Активные фильтры гармоник

Активные фильтры

Принцип работы активных фильтров основан на управлении транзисторными мостами в режиме широтно-импульсной модуляции путем сравнения пилообразных опорных напряжений с трехфазной системой напряжений управления.  В результате работы активных фильтров исключаются гармонические составляющие тока и/или напряжения. Различают два типа таких фильтров:
1)    Последовательный активный фильтр
2)    Параллельный активный фильтр.
Целью последовательного активного фильтра является повышение качества электропитания нагрузки путем корректировки возмущений в сети. Последовательные фильтры могут корректировать провалы напряжения и колебания напряжения (фликер), а также отфильтровывать гармонические составляющие низшего порядка. Для объектов, на которых применяется сварочное оборудование, индукционные печи со значительным колебанием нагрузки, краны и т.п., фликер может быть устранен применением УКРМ с тиристорым управлением.  Если же в сети присутствуют гармоники тока из-за наличия нелинейных нагрузок, наилучшим способом повышения качества электропитания является установка параллельных активных фильтров серии APF производства испанской фирмы.                                          
Фильтры APF обеспечивают компенсацию гармоник, асимметрии и фазового сдвига тока сети. APF должен быть подключен параллельно питающей линии, как показано на рис.1. Тогда фильтр скомпенсирует пульсацию, асимметрию и отставание фазы, вызванные подключением нагрузки ниже по току. Принцип компенсации гармоник основан для инжектировании пульсирующего тока в противофазе, что уничтожает гармоники, генерируемые нагрузкой, как показано на рис. 2 (Iнагрузки + Iфильтра= Iсети , с синусоидой).

Типы фильтров APF
В зависимости от конфигурации разделяют несколько типов параллельных активных фильтров:
Однофазные: Фильтры такого типа предназначены для устранения гармоник, генерированных однофазной нагрузкой. (2-проводные линии).
Трехфазные 3-проводные: Фильтры такого типа предназначены для устранения гармоник трехфазной симметричной системы без нейтрального провода. Если такое оборудование используется для компенсации трехфазной 4-проводной линии (с использованием нейтрали), то они не смогут компенсировать составляющие нулевой последовательности (в частности, третью гармонику, которая не может быть устранена  трехфазной 3-проводной системой).
Трехфазные 4-проводные: APF фильтры производства Circutor принадлежат именно к этому типу. Конструкция содержит инвертор с четырьмя выводами, действующий по принципу подавления, указанному выше. Основным преимуществом 4-проводных фильтров является возможность компенсации всех типов гармоник, включая токи нулевой последовательности (гармоники кратные 3, генерируемые однофазными выпрямителями) и, в случае несимметричных нагрузок, они также способны балансировать токи между разными фазами для минимизации тока нейтрали. Поэтому, 4-проводные компенсаторы минимизируют ток нейтрального провода.
Поведение APF фильтра в условиях ограничения тока
APF фильтры работают в качестве источников тока и их эффективность ограничена собственным номинальным током.  Такой ограничивающий ток обозначается как I limit и используется для устранения гармоник, асимметрии и запаздывания фаз.
При нормальных условиях работы, если необходимый ток не достигает I limit, APF скомпенсирует все реактивные составляющие: гармоники, асимметрию и запаздывание фаз. Если нагрузке требуется компенсация с номиналом тока выше
I limit, тогда компенсирование запаздывания фаз (в зависимости от уставки) может быть автоматически отключено, а весь номинальный ток будет пущен на компенсирование гармоник и запаздывания фаз. Если все-таки нагрузке требуется компенсирующий ток выше I limit  тогда компенсирование асимметрии или гармоник (в зависимости от уставок) будет также автоматически отключено и вся мощность фильтра будет предоставлена на выполнение функции с наивысшим приоритетом.

В случае, если активирована только функция компенсирования гармоник, а нагрузке требуется ток выше I limit, то компенсирование гармоник будет только частичным. Функция set-up при пуске позволяет выполнить программирование приоритетов между функциями компенсирования (гармоник, асимметрии или запаздывания фаз), кроме того, возможен выбор приоритета для компенсирования отдельной гармонической составляющей.
Условия применения фильтров
•    Фильтры APF разработаны специально для устранения гармоник, асимметрии и запаздывания фаз в низковольтных распределительных системах с несколькими однофазными нагрузками, которые генерируют такие реактивные составляющие.
•    Ток нейтрали фильтра APF в 1,5 раза больше фазного тока. Это означает, что в сбалансированной системе APF может скомпенсировать до 40%  третьей гармоники по фазе без достижения I limit на нейтрали. Для высших гармоник остаточный ток остается на нейтрали.
•    APF не может быть установлен  параллельно с другими настроенными фильтрами или с конденсаторными установками без режекторных фильтров. Компенсация cosφ должна обеспечиваться расстроенными фильтрами с настройкой на p=7%, p=14% или p=5,6%.