Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Активный фильтр гармоник (АФГ, активный силовой фильтр) — устройство силовой электроники, которое подавляет высшие гармоники тока, создаваемые нелинейной нагрузкой. Чтобы понять, как работает активный фильтр гармоник, важна одна идея: он в реальном времени измеряет спектр искажённого тока и впрыскивает в сеть компенсирующий ток той же формы, но в противофазе. Встречные гармоники взаимно вычитаются, и ток на вводе приближается к синусоиде.
Источники искажений — частотно-регулируемые приводы, ИБП, выпрямители, импульсные блоки питания, светодиодное освещение. Они потребляют ток несинусоидальной формы, что повышает потери, нагрев проводников и трансформаторов, перегружает нейтраль и ухудшает качество напряжения в точке присоединения. Ниже разобраны принцип компенсации, устройство и алгоритмы выделения гармоник, ключевые параметры и быстродействие, типы фильтров, а также нормирование по действующим стандартам.
Активный фильтр гармоник подключается параллельно нелинейной нагрузке в точке общего присоединения. Через внешние трансформаторы тока он непрерывно измеряет потребляемый нагрузкой ток, выделяет из него гармонические составляющие и формирует компенсирующий ток, равный им по амплитуде, но сдвинутый по фазе на 180°. При суммировании в узле встречные гармоники вычитаются, и из сети потребляется ток, близкий к синусоиде основной частоты 50 Гц.
Гармоника нагрузки и впрыскиваемый противоток равны по величине и противоположны по фазе — в сумме они дают почти нулевую гармоническую составляющую в сетевом токе.
В отличие от пассивного LC-фильтра, настроенного на фиксированные частоты, активный фильтр адаптируется к изменяющемуся спектру нагрузки и не образует с сетью резонансных контуров на частоте настройки. Ток компенсации отслеживает реальный гармонический состав, каким бы он ни был в данный момент.
Основа активного фильтра — инвертор напряжения (обычно на транзисторах IGBT, в новых сериях — на карбидокремниевых ключах) с конденсатором в звене постоянного тока. Инвертор работает в режиме управляемого источника тока: система управления с высокой частотой широтно-импульсной модуляции переключает ключи так, чтобы выходной ток повторял заданную форму компенсирующего тока. Выходной дроссель сглаживает высокочастотные пульсации коммутации.
Задание для инвертора формирует цифровая система управления. Применяются несколько подходов к выделению гармоник из тока нагрузки:
Замкнутый контур тока (например, релейный или с предиктивным управлением) формирует импульсы управления ключами так, чтобы фактический выходной ток точно следовал заданию. Напряжение звена постоянного тока поддерживается регулятором (как правило, ПИ-типа): часть активной мощности из сети идёт на компенсацию собственных потерь фильтра и заряд конденсатора.
Работу активного фильтра описывают диапазоном компенсируемых гармоник, степенью подавления, достигаемым уровнем искажений и временем реакции. Ниже — типичные значения по технической документации производителей; конкретные цифры зависят от модели и режима.
THDI = √(∑ In²) / I1
In
n
I1
Фильтр компенсирует ток в пределах установленной мощности. Если гармонический ток нагрузки превышает номинальный ток фильтра, компенсация будет неполной — мощность подбирают по спектру и величине искажающего тока конкретной нагрузки. Несколько модулей можно включать параллельно для наращивания мощности.
Высокое быстродействие — принципиальное отличие активного фильтра от статических средств. Мгновенная реакция на изменение тока измеряется десятками микросекунд, а полная отработка скачка нагрузки укладывается в доли периода — порядка одного периода сети. Благодаря этому фильтр отслеживает быстро меняющийся спектр импульсных и приводных нагрузок.
По способу включения и назначению активные фильтры делят на три группы.
В задачах подавления гармоник тока в системах с нелинейной нагрузкой применяют преимущественно параллельный (шунтовой) фильтр. Последовательный чаще решает задачу стабилизации формы напряжения. Гибридные схемы позволяют уменьшить установленную мощность активной части.
Снижая гармоники тока, активный фильтр уменьшает падения напряжения от этих токов на сопротивлениях сети, а значит, и искажения напряжения в точке присоединения. Практический эффект: разгрузка сети и трансформатора, снижение дополнительного нагрева и потерь, разгрузка нейтрального проводника, повышение коэффициента мощности.
В четырёхпроводных трёхфазных сетях гармоники, кратные трём (3-я, 9-я, 15-я, 21-я), в фазах складываются не взаимно уничтожаясь, а суммируясь в нейтральном проводнике. Ток нейтрали при этом может превышать фазный. Активный фильтр компенсирует эти составляющие и разгружает нейтраль.
Качество электроэнергии в точках передачи нормирует ГОСТ 32144-2013. Для несинусоидальности установлены значения коэффициентов отдельных гармонических составляющих напряжения (до 40-го порядка) и суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения. Ниже — нормы суммарного коэффициента по этому стандарту.
Значения в таблице относятся к суммарному коэффициенту гармонических составляющих напряжения в точке передачи (нормируются до 40-го порядка). Активный фильтр воздействует на гармоники тока нагрузки; снижение тока искажений уменьшает и коэффициент по напряжению в точке присоединения. Измерения показателей проводят по ГОСТ 30804.4.7 и ГОСТ 30804.4.30, в интервалах 10 периодов с усреднением 10 мин.
Активные фильтры применяют там, где сосредоточены нелинейные нагрузки и важно качество электроэнергии.
Выбор фильтра ведут по спектру и величине искажающего тока нагрузки, требуемой степени подавления и необходимости дополнительных функций — компенсации реактивной мощности и коррекции несимметрии. Модульное исполнение позволяет набрать нужную мощность параллельным включением.
Он измеряет искажённый ток нагрузки, выделяет из него высшие гармоники и через инвертор впрыскивает в сеть точно такой же ток, но в противофазе. Встречные гармоники взаимно вычитаются, и ток из сети становится близким к синусоиде.
Пассивный LC-фильтр настроен на фиксированные частоты и может образовать с сетью резонанс. Активный фильтр адаптируется к реальному спектру нагрузки в реальном времени, компенсирует широкий диапазон гармоник и не создаёт резонансных контуров на частоте настройки.
По документации производителей — как правило, со 2-й по 50-ю гармонику, с выбираемой степенью подавления по отдельным порядкам. Для сравнения, нормы качества напряжения по ГОСТ 32144-2013 устанавливаются до 40-го порядка.
Мгновенная реакция на изменение тока — десятки микросекунд (менее 100 мкс), полная отработка скачка нагрузки — порядка одного периода сети (до ~20 мс при 50 Гц). Этого достаточно для быстро меняющихся импульсных и приводных нагрузок.
При достаточной мощности фильтра суммарный коэффициент гармонических составляющих тока обычно снижается до значения ниже 5%. Итог зависит от мощности фильтра относительно искажающего тока нагрузки и от настройки компенсации.
В четырёхпроводных сетях гармоники, кратные трём, суммируются в нейтральном проводнике, и его ток может превышать фазный. Активный фильтр компенсирует эти составляющие и разгружает нейтраль.
Многие модели, помимо подавления гармоник, компенсируют реактивную мощность (индуктивную и ёмкостную) и корректируют несимметрию, повышая коэффициент мощности. Приоритет функций обычно задаётся настройкой.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.