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고조파 필터 소개

슈퍼 히어로와 마찬가지로 고조파 필터는 전력 시스템을 보호합니다. 이는 전원 공급 장치의 품질을 손상시킬 수 있는 유해한 고조파에 맞서 싸웁니다. 이러한 보호기에는 능동형 고조파 필터와 수동형 고조파 필터의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

고조파와 전력 시스템에 미치는 영향 이해

전력 시스템의 고조파는 기본 전력 주파수의 정수배인 주파수를 갖는 전류 또는 전압을 나타냅니다. 예를 들어 기본 주파수가 60Hz인 경우 두 번째 고조파는 120Hz이고 세 번째 고조파는 180Hz입니다. 부동산에 공급되는 전기는 항상 '깨끗한' 것은 아니며, 부동산에 고조파가 발생할 수 있습니다. 이러한 고조파는 부드러운 파동이 아닌 펄스로 전류를 끌어오는 전자 장치와 같은 비선형 부하에서 발생합니다.

전류 흐름의 급격한 변화는 전력 시스템에 고조파 전류를 주입하여 다양한 전력 품질 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 문제는 전압 급강하 및 상승, 전기 위상 전반의 전압 또는 전류 불균형, 전기 부하의 반복적인 전환으로 인한 깜박임 효과 등으로 나타날 수 있습니다. 깜박이는 조명, 변압기 과열, 자주 작동하는 차단기 등의 징후를 통해 이러한 문제를 알 수 있습니다.

시스템의 고조파 상태는 모든 고조파 효과의 척도인 THD(총 고조파 왜곡)로 표시됩니다. 일반적으로 전력 시스템 기본 주파수(3kHz)의 50배수까지 측정되거나 일부 지침에 따라 40배수(2.4kHz)까지 측정됩니다.

고조파로 인한 전력 품질 저하로 인해 다음과 같은 여러 문제가 발생할 수 있습니다.

전력 소비가 증가하여 설치비와 공공요금이 높아집니다.
장비 과열.
수익성 감소.
장비가 손상될 수 있습니다.
중성선 및 배전 변압기의 과열.
장비의 신뢰성과 수명이 감소합니다.
유지 관리 요청 및 가동 중지 시간이 증가했습니다.
더 높은 전기 비용.

이러한 추가 주파수는 전기 회로의 AC 사인파를 왜곡하고 장비 수명 단축을 포함하여 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 이제 전력 시스템에 고조파가 미치는 영향을 논의했으므로 고조파 필터가 이러한 문제를 해결하는 데 어떻게 도움이 되는지 논의하겠습니다.

능동형 고조파 필터 기본 사항

능동형 고조파 필터(AHF)는 전력 시스템의 고조파 왜곡 문제에 대한 현대적인 해답을 제시합니다. 그들은 네트워크의 고조파를 감지하고 연구하기 위해 최첨단 기술을 사용합니다. 그런 다음 중앙 처리 장치(CPU)는 측정된 스펙트럼에 반대되는 고조파 전류를 생성합니다. 이 역전류를 시스템에 실시간으로 도입하여 기존의 모든 고조파를 효과적으로 중화합니다.

활성 필터는 세 가지 유형으로 분류할 수 있으며 각 유형에는 고유한 이점이 있습니다.

션트 활성 필터:

이는 부하에 병렬로 연결되어 부하의 고조파 전류를 추정합니다. 고조파 성분을 중화하는 보상 전류를 생성합니다.
직렬 활성 필터:

이는 전원 시스템에 직렬로 연결되어 시스템의 고조파 전압을 상쇄하는 전압을 주입합니다. 이를 통해 부하가 안정적인 전압을 수신할 수 있습니다.
능동 필터의 주요 이점은 역률을 향상시키는 능력에 있습니다. 용량성 및 유도성 무효 전력을 모두 공급하므로 고조파 필터링을 위한 정교한 솔루션이 됩니다. 능동 필터는 변화하는 고조파 영향에 적응하고 여러 고조파 주파수를 동시에 필터링할 수 있습니다. 이 장치는 정교한 전력 전자 장치 및 제어 알고리즘을 사용하여 고조파 왜곡을 동적으로 감소시키고 보상 전류를 전력 시스템에 주입합니다. 그 결과 더 깨끗하고 안정적인 전원 공급이 가능해졌습니다.

능동 필터는 수동 필터에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.

