فیلتر هارمونیک چیست؟ + انواع + مزایا و ساختار کلی

امروزه با افزایش سیستم های اتوماسیون در کلیه رشته های تولیدی و خدماتی، استفاده از عناصر نیمه هادی در مدارات کنترل به جای رله ها افزایش چشمگیری یافته است. عمده ترین مشخصه این قطعات، تغییر شکل موج سینوسی برق شهر و تبدیل آن به موج هایی است که شکل سینوسی نداشته ولی دارای تناوب هستند. فیلتر هارمونیک برای از بین بردن این امواج استفاده می شود.محاسبات ریاضی ثابت کرده که هر موج متناوب از مجموعه ای از امواج سینوسی با فرکانس اصلی موج و مضارب آن تشکیل شده است. موج با فرکانس اصلی را موج اصلی و سایر اعوجاج را با توجه به فرکانس آنها، هارمونیک می نامند، که شما عزیزان میتوانید انواع فیلتر هارمونیک را بررسی و با توجه به نیاز خود با قیمت مناسب آن را در فروشگاه انلاین ولت استار مشاهده و خریداری نمایید.

از آنجا که امپدانس خازن نسبت عکس با فرکانس موج دارد. در هارمونیک ها، امپدانس کمتری داشته و جریان بالاتری از آن می گذرد که باعث خرابی زود هنگام خازن می شود.در شرایطی که فرکانس رزونانس شاخه را به میزان طراحی شده کاهش می دهد و این ترکیب عملا معادل یک فیلتر عمل نموده که در فرکانس های پائین خاصیت خازنی و در فرکانس های بالا خاصیت سلفی دارد.چنین خاصیتی از خرابی زود هنگام خازن جلوگیری می کند.

فیلتر هارمونیک یا EMI

فیلتر EMI و یا فیلتر هارمونیک یک دستگاه رابط الکترومغناطیسی است که به منظور از بین بردن نویز الکتریکی است که ممکن است فرکانس آن بالاتر از فرکانس ورودی AC باشد استفاده می شود.

تداخل الکترو مغناطیسی به عنوان سیگنال های الکترونیکی ناخواسته ای شناخته شده اند که از طرق مختلف (به عنوان مثال از منبع تغذیه) تولید می شوند و در سیستم انتشار می یابند،فیلتر EMI یا فیلتر هارمونیک تداخل سیگنال که توسط خود دستگاه یا عوامل بیرونی ایجاد می شود را از بین می برد و به ایمنی دستگاه در برابر سیگنال های الکترو مغناطیسی کمک می نماید .

ساختار تشکیل  فیلتر هارمونیک

فیلترهارمونیک تشکیل شده از یک بوبین سیم پیچی شده می باشد که در هنگام عبور جریان از آن، با تشکیل یک میدان مغناطیسی، میزان افزایش جریان را محدود کرده و باعث کاهش هارمونیک ها می شود و درایو را از امواج بلند و ایجاد هارمونی های ( THDI ) و ( THDV ) که بارز ترین این هارمونی ها هستند روی سیستم قدرت محافظت می کند. دو نوع اصلی ازاین فیلتر ها که در درایوهای فرکانس متغیر مورد استفاده می باشد ، عبارتند از: فیلتر AC و فیلتر DC

مزایای استفاده از راکتور‌های حذف هارمونیک

• کاهش اضافه جریان در زمان سوئیچینگ بانک خازن
• کاهش اضافه بار خازن در اثر هارمونیک‌ها
• کاهش حرارت ایجاد شده در کابل‌ها
• کاهش حرارت ایجاد شده در ترانسفورماتور‌ها
• عمر بیشتر خازن
• حذف اعوجاج شکل موج ولتاژ
• جلوگیری از عملکرد بی دلیل مدار‌های حفاظتی
• محدود کردن وقوع رزنانسهاي خطرناک
• جلوگيري از تريپهاي ناخواسته فيوزها و کليدهاي مدار شکن
• افزايش طول عمر خازنها از طريق کاهش حرارت آنها

