Eine kurze Einführung in die Anwendungen von AHF (Active Harmonic Filter / Aktiver Oberwellenfilter)
1. Was sind die Ursachen von Oberschwingungsspannung und Oberschwingungsstrom?
Der weit verbreitete Einsatz nichtlinearer Lastgeräte (wie Frequenzumrichter, Gleichrichter und LED-Beleuchtung) führt zu einer starken Oberschwingungsbelastung im Stromnetz, was eine Reihe von Problemen wie Geräteüberhitzung, Fehlfunktionen von Schutzvorrichtungen und einen verringerten Leistungsfaktor verursacht.
Als eine neue Generation von Geräten zur Netzqualitätsverwaltung wird AHF (Active Harmonic Filter) zu einem Kernwerkzeug zur Lösung von Oberschwingungsproblemen in Industrieanlagen.
2. Die Kernmerkmale von Industrieanlagen:
Im Vergleich zu gewöhnlichen Gebäuden haben Industrieanlagen spezifischere Stromanforderungen, was die Notwendigkeit der Oberschwingungsregelung bestimmt.
Große Leistungskapazität: Aufgrund der hohen Konzentration von Produktionsgeräten erreicht die Last einer einzelnen Anlage oft Tausende bis Hunderttausende von Voltampere, wodurch Stromprobleme leicht verstärkt werden.
Vielfältige Gerätetypen: Industrieanlagen enthalten eine große Vielfalt an Geräten, darunter verschiedene Werkzeugmaschinen, automatisierte Produktionslinien und Stromversorgungsgeräte, was das Stromsystem stärker belastet.
Hohe Zuverlässigkeitsanforderungen: Kontinuierliche Produktion bedeutet, dass Stromschwankungen zu Stillstandszeiten, Produktausschuss und Sicherheitsunfällen führen können.
3. Anlagenlast: die Hauptquelle von Oberschwingungen. Nichtlineare Lasten in der Anlage sind die Grundursache für die Entstehung von Oberschwingungen, und ihre Schädlichkeit ist nicht zu unterschätzen.
01. Frequenzumrichter (VFD)-Geräte: Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung von Geräten wie Ventilatoren und Pumpen erzeugen während ihres Gleichrichter-Wechselrichter-Prozesses erhebliche charakteristische Oberschwingungen (5., 7. und 11. Oberschwingung).
02. Gleichrichtergeräte: Galvanikbäder, USV-Anlagen usw. speisen nicht-sinusförmigen Strom in das Stromnetz ein.
03. Lichtbogengeräte: Lichtbogenöfen und Schweißmaschinen erzeugen breitbandige Oberschwingungsschwankungen. Während der Lichtbogenzündung und des Schweißens verursachen große Stromänderungen zahlreiche Oberschwingungen, wobei die 3., 5., 7., 11. und 13. Oberschwingung besonders ausgeprägt sind.
04. Computer und Server: Computer erzeugen beim Starten und während der Programmausführung Oberschwingungsströme, was hohe Anforderungen an die Stabilität und Qualität der Stromversorgung stellt.
05. LED-Leuchten: LED-Leuchtentreiber weisen nichtlineare Eigenschaften auf. Bei verschiedenen Helligkeitseinstellungen sind die Strom- und Leistungsänderungen nicht linear, was möglicherweise Oberschwingungen erzeugt und die Netzqualität beeinträchtigt.
4. Die Gefahren von Oberschwingungen umfassen:
Beschleunigte Gerätealterung: führt zu Überhitzung von Motoren und Transformatoren und verkürzt deren Lebensdauer. Erhöhte Leistungsverluste: führt zu erhöhten Leitungs- und Geräteverlusten und höheren Stromkosten. Störung der Regelgenauigkeit: beeinträchtigt PLC- und Sensorsignale und verringert die Produktionspräzision.
5. Fallstudie: Lichtbogenofen-Werkstatt in einem Hüttenwerk – Bewältigung fluktuierender Oberschwingungen
Projekthintergrund: Während des Betriebs eines Lichtbogenofens in einem Hüttenwerk traten häufig flackernde Werkstattbeleuchtung und Fehlalarme des PLC-Steuerungssystems auf, was manchmal zu Ofenabschaltungen mit Verlusten von über 100.000 RMB pro Abschaltung führte.
Testergebnisse: Während des Ofenbetriebs schwankte der THDi zwischen 15 % und 35 %, mit komplexen Oberschwingungsfrequenzen, die sich je nach Schmelzphase änderten.
Lösung: Es wurde ein aktiver Filter mit einer dynamischen Ansprechzeit von ≤10 ms verwendet, um Oberschwingungsänderungen in Echtzeit zu verfolgen und zu kompensieren.
Anwendungsergebnisse: Der THDi wurde stabil unter 8 % gehalten, flackernde Beleuchtung und Fehlalarme des Steuerungssystems verschwanden, und die kontinuierliche Betriebsrate des Lichtbogenofens stieg von 85 % auf 98 %.
Stromspektrumdiagramm vor Inbetriebnahme des AHF (Active Harmonic Filter)
Stromspektrumdiagramm nach Inbetriebnahme des AHF (Active Harmonic Filter)
