Krótkie wprowadzenie do zastosowań AHF (Aktywnego Filtra Harmonicznego)
1. Jakie są przyczyny powstawania napięcia harmonicznego i prądu harmonicznego?
Powszechne stosowanie urządzeń z obciążeniem nieliniowym (takich jak przemienniki częstotliwości, prostowniki i oświetlenie LED) prowadzi do poważnego zanieczyszczenia harmonicznego sieci energetycznej, powodując szereg problemów, takich jak przegrzewanie urządzeń, nieprawidłowe działanie urządzeń zabezpieczających oraz spadek współczynnika mocy.
Jako nowa generacja urządzeń do zarządzania jakością energii, AHF (Active Harmonic Filter – aktywny filtr harmonicznych) staje się kluczowym narzędziem do rozwiązywania problemów harmonicznych w zakładach przemysłowych.
2. Kluczowe cechy zakładów przemysłowych:
W porównaniu ze zwykłymi budynkami, zakłady przemysłowe mają bardziej specyficzne wymagania dotyczące zasilania, co determinuje konieczność kontroli harmonicznych.
Duża moc: Ze względu na duże zagęszczenie urządzeń produkcyjnych, obciążenie pojedynczego zakładu często sięga od tysięcy do setek tysięcy woltoamperów, co powoduje łatwe wzmacnianie problemów z zasilaniem.
Różnorodność typów urządzeń: Zakłady przemysłowe zawierają szeroką gamę urządzeń, w tym różne obrabiarki, zautomatyzowane linie produkcyjne i urządzenia energetyczne, co wywiera większą presję na system zasilania.
Wysokie wymagania dotyczące niezawodności: Ciągła produkcja oznacza, że wahania zasilania mogą prowadzić do przestojów, odpadów produkcyjnych i wypadków.
3. Obciążenie zakładu: główne źródło harmonicznych. Obciążenia nieliniowe w zakładzie są główną przyczyną powstawania harmonicznych, a ich szkodliwość jest nie do zignorowania.
01. Urządzenia z napędem o zmiennej częstotliwości (VFD): Przemienniki częstotliwości używane do regulacji prędkości w urządzeniach takich jak wentylatory i pompy generują znaczne ilości charakterystycznych harmonicznych (5., 7. i 11. harmoniczna) podczas procesu prostowania i falowania.
02. Urządzenia prostownicze: Wanny galwaniczne, systemy UPS itp. wprowadzają do sieci prąd niesinusoidalny.
03. Urządzenia łukowe: Piece łukowe i spawarki generują szerokopasmowe wahania harmonicznych. Podczas inicjacji łuku i spawania, duże zmiany prądu generują liczne harmoniczne, przy czym szczególnie widoczne są 3., 5., 7., 11. i 13. harmoniczna.
04. Komputery i serwery: Komputery generują prądy harmoniczne podczas uruchamiania i wykonywania programów, stawiając wysokie wymagania co do stabilności i jakości zasilania.
05. Oświetlenie LED: Sterowniki oświetlenia LED wykazują charakterystykę nieliniową. Przy różnych ustawieniach jasności, zmiany prądu i mocy nie są liniowe, co może generować harmoniczne i wpływać na jakość sieci.
4. Zagrożenia związane z harmonicznymi obejmują:
Przyspieszone starzenie się urządzeń: powoduje przegrzewanie silników i transformatorów, skracając ich żywotność. Zwiększone straty mocy: prowadzi do wzrostu strat w liniach i urządzeniach oraz wyższych kosztów energii elektrycznej. Zakłócenia precyzji sterowania: wpływa na sygnały PLC i czujników, zmniejszając precyzję produkcji.
5. Studium przypadku: Hala pieca łukowego w zakładzie metalurgicznym – rozwiązywanie problemów zmiennych harmonicznych
Tło projektu: Podczas pracy pieca łukowego w zakładzie metalurgicznym często występowały migotania oświetlenia hali oraz fałszywe alarmy systemu sterowania PLC, co czasami prowadziło do wyłączeń pieca, a straty przy każdym wyłączeniu przekraczały 100 000 RMB.
Wyniki testów: Podczas pracy pieca THDi wahało się między 15% a 35%, złożoność częstotliwości harmonicznych zmieniała się w zależności od etapu wytapiania.
Rozwiązanie: Zastosowano aktywny filtr o dynamicznej szybkości odpowiedzi ≤10ms, aby śledzić i kompensować zmiany harmonicznych w czasie rzeczywistym.
Wyniki zastosowania: THDi zostało stabilnie utrzymane poniżej 8%, migotanie oświetlenia i fałszywe alarmy systemu sterowania zniknęły, a wskaźnik ciągłej pracy pieca łukowego wzrósł z 85% do 98%.
Widmo prądu przed uruchomieniem AHF (aktywnego filtra harmonicznych)
Widmo prądu po uruchomieniu AHF (aktywnego filtra harmonicznych)