انتخاب خازن و راکتور مناسب برای کارکرد صحیح سیستم بسیار مهم می‌باشد. برای رسیدن به بهترین نتیجه، رعایت نکات زیر ضروری می‌باشد:

1. فرکانس رزونانس سری باید بر مبنای آنالیز هارمونیک سیستم انتخاب شود.
2. بخاطر خاصیت سلفی راکتور، ولتاژ دوسرخازن از ولتاژ برق شبکه بیشتر می‌باشد؛ لذا انتخاب ولتاژ خازن بر مبنای فرکانس رزونانس صورت می‌گیرد.
3. بدلیل بالاتر بودن ولتاژ خازن از ولتاژ شبکه خاصیت سلفی راکتور، توان ایجاد شده در شاخه سری با توان خازن متفاوت است. به همین دلیل برای رسیدن به توان دلخواه باید از ظرفیت‌های اصلاح شده استفاده کرد.

انواع فیلتر هارمونیک 

فیلترهای پسیو

زمانی که هدف جبران سازی در فرکانس اصلی است، در شبکه های تغذیه که اعوجاج هارمونیکی بالایی دارند از فیلتر های حفاظتی استفاده می شوند. هدف این است که این جریان های هارمونیکی با هدایت به مدار اصلی از اضافه بار در خازن جلوگیری شود. فیلتر های حفاظتی با قرار گرفتن راکتور با خازن ساخته می شوند. در این راستا، این مقدار هماهنگی فرکانسی، مقداری بین فرکانس پایه و فرکانس کمترین هارمونیک موجود می باشد که معمولاً با پنجمین مرتبه هارمونیکی تنظیم می شود. این فیلتر یک امپدانس القایی بالایی برای فرکانس های هارمونیکی دارد.

اتصال راکتور سری به یک خازن باعث می شود خازن در ولتاژی بیشتر نسبت به ولتاژ تغذیه کار کند. به همین دلیل خازن هایی که به فیلتر های حفاظتی متصل می شوند نیاز است در ولتاژ بالاتری برای کار طراحی شوند. انتخاب نقطه تنظیم فیلتر، در تعادل با مرتبه هارمونیک هایی است که از فیلتر عبور داده نمی شود و یا مقدار ولتاژ اضافی که در خازن در فرکانس پایه به وجود می آید متناسب است، باید متذکر شد که توان راکتیوی که در فیلتر در فرکانس نامی (50 یا 60) تأمین می شود با زمانی که بدون راکتور می باشد، متفاوت است. به طور معمول راکتوری که برای این کار مورد استفاده قرار می گیرد 7% امپدانس خازن در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال نقطه تنظیم در فرکانس 50 هرتز 189 هرتز است همچنین دیگر نقاط تنظیم نیز در دسترس است.

همچنین شما میتوانید با مراجعه به تجهیزات خازنی از انواع محصولات خازنی ما که در درجه بسیار بالایی برخورد دارد هستند دیدن فرمایید.

فیلترهای فعال

وقتی هدف اصلی جبران سازی توان راکتیو در فرکانس اصلی نباشد و هدف کاهش اعوجاج هارمونیک تغذیه سیستم باشد از این فیلترها استفاده می شود. در میان مشکلاتی که از هارمونیک ها نشأت می گیرد، جلو گیری از این مشکلات لازم و ضروری است که در ذیل به آن اشاره شده است.

• تداخل ارتباطات مخابراتی
• اعوجاج ولتاژ منبع تغذیه
• اختلالات سیستم الکترونیکی
• مشکل در سیستم کنترل و رله های حفاظتی
• خرابی ترانسفورماتور ها و موتور ها به دلیل گرمای بیش از حد ناشی از تلفات هسته
• گرمای بیش از حد فیوز های حفاظتی در نقطه منتهی به جرقه و انفجار

باید اشاره کرد که امپدانس همه فیلتر ها، خازنی و پایین تر از فرکانس تنظیم است که در مقیاس کوچک تاثیر داشته و جبران سازی در فرکانس اصلی انجام می گیرد.با نصب فیلترها، ساختار سیستم تغذیه الکتریکی اصلاح می شود به همین دلیل طراحی فیلترها باید بر اساس طراحی دقیق و مطالعات کل سیستم صورت گیرد.

