Ograniczenie deformacji przebiegów sinusoidalnych
Najczęstszą przyczyną deformacji przebiegów sinusoidalnych są wyższe harmoniczne (a więc składowe przebiegu czasowego o częstotliwości stanowiącej wielokrotność częstotliwości podstawowej wynoszącej między innymi w Polsce 50 Hz), będące realnym zagrożeniem dla systemu elektroenergetycznego i zasilanych z niego odbiorników energii elektrycznej.
Powszechnie stosowane urządzenia elektroniczne (np. zasilacze komputerowe), energoelektroniczne (np. prostowniki diodowe lub tyrystorowe), a także lampy energooszczędne (np. z wyładowczymi źródłami światła wyposażonymi w tak zwany balast elektroniczny) pobierają prąd, którego kształt znacząco odbiega od sinusoidy. Zniekształcony prąd płynący od odbiornika energii elektrycznej do jej źródła powoduje z kolei deformację przebiegu napięcia. Zawartość harmonicznych w przebiegu napięcia określa współczynnik THD (ang. Total Harmonic Distortion) z indeksem U.
Zasilanie lamp żarowych napięciem odkształconym może spowodować migotanie światła, a w efekcie doprowadzić do nasilającego się odczucia zmęczenia i pogorszenia samopoczucia. Z kolei zasilanie napięciem odkształconym silników elektrycznych przyczynia się do zwiększenia strat mocy, nadmiernych drgań i hałasu, a w efekcie do skrócenia żywotności izolacji uzwojeń, a także izolacji pomiędzy blachami poszczególnych obwodów magnetycznych. Wpływ odkształceń harmonicznych na inne odbiorniki energii elektrycznej zależy przede wszystkim od ich konstrukcji i może spowodować zarówno nieprawidłową pracę jak i poważną awarię.
Odkształcenia przebiegu napięcia można zredukować lokalnie poprzez zmniejszenie wprowadzania do sieci zasilającej wyższych harmonicznych prądu, instalując np. scentralizowany filtr pasywny lub filtr aktywny.
Filtr pasywny to na ogół włączony równolegle (pomiędzy siecią zasilającą, a odbiornikami energii elektrycznej) układ zbudowany z odpowiednio dobranych elementów biernych pojemnościowych (kondensatorów) i indukcyjnych (dławików). Projektowany jest indywidualnie, oddzielnie dla każdego przypadku, w celu uzyskania optymalnego przebiegu częstotliwościowej charakterystyki impedancyjnej. Elementy składowe filtra pasywnego dobierane są tak, by każda z filtrowanych częstotliwości miała swój własny, dostrojony do rezonansu szeregowego obwód filtracyjny. Rezonans występuje wtedy gdy reaktancja indukcyjna jest równa pojemnościowej, czyli reaktancja zastępcza wynosi zero. Filtr pasywny pełni zatem dwie funkcje. Po pierwsze odciąża sieć zasilającą od wyższych harmonicznych prądu pochodzących od nieliniowych odbiorników, a po drugie stanowi źródło mocy biernej dla częstotliwości podstawowej. W uproszczeniu obwód dławik-kondensator dla częstotliwości podstawowej zachowuje się jak sam kondensator, natomiast dla składowej prądu częstotliwości wyższych harmonicznych stanowi drogę o jak najniższej impedancji. Filtr pasywny ma szereg wad, do których należy między innymi fakt, że powoduje zakłócenia teletransmisyjne, ponadto może ulec rozstrojeniu na skutek zarówno zmian częstotliwości napięcia zasilającego, jak i wartości parametrów elementów z których jest zbudowany (np. w wyniku starzenia się kondensatorów). Jego skuteczność działania zależy w znacznej mierze od impedancji sieci zasilającej w miejscu jego podłączenia.
Filtr aktywny to specjalnie zaprojektowany układ energoelektroniczny włączony równolegle, pomiędzy siecią zasilającą, a odbiornikami energii elektrycznej. Jego zasada działania polega w skrócie na eliminacji z prądu pobieranego przez nieliniowe odbiorniki składowych niesinusoidalnych i niezgodnych w fazie z napięciem. Filtr aktywny generuje zatem przebieg czasowy będący w przeciwfazie względem niepożądanej składowej prądu pobieranego przez nieliniowe odbiorniki, co jednocześnie sprawia, że z punktu widzenia sieci zasilającej do miejsca jego podłączenia dopływa prąd sinusoidalny.
Filtr aktywny na tle filtra pasywnego charakteryzuje się na ogół przede wszystkim dużą stabilnością działania i dokładnością, a ponadto brakiem konieczności stosowania wielu dławików (w przypadku filtrowania przebiegów o różnych częstotliwościach), które zwykle ze względu na ich gabaryty zajmują dużo miejsca. Na rynku dostępne są różnego rodzaju rozwiązania modułowe w postaci szaf z wymiennymi „szufladami” o wartości prądu w zakresie od około 50 A do nawet 500 A.
W przypadku konieczności zastosowania rozwiązań takich jak pasywne lub aktywne filtry wyższych harmonicznych – zapraszamy do kontaktu.