Breve Introduzione alle Applicazioni del Filtro Armonico Attivo (AHF)
1. Quali sono le cause della tensione armonica e della corrente armonica?
L’uso diffuso di dispositivi a carico non lineare (come convertitori di frequenza, raddrizzatori e illuminazione a LED) porta a una grave inquinamento armonico nella rete elettrica, causando una serie di problemi come surriscaldamento delle apparecchiature, malfunzionamento dei dispositivi di protezione e diminuzione del fattore di potenza.
Come nuova generazione di apparecchiature per la gestione della qualità dell’energia, l’AHF (Filtro Armonico Attivo) sta diventando uno strumento fondamentale per risolvere i problemi armonici negli impianti industriali.
2. Le caratteristiche principali degli impianti industriali:
Rispetto agli edifici ordinari, gli impianti industriali hanno requisiti energetici più unici, che determinano la necessità del controllo armonico.
Grande Capacità di Potenza: Con una grande concentrazione di apparecchiature di produzione, il carico di un singolo impianto raggiunge spesso migliaia o centinaia di migliaia di volt-ampere, rendendo i problemi di potenza facilmente amplificabili.
Tipi di Apparecchiature Diversificati: Gli impianti industriali contengono una vasta gamma di apparecchiature, inclusi vari macchinari utensili, linee di produzione automatizzate e apparecchiature elettriche, esercitando una maggiore pressione sul sistema elettrico.
Requisiti di Elevata Affidabilità: La produzione continua significa che le fluttuazioni di potenza possono portare a tempi di fermo, scarti di prodotto e incidenti di sicurezza.
3. Carico dell’impianto: la principale fonte di armoniche. I carichi non lineari nell’impianto sono la causa principale della generazione di armoniche e il loro danno non può essere ignorato.
01. Apparecchiature con Azionamento a Frequenza Variabile (VFD): Gli azionamenti a frequenza variabile utilizzati per il controllo della velocità in apparecchiature come ventilatori e pompe generano quantità significative di armoniche caratteristiche (5a, 7a e 11a armonica) durante il loro processo di raddrizzamento-inversione.
02. Apparecchiature Raddrizzatrici: Vasche di galvanica, sistemi UPS, ecc., iniettano corrente non sinusoidale nella rete elettrica.
03. Apparecchiature ad Arco: Forni ad arco e saldatrici generano fluttuazioni armoniche a banda larga. Durante l’avvio dell’arco e la saldatura, le grandi variazioni di corrente generano numerose armoniche, con le armoniche di 3a, 5a, 7a, 11a e 13a particolarmente prominenti.
04. Computer e Server: I computer generano correnti armoniche durante l’avvio e l’esecuzione dei programmi, ponendo elevate esigenze di stabilità e qualità dell’alimentazione.
05. Luci a LED: I driver delle luci a LED presentano caratteristiche non lineari. Sotto diverse regolazioni di luminosità, le variazioni di corrente e potenza non sono lineari, potenzialmente generando armoniche e influenzando la qualità della rete elettrica.
4. I pericoli delle armoniche includono:
Invecchiamento accelerato delle apparecchiature: causando surriscaldamento di motori e trasformatori, riducendone la durata. Aumento delle perdite di potenza: portando a maggiori perdite nelle linee e nelle apparecchiature e a costi elettrici più elevati. Interferenza con la precisione del controllo: influenzando i segnali PLC e dei sensori e riducendo la precisione della produzione.
5. Caso di Studio: Officina con Forno ad Arco Elettrico in un Impianto Metallurgico – Affrontare le Armoniche Fluttuanti
Contesto del Progetto: Durante il funzionamento, un forno ad arco elettrico in un impianto metallurgico ha subito frequenti sfarfallii dell’illuminazione dell’officina e falsi allarmi dal sistema di controllo PLC, portando talvolta a spegnimenti del forno con perdite superiori a 100.000 RMB per spegnimento.
Risultati del Test: Durante il funzionamento del forno, il THDi fluttuava tra il 15% e il 35%, con frequenze armoniche complesse che variavano con la fase di fusione.
Soluzione: È stato utilizzato un filtro attivo con una velocità di risposta dinamica ≤10ms per tracciare e compensare le variazioni armoniche in tempo reale.
Risultati dell’Applicazione: Il THDi è stato stabilmente controllato entro l’8%, lo sfarfallio dell’illuminazione e i falsi allarmi del sistema di controllo sono scomparsi e il tasso di funzionamento continuo del forno ad arco elettrico è aumentato dall’85% al 98%.
Diagramma dello spettro di corrente prima dell’entrata in funzione dell’AHF (Filtro Armonico Attivo)
Diagramma dello spettro di corrente dopo l’entrata in funzione dell’AHF (Filtro Armonico Attivo)
