Teoria
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.

Pojecie 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

Rysunek 1: Składowa podstawowa 50 Hz oraz piąta i siódma harmoniczna sygnału (250Hz oraz 350 Hz)

Odbiornik nieliniowy generuje odkształcony prąd harmoniczny. Ów prąd powoduje spadek napięcia na transformatorze i indukuje w ten sposób odkształocne napięcie, które zasila wszystkie odbiorniki w układzie. Odbiorniki czysto rezystancyjne będące w obwodzie również będą narażone na prąd harmonicznych, pomimo faktu, że jest to odbiornik czysto liniowy.

Wielkością określającą zniekształcenie napięcia lub prądu przez obecność wyższych harmonicznych jest tzw. współczynnik THD (z angielskiego Total harmonic distortion). Współczynnik THD możemy odnieść do prądu (THDI) jak i napięcia w badanym obwodzie (THDU).:

Rys. 2 THD jako iloraz wartości skutecznej wyższych harmonicznych do wartosci skutecznej składowej podstawowej odpowiednio napięcia i prądu.


Jako górną granice sumowania przyjmuje się przeważnie n = 50 (pięćdziesiąta harmoniczna ). Harmoniczne, ze względu na kierunek wirowania wektorów względem składowej podstawowej dzieli się na:

+ zgodne: 3K+1 - harmoniczne rzędu 1,4,7,10.....
+ przeciwne 3K+2 - harmoncizne rzędu 2,5,8,11.....
+ zerowe 3K+3 - harmoniczne rzędu 3,6,9,12  .... (generowane głównie przez odbiorniki nieliniowe jednofazowe, które sumują się w przewodzie neutralnym).

W rozważanych obwodach mogą się pojawić również ,tzw. interharmoniczne, które nie są całkowitą wielokrotnością składowej podstawowej oraz subharmoniczne, które posiadają składowe o częstotliwości mniejszej od składowej podstawowej.

Powszechnie występującym obciążeniem nieliniowym jest prostownik 6 - pulsowy, typowo spotykany w przekształtnikach napędowych. Prostowniki n pulsowe, generują harmoniczne rzędu k(n+/-1). Dla prostownika 6 - pulsowego będą to 5 ,7,11 i 13 harmoniczna prądu. Dla prostownika 12 -pulsowego będą to harmoniczne rzędu 11,13,23,25. Rozważmy pobór prądu przez przemiennik czestotliwości, który znamionowo pobiera 70,7A z sieci 50Hz:


Rys. 3 Idealny sygnał prądowy na wejściu przemiennika.


W rzeczywistości przemiennik wyposażony jest w prostownik 6 - pulsowy, który głównie generuje harmoniczne rzędu 5 i 7:


Rys. 4 Pobór prądu przez przemiennik z nałożonymi harmonicznymi rzędu 5 i 7.

Wynikowo odbiornik widzi sumę tych przebiegów:

Rys. 5 Rzeczywisty przebieg prądu (czerwony) na wejściu przemiennika częstotliwości

W ostateczności otrzymujemy zniekształcony przebieg sinusoidalny, którego amplituda może być o kilkadziesiąt procent większa od składowej podstawowej. Składowa podstawowa wynosiła 70,7A. Suma prądów harmonicznych wynosi: 30,8A. Wynikowo przemiennik pobiera prąd o wartości wynoszącej 77, 14A a nie 70, 7A.

Harmoniczne prądu wymuszają na odbiornikach przepływ zwiększonej energii elektrycznej. Prowadzi to do nadmiernego nagrzewania się instalacji. Kable zasilające oraz zabezpieczenia należy przewymiarowywać, dobierać na znamionowy prąd ciągły z uwzględnieniem harmonicznych prądu.

Poniżej przedstawiono przebieg prądu na wejściu przemiennika jednofazowego:




Rys. 6 Przebieg prądu na wejściu przemiennika jednofazowego.


Przemienniki jednofazowe generują harmoniczne kolejności zerowej, które sumują się w przewodzie neutralnym. Prąd w przewodzie neutralnym może być wyższy niż 200% prądu fazowego. Należy uwzględnić to przy doborze przekroju przewodu zerowego  oraz zabezpieczenia.

Lista typowych odbiorników, 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:


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).

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).

Jakie istnieją sposoby radzenia sobie z wyższymi harmonicznymi prądu?


Najprostszą i najtańszą metodą jest zastosowanie 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. Oferowane filtry serii ADF dodatkowo mogą kompensować moc bierną (zarówno pojemnościową jak i indukcyjną) , dokonywać symetryzacji obciążenia, a także wyeliminować zjawisko migotania światła.