여러 고조파를 동시에 근절할 수 있습니다.
이는 전력 시스템 주파수와 고조파 스펙트럼의 변화에 ​​적응합니다.
수동 필터와 달리 전력 시스템에 공진 문제를 일으키지 않습니다.
다양한 고조파 성분을 제거하는 역 보상 전류를 적극적으로 생성하여 전압 조정 및 불균형과 같은 전력 품질 매개변수를 개선합니다.
APF(Active Power Filter)라고도 알려진 AHF는 새로운 유형의 전력 전자 장비를 나타냅니다. 고속 DSP 장치를 사용합니다.

이는 고조파를 적극적으로 억제하고 무효 전력을 보상합니다. AHF는 적응성이 뛰어나고 광범위한 고조파 주파수에 반응할 수 있으므로 다양한 전력 시스템 구성을 위한 다목적 솔루션이 됩니다. 전압 변동 및 고조파는 전력망 교란을 유발하여 과열 및 에너지 비용 증가를 초래할 수 있습니다. AHF는 이러한 문제를 완화하여 부하 범위 전체에 걸쳐 5% THD(총 고조파 왜곡)보다 나은 결과를 생성하고 역률을 개선하고 필요한 경우 3상 모두에서 부하 균형을 맞출 수 있습니다.

적응성 특성과 뛰어난 기술을 갖춘 능동형 고조파 필터는 전력 시스템의 고조파 왜곡으로 인한 문제에 대한 효과적인 솔루션을 제공합니다. 이제 수동 고조파 필터의 기본 사항과 능동 고조파 필터와의 비교를 살펴보겠습니다.

수동 고조파 필터 기본 사항

수동 고조파 필터(PHF)는 기본 전기 회로 이론의 원리에 따라 작동합니다. 원치 않는 주파수를 제거하기 위해 저항기, 인덕터 및 커패시터를 사용합니다. 이러한 구성 요소는 다양한 방식으로 함께 작동하여 특정 필터링 효과를 생성합니다.

고조파 제거에 있어 PHF의 성공 여부는 PHF의 설계와 전력 시스템 내에서의 위치에 크게 좌우됩니다. 설계에는 원하는 필터링 효과를 생성하기 위해 올바른 저항, 인덕턴스 및 정전 용량 값을 선택하는 작업이 포함됩니다. 최상의 고조파 제거를 위해서는 필터를 고조파 소스 근처에 배치해야 합니다.

PHF의 임무는 특정 주파수를 허용하고 다른 주파수를 차단하는 것입니다. 이는 서로 다른 주파수에 대한 커패시터와 인덕터의 고유한 응답을 사용하여 달성됩니다. 전력 시스템에서 PHF는 고조파 주파수를 '트래핑'하여 기본 주파수만 통과시키도록 설계되었습니다. 이는 필터의 임피던스를 고조파 주파수에서 높게 만들고 기본 주파수에서 낮게 설정함으로써 달성됩니다.

다양한 유형의 PHF가 있으며 각각 주파수 및 회로 설정에 대한 고유한 응답을 갖습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

단일 조정 필터
이중 조정 필터
하이패스 필터
PHF는 비교적 간단하고 비용 효율적이지만 AHF(능동형 고조파 필터)의 유연성을 제공하지 않습니다. 시스템 작동의 변화도 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

PHF는 특정 고조파 부분을 필터링하고 결과 고조파를 줄이기 위해 특정 주파수로 조정되는 리액터 및 커패시터와 같은 수동 부품을 사용합니다. 또한 무효 전력을 보상하여 역률을 개선합니다. 이제 이를 활성 제품과 비교해 보겠습니다.

효율성 비교
시스템의 특정 고조파 주파수, 부하 조건, 필터의 설계 및 위치를 포함하여 여러 요인이 능동형 고조파 필터(AHF)와 수동형 고조파 필터(PHF)의 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. AHF와 PHF는 모두 전력 시스템의 고조파를 줄이는 데 중요한 역할을 하지만 서로 다르게 작동하고 다양한 수준의 효율성을 제공합니다. 이러한 차이가 효율성에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.

AHF와 PHF의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

AHF는 여러 주파수를 동시에 줄일 수 있습니다.
PHF는 일반적으로 개별 고조파를 필터링합니다.
AHF는 특정 범위 내에서 전력망의 고조파 전류 변화에 맞게 능동적으로 조정할 수 있습니다.
PHF는 특정 주파수 범위 내에서 고정 차수(3,5,7)의 고조파만 줄일 수 있습니다.
안전과 관련하여 AHF는 PHF와 달리 능동 필터 한계에 도달하면 과부하를 방지합니다. 더욱이, AHF가 무력화되더라도 출력을 최적화하는 모터에는 영향을 미치지 않습니다. 이는 두 가지를 비교할 때 중요한 고려 사항을 제시합니다.

