APF neden yük harmoniklerini yükseltiyor?

İlk bakışta bazıları başlıktan şüphe duyarak bir hata olup olmadığını merak edebilir. Aktif güç filtrelerinin (APF'ler) geleneksel olarak dağıtım ağındaki harmonikleri azalttığı ve harmonik bileşenleri azalttığı düşünülür, peki yük harmoniklerini nasıl yükseltebilirler? Doğru okudunuz ve ben de hata yapmadım. APF'ler gerçekten de harmonikleri azaltır, ancak aynı zamanda onları güçlendirir. Şebeke tarafına akan harmonikleri azaltır ve yük tarafından kaynaklanan harmonikleri yükseltir! Bunu anlamadan APF kapasitesini doğru şekilde yapılandırmak ve güvenli bir şekilde kullanmak imkansızdır. Aşağıda bu ilginç olguyu açıklamaya çalışacağım.

Yukarıdaki diyagram, bir dağıtım ağına bağlı tipik bir doğrusal olmayan yükü göstermektedir. Diyagramda Ls, dağıtım şebekesi transformatörünün eşdeğer iç empedansını temsil eder, L1, doğrusal olmayan yükün giriş empedansını ve APF bağlantı noktası, Ls ile L1 arasındadır. Sabit bir yükte yük harmoniklerinin büyüklüğü doğrudan Ls ve L1'in toplamı ile ilişkilidir; Ls + L1 ne kadar büyük olursa yük harmonikleri o kadar küçük olur ve bunun tersi de geçerlidir. APF bağlı olmadığında yük harmonikleri için giriş empedansı Ls + L1'dir. Bununla birlikte, APF bağlandıktan ve dağıtım transformatörüne akan tüm harmonikleri teorik olarak azalttıktan sonra, harmonikler için ideal üç-fazlı gerilim kaynağı Ls ve L1 arasındaki orta konuma kayar. Bu noktada, yük harmonikleri için giriş empedansı L1'dir, dolayısıyla yük-tarafı harmonikleri, yükseltme büyüklüğü neredeyse (Ls + L1) / L1'e eşdeğer olacak şekilde eşzamanlı olarak yükseltilecektir.

Yukarıdaki analize dayanarak, APF bağlantısı genellikle yük tarafındaki harmonikleri yükseltir. Ls ve L1 kabaca eşit olduğunda harmonik amplifikasyon önemlidir. Tipik bir frekans dönüştürücünün yük giriş reaktansı, dağıtım transformatörünün dahili empedansı ile karşılaştırılabilir olduğundan, bir APF'nin giriş harmoniklerini bastıracak şekilde yapılandırılması yine de frekans dönüştürücünün giriş harmoniklerinde gözle görülür bir artışa yol açacaktır. Bu, özellikle giriş indüktörü kullanmayan, bunun yerine giriş endüktansı olarak transformatörün eşdeğer dahili empedansını kullanan bazı yüksek-güçlü frekans dönüştürücüler için geçerlidir. Bu durumda, teorik olarak, frekans dönüştürücünün giriş harmoniklerini bastırmak için bir APF kullanıldıktan sonra, yük (yani frekans dönüştürücü) giriş akımı harmonikleri sonsuz hale gelecektir; bu, toplam giriş akımının sonsuz hale geleceği ve frekans dönüştürücüye potansiyel olarak zarar verebileceği anlamına gelir. Uygulamada, APF bağlantı noktasındaki şebeke voltajının gözlemlenmesi, voltajda ciddi bir doğrusal düşüş ve yükselme olduğunu ortaya çıkarır, bu durum şebekedeki diğer ekipmanlara bile zarar verebilir! Bu nedenle bu tür durumlarda frekans dönüştürücüye seri olarak ek bir giriş reaktansının bağlanması gerekir.

APF bağlantısının neden olduğu yük harmoniklerinin yükseltilmesiyle ilgili ilk soruya dönecek olursak, APF kapasitesi yapılandırılırken bu yükseltmenin tamamen dikkate alınması gerekir. APF'nin yükten şebekeye akan harmonikleri azaltmak için yeterli kapasiteye sahip olmasını sağlamak için, gerçek APF kapasitesi, APF bağlantısından önce harmonik büyüklüğün en az (Ls+L1)/L1 katı olmalıdır. Giriş reaktansı olmayanlar gibi çok düşük giriş empedansına sahip invertör yükleri için, APF bağlantı noktası ile yük arasına seri olarak bir reaktansın bağlanması gerekir. Reaktans değeri genel olarak en az %3'lük bir reaktans oranı olarak düşünülmeli ve daha sonra APF konfigürasyon kapasitesi, Ls'nin seri bağlı giriş reaktansının endüktansına oranı temel alınarak hesaplanmalıdır.