Filtry aktywne ADF

W większości problemów technicznych związanych z wytwarzaniem, przesyłem i użytkowaniem energii elektrycznej zakłada się, że mamy do czynienia z liniowymi obwodami elektrycznymi. Wśród odbiorników energii coraz częściej spotkać można odbiorniki dokształcające sinusoidalne przebiegi prądu i napięcia. Są to tak zwane odbiorniki nieliniowe, do których możemy zaliczyć wszystkie odbiorniki, które nie są czysto rezystancyjne. Nieliniowe odbiorniki prowadzą do powstawania harmonicznych prądów i napięcia. Harmoniczne są jednym z najstarszych zaburzeń systemów energoelektronicznych. Problem wyższych harmonicznych ciągle narasta a zagrożenia z tym związane należy traktować poważnie.

Pojęcie harmonicznych wywodzi się z akustyki, gdzie odnoszone są do drgań struny. W przypadku energoelektroniki lub elektrotechniki, harmoniczna jest definiowana jako składowa przebiegu o częstotliwości będącej krotnością składowej podstawowej

Typowe odbiorniki, które powodują odkształcenie prądu i napięcia:

• Sprzęt radiowo-telewizyjny i komputerowy; odbiorniki te wyposażone są w różnej klasy zasilacze z pojemnościowymi filtrami napięcia, w których prądzie znaczący udział maja harmoniczne rzędu 3 i 5
• Świetlówki, zwłaszcza coraz powszechniej stosowane świetlówki kompaktowe, wyposażone w układ przemiennika częstotliwości; odbiorniki te pobierają prąd o bardzo szerokim spektrum wyższych harmonicznych.
• Różnego rodzaju zasilacze, przede wszystkim zasilacze z przetwarzaniem energii (SMPS)
• Bezstopniowe regulatory prędkości obrotowej silników, np. silników elektronarzędzi.
• Elektroniczne sterowniki natężenia oświetlenia.
• Układy bezprzerwowego zasilania (UPS), przekształtniki, stateczniki.
• Urządzenia z rdzeniami magnetycznymi czy na przykład transformatory, silniki.

Destruktywny wpływ odkształconego prądu i napięcia:

1. Wpływ na silniki i generatory:

• Wzrost temperatury ze względu na dodatkowe straty mocy. Jest to stres dla izolacji silników, który skraca ich żywotność.
• Powstawanie dodatkowych strumieni magnetycznych w silniku, konsekwencją czego jest indukowanie się dodatkowych prądów (prądy wirowe).
• Powstawanie momentów harmonicznych. Wpływa to na pulsację momentu. Prowadzi to do oscylacji mechanicznych, rezonansów.
• Harmoniczne wpływają na głośność silnika (im więcej tym większy szum akustyczny silnika).

2. Wpływ na przekaźniki i styczniki, transformatory, baterie kondensatorów:

• Układy te są nie wrażliwe na THD wynoszące do max. 20%. Powyżej tej granicy występują przegrzania elementów, nieprawidłowości w działaniu (załączenia, wyłączenia, duże nagrzewanie, sklejanie).
• THD powoduje duże straty mocy. Powoduje to znaczny ubytek mocy transformatora, kable zasilające oraz zabezpieczenia poddawane są dodatkowym wpływom cieplnym, co powoduje konieczność ich przewymiarowania. Filtry ADF powodują wzrost mocy czynnej transformatora sięgający nawet 20%!
• Harmoniczne dodatkowo nagrzewają i wpływają destrukcyjnie na baterie kondensatorów (dodatkowa moc wydzielana na nich). Prowadzi to przeważnie do ich uszkodzenia (spalenie, wybuch).

Sposoby radzenia sobie z wyższymi harmonicznymi prądu.

Stosowanie dławika indukcyjnego, który zmienia impedancję sieci w pewnym zakresie. W przypadku układu napędowego przekształtnika, dławik wejściowy lub wbudowany w obwód DC limitują harmoniczne prądu do poziomu około 30-40% w zależności od wielkości obciążenia.
Użycie prostownika 12 pulsowego możliwe jest przy podłączeniu układu do dwóch transformatorów (jeden połączony w gwiazdę, drugi w trójkąt). Limitacja harmonicznych do poziomu 12%. Na rynku dostępne są również rozwiązania filtracji pasywnej. Są to typowe filtry LCL, których parametry elektryczne zostały dobrane na odpowiedni punkt pracy napędu (filtracja <8% przy założeniu, że obciążenie jest większe niż 80%). Jest to jednak rozwiązanie niepewne, wprowadzające dodatkowe oscylacje do układu. Filtry LCL z reguły są bardzo duże i drogie. Odchodzi się od tego typu rozwiązań.
Najlepszym i najpewniejszym rozwiązaniem jest użycie filtru aktywnego, który potrafi dynamicznie odpowiadać na zapotrzebowanie oraz w szybki sposób kompensuje harmoniczne prądu i napięcia. Filtry aktywne to zaawansowane technologicznie rozwiązanie mające na celu równoważenie obciążenia faz, kompensowanie mocy biernej oraz niwelację przesunięcia fazowego między napięciami i prądami sieci. Filtry aktywne ADF podłącza się w topologii bocznikowej. Filtr dokonuje analizy prądów płynących do odbiornika w celu określenia istniejących zakłóceń, a następnie pobiera/oddaje do sieci prądy które po zsumowaniu z odkształconymi prądami odbiornika umożliwią uzyskanie sinusoidalnych prądów linii zasilającej będących w fazie z napięciem. Filtry cyfrowe ADF Aniro przeznaczone są dla wszystkich instalacji, obiektów, gdzie występują problemy z jakością energii elektrycznej w ogóle. Dodatkowo, filtry serii ADF mogą kompensować moc bierną (zarówno pojemnościową jak i indukcyjną), dokonywać symetryzacji obciążenia, a także wyeliminować zjawisko migotania światła.

Dlaczego stosowanie filtrów ADF jest  korzystne?

Przebiegi prądów i napięć sieci energetycznej są dalekie od ideału. Stosowanie urządzeń, takich jak przemienniki częstotliwości, napędy DC, piece łukowe, spawarki oraz innych, powoduje odkształcenia prądów i napięć sieci od przebiegu sinusoidalnego.

Filtry ADF można porównać do wysoce zaawansowanego źródła prądowego generującego dowolny wymagany przebieg.

	ADF P100	ADF P200	ADF P300	ADF STATCOM
Montaż naścienny	√
Tłumienie harmonicznych, kompensacja mocy biernej	√	√	√	√
Eliminacja rezonansów		√
Eliminacja migotania	√		√	√
Równoważenie faz	√		√	√
Zastosowanie dla średnich napięć			√	√
Możliwość chłodzenia cieczą			√	√
Wersja 4-przewodowa	√
Zakres napięć	208-690V	208-480V	208-690V	Do 36kV
Prąd znamionowy	70-130A	100A	90-450A

Filtry aktywne ADF znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, m.in.

•  Napędy
•  Instalacje pompowe
•  Biura i budynki publiczne
•  Szpitale
•  Przemysł
•  Systemy UPS
•  HVAC