Hvorfor forstærker APF belastningsharmoniske?

Ved første øjekast vil nogle måske tvivle på titlen og spekulere på, om der er en fejl. Aktive strømfiltre (APF'er) menes traditionelt at afbøde harmoniske og reducere harmoniske komponenter i distributionsnetværket, så hvordan kunne de forstærke belastningsharmoniske? Du læste rigtigt, og jeg har heller ikke taget fejl. APF'er reducerer faktisk harmoniske, men de forstærker dem også. De reducerer harmoniske, der flyder til gittersiden og forstærker harmoniske, der stammer fra belastningssiden! Uden at forstå dette er det umuligt at konfigurere APF-kapaciteten korrekt og bruge den sikkert. Nedenfor vil jeg forsøge at forklare dette interessante fænomen.

Diagrammet ovenfor illustrerer en typisk ikke-lineær belastning forbundet til et distributionsnetværk. I diagrammet repræsenterer Ls den ækvivalente interne impedans af distributionsnetværkstransformatoren, L1 er indgangsimpedansen for den ikke-lineære belastning, og APF-forbindelsespunktet er mellem Ls og L1. Med en fast belastning er størrelsen af ​​belastningsharmonikken direkte relateret til summen af ​​Ls og L1; jo større Ls + L1 er, jo mindre er belastningsharmonikken, og omvendt. Når APF'en ikke er tilsluttet, er indgangsimpedansen for belastningsharmoniske Ls + L1. Men efter at APF er tilsluttet og teoretisk afbøder alle harmoniske, der strømmer til distributionstransformatoren, skifter den ideelle trefasede spændingskilde for harmoniske til midterpositionen mellem Ls og L1. På dette tidspunkt er indgangsimpedansen for belastningsharmoniske L1, så belastnings-sidens harmoniske vil forstærkes synkront, med forstærkningsstørrelsen næsten svarende til (Ls + L1) / L1.

Baseret på ovenstående analyse forstærker APF-forbindelse generelt harmoniske på belastningssiden. Når Ls og L1 er nogenlunde ens, er den harmoniske forstærkning signifikant. Da belastningsinputreaktansen for en typisk frekvensomformer er sammenlignelig med den interne impedans af distributionstransformatoren, vil konfiguration af en APF til at undertrykke indgangsharmoniske stadig resultere i en mærkbar forstærkning af frekvensomformerens indgangsharmoniske. Dette gælder især for nogle høje-frekvensomformere, der ikke bruger en input-induktor, men i stedet anvender transformerens tilsvarende interne impedans som input-induktansen. I dette tilfælde, teoretisk set, efter at have brugt en APF til at undertrykke frekvensomformerens indgangsharmoniske, vil belastningen (dvs. frekvensomformerens) indgangsstrømharmoniske blive uendelige, hvilket betyder, at den samlede indgangsstrøm ville blive uendelig, hvilket potentielt ville beskadige frekvensomformeren. I praksis afslører observation af netspændingen ved APF-forbindelsespunktet et alvorligt lineært fald og stigning i spændingen, som endda kan beskadige andet udstyr i nettet! Derfor skal en ekstra indgangsreaktans i sådanne situationer forbindes i serie med frekvensomformeren.

For at vende tilbage til det indledende spørgsmål, vedrørende forstærkningen af ​​belastningsharmoniske forårsaget af APF-forbindelse, skal denne forstærkning overvejes fuldt ud, når APF-kapaciteten konfigureres. Den faktiske APF-kapacitet skal være mindst (Ls+L1)/L1 gange den harmoniske størrelse før APF-forbindelse for at sikre, at APF har tilstrækkelig kapacitet til at afbøde harmoniske strømninger til nettet fra belastningen. For inverterbelastninger med meget lav indgangsimpedans, såsom dem uden indgangsreaktans, skal en reaktans forbindes i serie mellem APF-forbindelsespunktet og belastningen. Reaktansværdien bør generelt betragtes som mindst en reaktansrate på 3 %, og derefter skal APF-konfigurationskapaciteten beregnes ud fra forholdet mellem Ls og induktansen af ​​den serie-forbundne inputreaktans.