فیلترهای ترکیبی

فیلتر پسیو بصورت مدار‌های سری LC ساخته می شود که برای آن فرکانس‌ ها معمولا ۵، ۷ و ۱۱ می‌باشد. در واقع فیلتر فعال بصورت الکترونیکی و میکرو پردازشی می‌باشد و کنترل هارمونیک های مرتبه ۲nd تا ۵۰ ام را بر عهده دارد. فیلتر نوع آخر از ترکیب فیلتر پسیو و فعال است و کنترل هارمونیک در محدوده بین مرتبه ۲nd تا ۲۵ام  را انجام می‌دهد.

انتخاب فیلتر هارمونیک

در هنگام انتخاب فیلتر هارمونیک مناسب می بایست فاکتورهای زیر مورد توجه قرار گیرند :
سایز کیس، رابط های I/O نحوه نصب، فاکتورهای ایمنی، ولتاژ، جریان، نشت جریان، مقاومت عایق، محدوده دما، مقاومت DC و تست ولتاژ پس از نصب نهایی.

بسیاری از دستگاه های الکترونیکی دارای مدارهای فیلترهارمونیک می باشند که یا به صورت یک دستگاه جداگانه و یا تعبیه شده در مدار مورد استفاده قرار میگیرد، این فیلتر هارمونیک فرکانس های الکترونیکی که ممکن است با دستگاه های دیگر تداخل پیدا کند را کاهش می دهد.

استفاده ازفیلترهارمونیک در زمان هایی می باشد که مدار یا سیستم ها نویزهای الکتریکی ای تولید می کنند که بیشتر از مقداری است که فیلتر به خودی خود سرکوب می کند..

موارد دیگر استفاده از نویز فیلتر زمانی اتفاق می افتد که چندیم منبع تغذیه به طور همزمان از یک منبع قدرت AC استفاده می کنند، در این حالت نویز فیلترهای داخلی هر کدام از منابع تغذیه قادر به فیلتر کردن بخش محدودی از نویز نمی باشند، هنگامی که این نویز ها با هم ترکیب می شوند به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می یابند، در تمام این مواردممکن است لازم باشد که یک نویز فیلتر خارجی یا فیلتر هارمونیک نصب گردد به منظور آنکه سطح نویز الکتریکی را تا سطح قابل قبولی کاهش دهند .

حال در چند مورد به نحوه انتخاب راکتور هارمونیک مناسب می پردازیم:

نصب راکتور در شبکه‌هایی ضروری است که THD جریان آن‌ها بیش از ۱۰% و یا THD ولتاژ بیشتر از ۳% (در حالت بدون خازن) باشد. در اینگونه موارد رعایت نکات زیر ضروری می‌باشد:

1. اگر دامنه هارمونیک سوم جریان بیشتر از ۲۰% هارمونیک پنجم جریان باشد، از راکتور‌های هارمونیک سوم (P=۱۴%) استفاده می‌شود،در غیر این صورت از راکتور‌های هارمونیک پنجم (P=۷% یا P=۵.۶۷%) استفاده خواهد شد.
2. در حالت استفاده از راکتور‌های هارمونیک پنجم اگر THD ولتاژ کمتر از ۷% باشد از راکتور ۷% و اگر بیشتر باشد از راکتور ۵.۶۷% استفاده می‌شود.

در حالت نصب خازن بصورت سری با راکتور، باید توجه داشت که ولتاژ نامی خازن مورد استفاده در مدارات راکتور دار همیشه بیشتر از ولتاژ نامی شبکه خواهد بود. برای رسیدن به فرکانس تشدید طراحی شده، حتما باید از خازنی استفاده شود که ظرفیت آن روی راکتور ثبت شده یا در کاتالوگ آن ذکر شده باشد.

در فروشگاه ولت استار انواع فیلترهای هارمونیک در برند های مختلف از جمله: پارس شریم، فراکو، پی کی سی، لیفاسا و فراپیام موجود می باشد و می توانید با اطلاعاتی که به دست آوردید خریدی با کیفیت و با قیمت مناسب تجربه کنید.