekuensi dapat ditunjukkan pada grafik di bawah.
Penapis jenis C
Penapis jenis C digunakan untuk pesanan rendah seperti tujuan penapisan harmonik pesanan kedua atau ketiga. Penapis jenis C mempunyai kerugian yang lebih rendah daripada jalur lebar setara atau penapis siri.
Penapis jenis C terdiri daripada 4 komponen pasif - dua kapasitor, sebuah induktor, dan satu perintang tunggal.
Dalam gambar di atas, pembinaan asas penapis jenis c ditunjukkan. Kapasitor disambung dalam siri induktor yang disambungkan lagi selari dengan perintang. Sambungan selari tiga komponen sekali lagi dihubungkan secara bersiri dengan kapasitor kedua.
Perintang menekan arus asas yang dibuat oleh induktor dan kapasitor berayun.
Keluk Impedans ditunjukkan dalam gambar di bawah-
Penapis siri
Penapis siri dipanggil sebagai penapis pasif penekan harmonik tuned tunggal. Penapis ini mempunyai sifat pembinaan yang paling sederhana. Hanya tiga komponen pasif - satu kapasitor, induktor, dan perintang digunakan secara bersiri. Penapis ini menghilangkan frekuensi tunggal.
Pembinaan penapis ini dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini di mana 3 komponen pasif disambungkan secara bersiri untuk membentuk penapis harmonik siri tunggal yang diselaraskan.
Ciri Impedansi ditunjukkan dalam gambar di bawah -
Penapis Harmonik Aktif
Seperti yang dibincangkan sebelumnya, penapis harmonik pasif adalah baik untuk menghilangkan harmonik yang berkaitan dengan talian kuasa. Walau bagaimanapun, reka bentuk penapis harmonik pasif benar-benar rumit dan pereka mesti merancang penapis harmonik pasif sesuai dengan keperluan daya reaktif beban. Dalam kes sedemikian, reka bentuk penapis pasif sangat sukar dan menyebabkan operasi faktor daya yang lemah untuk keadaan beban tertentu.
Dalam masalah ini, penapis aktif lebih baik mengendalikan harmonik talian kuasa tanpa pergantungan kuasa reaktif dari frekuensi asas.
Penapis harmonik aktif menggunakan kaedah yang sangat baik di mana penapis menggunakan komponen harmonik yang dihasilkan sendiri dan menyuntikkan ini ke saluran kuasa yang membatalkan harmonik yang tidak diingini.
Terdapat pelbagai jenis penapis aktif yang menggunakan topologi yang berbeza untuk menghilangkan harmonik dalam talian kuasa.
Reka bentuk penapis harmonik aktif yang paling biasa menggunakan perkara asas berikut
1. Penyongsang sumber voltan menggunakan pelbagai suis kuasa
2. Rujukan pensampelan dan kawalan dari talian kuasa
3. Sistem PWM yang menyuntikkan denyut menembak PWM ke dalam sistem sebagai harmonik.
Penapis Aktif Harmonik menggunakan pelbagai jenis suis semikonduktor yang memerlukan kuasa untuk beroperasi.
Cara memilih Penapis Harmonik
Menentukan penapis harmonik yang sempurna agak sukar. Kita perlu mengenal pasti frekuensi harmonik di mana penapis perlu ditala. Dalam beberapa kes, operasi penapis gagal memenuhi tujuan hanya kerana penyetelan yang salah pada frekuensi asas tertentu di mana tidak terdapat harmonik.
The langkah penting pertama adalah untuk mengenal pasti rangka harmonik yang dan bergantung kepada usaha harmonik keperluan penapis untuk dipilih. Untuk menghilangkan siri distorsi harmonik frekuensi tunggal, penyaring harmonik berkesan tetapi dalam beberapa kes, penapis harmonik berkala perlu digunakan.
The kerugian seluruh penapis juga perlu diberi pampasan yang sangat bergantung kepada pilihan penapis. Kadang-kadang untuk tahap beban tidak linear yang tinggi, aktif dan pasif kedua-dua jenis penapis harmonik diperlukan.