Rys. 8 Porównanie różnych metod kompensacji wyższych harmonicznych.
Zastosowanie
Filtry cyfrowe ADF Aniro przeznaczone są dla wszystkich instalacji, obiektów, gdzie występują problemy z jakością energii elektrycznej w ogóle. Gdy mówimy o jakości energii elektrycznej, mamy na myśli takie pojęcia jak:

Rys. 1 Aspekty związane z jakością energii elektrycznej.


Gdybyśmy żyli W idealnym świecie, większość z nas oczekiwałaby, by nasz sprzęt działał jak w reklamie, sprawnie i bezproblemowo i ładnie przy tym się prezentował. Łatwo sobie również wyobrazić napięcie i prąd – widzimy go jako idealne przebiegi sinusoidalne narysowane na kartce lub na ekranie monitora. Jednakże w rzeczywistości nasze oczekiwania okazują się zwykłą mrzonką a gdybyśmy zajrzeli do naszych gniazdek elektrycznych, okazało by się, że energia elektryczna nie wygląda tak, jak się tego spodziewamy i znacznie odbiega od idealnych przebiegów z ekranu monitora.

Okrutna prawda jest jednak taka, iż energia w dowolnej sieci jest zwykle niedoskonała, wadliwa, obarczona błędami zgodnie z naturalnymi prawami energii elektrycznej, ale również na skutek oddziaływania  sprzętu będącego częścią systemu. Efekt? Pogorszenie parametrów pracy urządzeń, usterki, straty energii, dziwne zdarzenia pozornie niepowiązane ze sprzętem ... z których wszystkie wymagają przestojów w celu oceny ich stanu i dokonanie ewentualnych napraw.

Większość z Państwa doświadczyła na pewno niespodziewanych, nienaturalnych awarii urządzeń, żarówek. Większość też pewnie doświadczyła  abstrakcyjnie wysokich rachunków za energię elektryczną. To tylko niektóre z objawów, które mogą być następstwem słabej jakości zasilania.

Perfekcyjnym rozwiązaniem, które jest w stanie kompleksowo zadbać o jakość energii elektrycznej są filtry aktywne ADF Aniro. Za pomocą jednego tylk urządzenia możliwa jest kompensacja mocy biernej, harmonicznych, eliminacja migotania światła, symetryzacja obciążenia.

Filtr aktywny działa na zasadzie słuchawek aktywnych. Słuchawki posiadają wbudowany mikrofon, który zbiera szum z otoczenia. Następnie słuchawki generują przebieg w przeciw fazie, który po zsumowaniu z sygnałem zmierzonym - wynikowo uzyskujemy ciszę.

Obrazek poniżej ilustruję zasadę działania filtru:




Rys. 2 Sposób działania filtru ADF ANIRO.


Rys. 3 Sposób działania filtru.


Dobór
Filtr dobiera się na kompensację prądową wyższych harmonicznych prądu. Proces doboru niejednokrotnie poprzedzony musi być wykonaniem odpowiednich pomiarów jakości energii elektrycznej na danym obiekcie przemysłowym/komunalnym. Wykonane pomiary w sposób jednoznaczny określają zawartość wyższych harmonicznych, które to z kolei determinują odpowiedni amperarz samego filtru aktywnego ADF. W przypadku, gdy poza harmonicznymi prądu kompensować chcemy również moc bierną - należy wziąć to pod uwagę na etapie wykonywania pomiarów elektrycznych. Filtry ADF są dostępne w licznych wykonaniach, dla większości typów sieci elektrycznych oraz napięć. Firma Aniro oferuje usługi zarówno z zakresu doradztwa, wykonywania pomiarów jak i doboru i instalacji odpowiedniej klasy filtru cyfrowego. W przypadku zainteresowania, prosimy o wypełnienie formularza poniżej.  

