AC-filtercondensatoren voor PCB: hoe kunnen we harmonische verliezen effectief verminderen en de energie-efficiëntie van energiesystemen verbeteren?

AC-filtercondensator voor PCB

Harmonischen, als stroom- of spanningscomponenten met frequenties hoger dan de fundamentele frequentie in energiesystemen, worden voornamelijk gegenereerd door niet-lineaire belastingen (zoals gelijkrichters, omvormers, frequentieomvormers en andere vermogenselektronische apparaten). Deze niet-lineaire belastingen zetten tijdens bedrijf gelijkstroom om in wisselstroom, of omgekeerd, waardoor harmonischen in het elektriciteitsnet worden gegenereerd. De aanwezigheid van harmonischen heeft veel effecten op het energiesysteem:
Vergroot transformatorverliezen: Wanneer harmonische stromen door transformatoren gaan, wordt extra magnetische flux gegenereerd in de ijzeren kern, wat resulteert in verhoogde ijzerverliezen. Tegelijkertijd veroorzaken harmonische stromen ook extra weerstandsverliezen, d.w.z. koperverliezen, in de wikkelingen. Deze verliezen verminderen niet alleen de efficiëntie van de transformator, maar kunnen ook de veroudering ervan versnellen en de levensduur ervan verkorten.
Oorzaak van apparatuurstoringen: Harmonische stromen kunnen oververhitting van elektrische apparatuur (zoals condensatoren, motoren, enz.) veroorzaken, wat veroudering van de isolatie, kortsluiting in de wikkelingen en andere fouten kan veroorzaken. Bovendien kunnen harmonischen ook fluctuaties en flikkeringen in de netspanning veroorzaken, waardoor de stroomkwaliteit van stroomverbruikers wordt beïnvloed.
Interferentie met communicatiesystemen: Harmonische stromen kunnen ook interfereren met nabijgelegen communicatiesystemen door middel van elektromagnetische inductie, wat resulteert in een afname van de communicatiekwaliteit of zelfs communicatieonderbreking.

In het licht van de verschillende problemen die door harmonischen worden veroorzaakt, zijn AC-filtercondensatoren een effectief middel voor harmonische controle geworden met hun unieke filtereigenschappen. Het werkingsprincipe van AC-filtercondensatoren is gebaseerd op hun capaciteitskarakteristieken, dat wil zeggen dat de impedantie van condensatoren voor AC afneemt met toenemende frequentie. Wanneer harmonische stromen door condensatoren stromen, zullen de condensatoren daarom, omdat hun frequentie veel hoger is dan de fundamentele golf, een lagere impedantie vertonen, waardoor deze hoogfrequente componenten effectief worden geabsorbeerd of omzeild en hun interferentie met het elektriciteitsnet wordt verminderd.

In energiesystemen worden AC-filtercondensatoren meestal gebruikt in combinatie met inductieve componenten (zoals reactoren) om verschillende soorten filters te vormen (zoals LC-filters). Deze filters kunnen het harmonische onderdrukkingseffect binnen een specifiek frequentiebereik nauwkeurig regelen, hoge harmonischen in het elektriciteitsnet effectief uitfilteren en de kwaliteit van de stroom verbeteren.

Specifieke toepassingen voor het verminderen van harmonische verliezen en het verbeteren van de energie-efficiëntie
Vermindering van transformatorverliezen: Door AC-filtercondensatoren te installeren, kan het ijzerverlies en koperverlies van harmonische stromen op transformatoren aanzienlijk worden verminderd. De vermindering van de harmonische stroom betekent dat de extra warmte die door de transformator tijdens bedrijf wordt gegenereerd, wordt verminderd, waardoor de temperatuurstijging van de transformator wordt verminderd en de levensduur ervan wordt verlengd. Tegelijkertijd wordt door de vermindering van harmonische verliezen de efficiëntie van de transformator verbeterd en wordt ook de energie-efficiëntie van het gehele energiesysteem verbeterd.
Verminderd uitvalpercentage van apparatuur: AC-filtercondensatoren verminderen de uitval van elektrische apparatuur veroorzaakt door oververhitting, veroudering van de isolatie en andere redenen door harmonische stromen te onderdrukken. Dit verlaagt niet alleen de onderhoudskosten van apparatuur, maar verbetert ook de stabiliteit en betrouwbaarheid van het energiesysteem.
Verbeterde kwaliteit van het elektriciteitsnet: De vermindering van de harmonische stroom helpt de golfvorm van de netspanning te verbeteren en spanningsschommelingen en flikkeringen te verminderen. Dit verbetert niet alleen de stroomkwaliteit van stroomgebruikers, maar helpt ook andere gevoelige apparatuur in het elektriciteitsnet te beschermen tegen harmonische interferentie.
Economische voordelen van verbeterde energie-efficiëntie: Door AC-filtercondensatoren te installeren worden de harmonische verliezen in het voedingssysteem aanzienlijk verminderd, waardoor de energie-efficiëntie van het hele systeem wordt verbeterd. Dit helpt niet alleen om energieverspilling te verminderen en de elektriciteitskosten te verlagen, maar levert ook aanzienlijke economische voordelen op voor energiebedrijven en gebruikers.

Hoewel AC-filtercondensatoren aanzienlijke voordelen hebben laten zien bij het verminderen van harmonische verliezen en het verbeteren van de energie-efficiëntie van energiesystemen, worden hun ontwerp en toepassing ook geconfronteerd met enkele technische uitdagingen:
Nauwkeurig ontwerp van filters: Om het filtereffect te garanderen, moet het filter nauwkeurig worden ontworpen, inclusief het selecteren van de juiste condensator- en reactorparameters, het optimaliseren van de filterstructuur, enz. Dit vereist dat ontwerpers diepgaande kennis hebben van vermogenselektronica en rijke praktische ervaring .
Temperatuurbestendigheid van condensatoren: In energiesystemen moeten condensatoren bestand zijn tegen hoge bedrijfstemperaturen en spanningsbelastingen. Daarom is het noodzakelijk condensatormaterialen te selecteren met een hoge temperatuurbestendigheid en goede elektrische eigenschappen om hun stabiele werking op de lange termijn te garanderen.
Bewaking op afstand en intelligente aanpassing van filters: Met de ontwikkeling van smart grid-technologie zijn bewaking op afstand en intelligente aanpassing van filters nieuwe eisen geworden. Door sensoren en communicatietechnologieën te integreren, kunnen de bedrijfsstatus en het filtereffect van het filter in realtime worden bewaakt en kunnen intelligente aanpassingen worden uitgevoerd op basis van de behoeften van het elektriciteitsnet om de filterefficiëntie en energie-efficiëntie verder te verbeteren.