Uma Breve Introdução às Aplicações do Filtro Harmônico Ativo (AHF)
1. Quais são as causas da tensão harmônica e da corrente harmônica?
O uso generalizado de dispositivos de carga não linear (como inversores de frequência, retificadores e iluminação LED) leva a uma grave poluição harmônica na rede elétrica, causando uma série de problemas, como superaquecimento de equipamentos, mau funcionamento de dispositivos de proteção e diminuição do fator de potência.
Como uma nova geração de equipamentos de gestão de qualidade de energia, o AHF (Filtro Harmônico Ativo) está se tornando uma ferramenta central para resolver problemas harmônicos em plantas industriais.
2. As características principais das plantas industriais:
Em comparação com edifícios comuns, as plantas industriais possuem requisitos de energia mais específicos, o que determina a necessidade de controle harmônico.
Grande Capacidade de Potência: Com uma grande concentração de equipamentos de produção, a carga de uma única planta frequentemente atinge milhares a centenas de milhares de volt-ampères, fazendo com que os problemas de energia sejam facilmente amplificados.
Diversidade de Tipos de Equipamentos: As plantas industriais contêm uma grande variedade de equipamentos, incluindo várias máquinas-ferramenta, linhas de produção automatizadas e equipamentos de energia, colocando maior pressão sobre o sistema elétrico.
Altos Requisitos de Confiabilidade: A produção contínua significa que flutuações de energia podem levar a paradas, sucateamento de produtos e acidentes de segurança.
3. Carga da planta: a principal fonte de harmônicos. As cargas não lineares na planta são a causa raiz da geração de harmônicos, e seus danos não podem ser ignorados.
01. Equipamentos com Inversor de Frequência (VFD): Inversores de frequência usados para controle de velocidade em equipamentos como ventiladores e bombas geram quantidades significativas de harmônicos característicos (5º, 7º e 11º harmônicos) durante seu processo de retificação-inversão.
02. Equipamentos Retificadores: Tanques de galvanoplastia, sistemas UPS, etc., injetam corrente não senoidal na rede elétrica.
03. Equipamentos a Arco: Fornos a arco e máquinas de solda geram flutuações harmônicas de banda larga. Durante a ignição do arco e a soldagem, grandes variações de corrente geram numerosos harmônicos, com destaque para o 3º, 5º, 7º, 11º e 13º harmônicos.
04. Computadores e Servidores: Computadores geram correntes harmônicas durante a inicialização e execução de programas, impondo altas demandas à estabilidade e qualidade do fornecimento de energia.
05. Luzes LED: Os drivers de luz LED exibem características não lineares. Sob diferentes ajustes de brilho, as mudanças de corrente e potência não são lineares, podendo gerar harmônicos e afetar a qualidade da rede elétrica.
4. Os perigos dos harmônicos incluem:
Aceleração do envelhecimento do equipamento: causando superaquecimento de motores e transformadores, encurtando sua vida útil. Aumento da perda de potência: levando ao aumento de perdas em linhas e equipamentos e custos de eletricidade mais altos. Interferência na precisão do controle: afetando sinais de CLP e sensores, reduzindo a precisão da produção.
5. Estudo de Caso: Oficina de Forno a Arco Elétrico em uma Usina Metalúrgica – Lidando com Harmônicos Flutuantes
Contexto do Projeto: Durante a operação, um forno a arco elétrico em uma usina metalúrgica apresentava frequentemente cintilação na iluminação da oficina e alarmes falsos no sistema de controle CLP, às vezes levando a paradas do forno com perdas superiores a 100.000 RMB por parada.
Resultados dos Testes: Durante a operação do forno, o THDi flutuava entre 15% e 35%, com frequências harmônicas complexas que variavam conforme o estágio de fusão.
Solução: Um filtro ativo com velocidade de resposta dinâmica de ≤10ms foi usado para rastrear e compensar as mudanças harmônicas em tempo real.
Resultados da Aplicação: O THDi foi controlado de forma estável abaixo de 8%, a cintilação da iluminação e os alarmes falsos do sistema de controle desapareceram, e a taxa de operação contínua do forno a arco elétrico aumentou de 85% para 98%.
Diagrama do espectro de corrente antes da entrada em operação do AHF (Filtro Harmônico Ativo)
Diagrama do espectro de corrente após a entrada em operação do AHF (Filtro Harmônico Ativo)