szkolenia
  • Skuteczne metody poprawy jakości energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych 2018-10-25 Akademia Filtrów.- Skuteczne metody poprawy jakości energii ... Akademia Filtrów.- Skuteczne metody poprawy jakości energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych.Termin szkolenia: 25-26.10.2018 miejsce szkolenia: Zawiercie, Hotel Villa Verde Koszt szkolenia: bezpłatne
  • Kolejna Akademia Filtrów już we wrześniu! 2018-09-01 Następne seminarium Akademii Filtrów odbędzie się we wrześni... Następne seminarium Akademii Filtrów odbędzie się we wrześniu 2018 r. Dokładny termin, lokalizacja oraz szczegóły wydarzenia zostaną opublikowane niedługo. Zapraszamy do odwiedzania strony.
  • Filtry aktywne w instalacjach przemysłowych a jakość energii elektrycznej. 2018-06-18 Już 18-19.06.2018 odbędzie się kolejne seminarium z cyklu „A... Już 18-19.06.2018 odbędzie się kolejne seminarium z cyklu „Akademia Filtrów”. Czerwcowe spotkanie poświęcone jest filtrom aktywnym w instalacjach przemysłowych oraz jakości energii. Spotkanie skierowane jest do wszystkich specjalistów branży utrzymania ruchu, którzy chcą dowiedzieć się w jaki sposób filtry aktywne ADF przyczyniają się do polepszenia jakości energii elektrycznej w zakładach produkcyjnych. Wykłady poprowadzą Managerowie Produktu z firmy ANIRO. Seminarium odbędzie się w Zawierciu (Villa Verde Hotel & Spa).
  • Cykl Seminariów w Łysomicach p. Toruniem. 2017-04-06 Serdecznie zapraszamy do wzięcia udziału w cyklu Seminariów ... Serdecznie zapraszamy do wzięcia udziału w cyklu Seminariów tematycznych, którego premiera miejsce będzie miała 6 i 7 kwietnia 2017 roku w hotelu \\\" Rubens\\\" w Łysomicach p. Toruniem. Główną tematyką Seminarium jest projekt Akademii Filtrów, który traktuje o jakości energii elektrycznej, omawiane są sposoby radzenia sobie z tym problemem oraz prezentowane są produkty z rodziny ADF Aniro. Poniżej przedstawiamy wstępny harmonogram seminariów. Chętnych serdecznie prosimy o zgłoszenia (formularz kontaktowy).
  • Skuteczne metody poprawy jakości energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych 2018-10-25

Akademia Filtrów.- Skuteczne metody poprawy jakości energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych.Termin szkolenia: 25-26.10.2018 miejsce szkolenia: Zawiercie, Hotel Villa Verde Koszt szkolenia: bezpłatne

25-26.10.2018 Akademia Filtrów - "Skuteczne metody poprawy jakości energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych"
Zapraszamy na kolejne seminarium Akademia Filtrów. Kolejne szkolenie odbędzie się już 25-26.10 2018 r. w Zawierciu. Tematem tej edycji są skuteczne metody poprawy jakości energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych. Poniżej znajduje się agenda oraz formularz rejestracyjny. Udział w Akademii Filtrów jest bezpłatny, ilość miejsc ograniczona.

Agenda Szkolenia

Dzień I - 25 Października. Teoria.

11:00 Oficjalne rozpoczęcie. Przywitanie gości. Przedstawienie planu Akademii. Zakwaterowanie w hotelu.
12:00 Prelekcja nr 1 , Dawid Wróblewski (ANIRO) - Czym jest jakość energii elektrycznej? Jak ją zmierzyć? Jakie definicje opisują jakość energii? Moc bierna oraz harmoniczne prądu: jak powstają? Czym są? Jakie zagrożenia niosą?
13:30 Przerwa kawowa - networking
14:00 Prelekcja nr 2 . Dawid Wróblewski (ANIRO) - Metody poprawy jakości energii elektrycznej. Na czym polega kompensacja cyfrowa?
15:00 Obiad
16:00 Prelekcja nr 3. Per Ewers (Comsys - prezentacja w języku angielskim) - Jakie urządzenia poprawiają jakość energii elektrycznej - oferta firmy Comsys.
16:45 Przerwa kawowa - networking
17:00 Prelekcja nr 4 . Krzysztof Frankowski (ANIRO). Zasada działania filtrów aktywnych. Dobór urządzeń, parametryzacja oraz implementacja.
19:00 Oficjalne zakończenie dnia I.
20:00 Wspólna kolacja

Dzień II - 26 Października. Praktyka.

11:00 Oficjalne rozpoczęcie. Omówienie ćwiczeń oraz zadań praktycznych.
11:30 Prezentacja zasady działania filtru ADF na realnym przykładzie.
13:00 Parametryzacja urządzenia, obsługa filtru aktywnego - ćwiczenia pod okiem specjalistów
15:00 Panel dyskusyjny, czas na pytania.
16:00 Obiad
16:00 Zakończenie, rozdanie dyplomów.

Zapisy na październikową edycję seminarium już się zakończyły, zapraszamy do śledzenia strony www, kolejne szkolenie z cyklu "Akademia Filtrów" odbędzie się w pierwszej połowie przyszłego roku.

do pobrania
Lista plików do pobrania:
kontakt

Centrala w Toruniu

ul. Chrobrego 64
87-100 Toruń

Tel: +48 56 657 63 63
Fax: +48 56 645 01 03
aniro@aniro.pl

Biuro handlowe Wrocław

ul. Brodzka 10a
54-103 Wrocław

Tel: +48 71 356 80 98
Fax: +48 71 352 81 99
wroclaw@aniro.pl

NIP: 5252336245
KRS: 000240757
Sąd Rejonowy dla M.St Warszawy w Warszawie
XII Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego
Kapitał zakładowy 50.000zł wpłacony w całości

na górę