따라서 AHF와 PHF가 각자의 역할을 수행하고 이점을 제공하지만 AHF가 전력 시스템 왜곡 관리에 탁월한 효율성과 안전성을 제공한다는 것은 분명합니다.

비용 비교

능동형 고조파 필터(AHF)와 수동형 고조파 필터(PHF) 사이를 결정하는 것은 서로 다른 비용 영향을 미치기 때문에 비즈니스에 매우 중요합니다. 비용을 살펴보겠습니다.

처음에는 AHF가 단일 드라이브 애플리케이션에 비해 더 비싸 보일 수 있습니다. 그러나 비선형 부하 수가 증가함에 따라 비용 효율성도 높아집니다. 이는 하나의 AHF가 여러 부하를 수정할 수 있어 장기적으로 더 예산 친화적인 선택이 되기 때문에 발생합니다.

반대로, PHF는 일반적으로 대규모 단일 비선형 부하가 있는 애플리케이션에 더 비용 효율적입니다. 하나의 AHF에 대한 자본 지출은 일반적으로 PHF보다 높습니다. 그러나 지속적인 출력이 가장 중요하다면 AHF가 권장되는 솔루션입니다. 높은 초기 비용에도 불구하고 AHF는 에너지 비용을 크게 줄이고 일관된 출력을 보장하여 비즈니스의 순이익을 향상시킬 수 있습니다.

AHF와 PHF 사이를 결정할 때는 시스템의 특정 고조파 주파수, 부하 조건, 필터의 설계 및 배치와 같은 요소를 고려해야 합니다.

초기 투자와 향후 유지 관리 비용을 고려해야 하지만 AHF와 PHF 중에서 결정할 때 전력 시스템의 특정 요구 사항을 고려하는 것도 중요합니다. 이제 필터의 유지 관리 측면으로 초점을 옮겨 보겠습니다.

유지

능동형 및 수동형 고조파 필터 모두 유지 관리와 관련하여 고유한 장점과 단점을 제공합니다. 외부 고조파는 수동 고조파 필터(PHF)에 영향을 미쳐 과열을 일으키고 영향을 예측할 수 없기 때문에 크기 조정에 문제를 일으킬 수 있습니다.

기술자가 WY 연결 전기 하위 패널 및 접지 애플리케이션의 차가운 면에 설치하는 일부 최신 PHF는 수동형 및 유도형입니다. 이러한 장치에는 타사 전기 부품이 필요하지 않으므로 유지 관리가 필요하지 않습니다.

HCU(고조파 보정 장치)라고도 알려진 AHF(능동형 고조파 필터)는 전력 시스템 왜곡을 관리하기 위한 보다 정교한 솔루션을 제공합니다. 수동 필터와 달리 AHF는 광범위한 고조파 주파수에 적응하고 반응할 수 있습니다. 이러한 적응성은 다양한 전력 시스템 구성을 위한 유연한 솔루션을 제공합니다.

능동형 고조파 필터 시스템은 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

- 고조파를 검출하는 모듈
- 제어 모듈
- 인버터 브리지 모듈

그러나 AHF를 유지하는 것은 그렇게 간단하지 않습니다. AHF는 일반적으로 PHF보다 더 정교하고 적응성이 뛰어나지만 복잡성과 전력 전자 장치의 통합으로 인해 더 자주 유지 관리가 필요할 수 있습니다. 이 유지 관리의 구체적인 빈도는 AHF 모델과 제조업체의 지침에 따라 크게 달라집니다.

반면, 수동 필터는 접촉기 스위칭이라는 느린 방법을 사용합니다. 수동 필터의 주파수가 변경되면 공진점이 변경되어 고조파 필터링 효과가 감소할 수 있습니다.

운영 비용 측면에서:

능동형 고조파 필터는 지속적인 모니터링과 유지 관리의 필요성으로 인해 더 높은 비용이 발생할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 전력 시스템의 조건이 변화함에 따라 필터가 최적의 상태로 계속 작동하도록 하려면 정기적인 점검과 조정이 중요합니다.
각 드라이브에 수동 고조파 필터를 설치하면 지속적인 유지 관리가 필요하지 않으므로 덜 방해적인 보상 방법이 될 수 있습니다.
유지 관리 측면을 논의한 후 다음 고려 사항은 이러한 필터의 적응성과 유연성입니다.