فیلتر اکتیو چیست؟
فیلتر اکتیو چیست؟
برای شناخت فیلتر اکتیو باید بدانیم نقش فیلتر در مدارات برقی چیست؟
وقتی در یک مدار فیلتر وجود داشته باشد، سیگنال های غیر مرتبط حذف می شوند و تنها سیگنال های مورد نیاز دریافت می شود. می توان گفت فیلتر شبکه ای دو پورتی است که در یک باند فرکانسی ویژه باعث جریان سیگنال می شود. در طراحی فیلتر اکتیو از کامپونت های فعال مانند تقویت کننده ها استفاده می شود. معمولا در این نوع فیلتر ها سیگنال ورودی را تقویت می کنند که دامنه سیگنال خروجی از سیگنال ورودی بیشتر می شود. می توان گفت تفاوت فیلتر های اکتیو با پسیو در ارتباط با تقویت سیگنال می باشد. از معایب فیلتر های پسیو می توان به دامنه سیگنال خروجی اشاره کرد که از سیگنال ورودی کمتر می باشد و مدار ضعیف می شود. برای حل این مشکل از تقویت سیگنال به وسیله فیلتر های اکتیو به کار گرفته می شود. از قابلیت های دیگر فیلتر اکتیو می توان به تغیر پاسخ فرکانسی و پهنای باند به باریک یا پهن اشاره کرد.
در حال حاضر با استفاده روزافزون تجهیزات الکترونیکی و پردازش گرهای کامپیوتر به علت مسائل اقتصادی، چگونگی توان از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. به این ترتیب هر چه اختلالی در شکل موج ولتاژ و یا جریان ایجاد شود به نحوی که در عملکرد تجهیزات اختلال ایجاد کند تحت عنوان اشکال در کیفیت توان معرفی می شود. از آثار منفی اشکالات ناشی از بار غیر خطی به وسیله فیلتر اکتیو موازی شامل ترکیدن خازن، هدر رفت انرژی زیاد در سایر قطعات مانند کابل، سیم ، ترانس و موتورها می توان نام برد.
عملکرد فیلتر های اکتیو یا پسیو چیست؟
به وسیله فیلترهای پسیو یا اکتیو مشکل هارمونیک را حذف یا کاهش می دهند تا از این طریق از اتلاف انرژی و کاهش عمر مفید لوازم الکترونیکی جلوگیری شود. بنابراین با بهره وری انرژی و افزایش عمر دستگاه برای اصلاح الگوی مصرف می باشد. مشکلات ناشی از فیلتر پسیو شامل اندازه بزرگ، هزینه زیاد، وزن بالا، ثابت بودن جبران سازی و مشکلات رزونانس فیلترها به وسیله فیلترها راه حل مناسب الکترونیک قدرت یا فیلتر اکتیو می باشد.
فیلتر های قدرت اکتیو:
اصولا فیلتر های قدرت در تجهیزات قدرت، باعث حذف هارمونیک می شوند. باید دانست که فیلترهای قدرت قادرند هارمونیک های بالا و پایین را در دستگاه های قدرت حذف کنند. فیلتر های قدرت پسیو ترکیبی از خازن، سلف و مقاومت می باشند. به این ترتیب به توان خارجی یا المان فعال مانند ترانزیستور احتیاج ندارند. پس وجود این اختلاف موجب می شود که فیلترها ی فعال بتوانند هارمونیک را حذف نماید و با اعمال توان به همراه فازمعکوس در سیگنال مشابه هارمونیک ها را خنثی نماید.
از محاسن این تکنیک وقفی می توان به تخمین دقیق دامنه، فرکانس و فاز مولفه اصلی سیگنال اشاره کرد. همچنین از این روش برای جبران اعوجاج جریان پایه مانند هارمونیک های جریان، توان راکتیو وجریان زمین مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این فیلتر ها جهت اعوجاج ولتاژ مثل هارمونیک، فلیکر، کاهش با اضافه ولتاژ و نامتعادلی ولتاژ به کار گرفته می شود. معمولا مدار قدرت فیلتر اکتیو دارای خازن DC ، اینورتر و سلف می باشد. خازن منبع تغذیه انرژی فیلتر اکتیو می باشد. اینورتر برای تعیین تبادل انرژی با توجه به مدل کلید زنی انجام وظیفه می کند. همچنین مبدل انرژی DC خازن به انرژی AC شبکه و عکس آن می باشد که از طریق سلف به شبکه متصل می شود. این سیستم برای سایر سیستم ها و شبکه های سه فاز نیز مورد استفاده قرار می گیرد. گاهی اوقات پیاده سازی فیلتر های اکتیو 3 فاز به وسیله سه مبدل تک فاز که جایگزین مبدل سه فازمی باشند. به این ترتیب برای جبران توان راکتیو سه فاز لحظه ای بدون وجود عناصر ذخیره کننده انرژی می باید در حالت استفاده از VSC از یک خازن dc و در حالت استفاده از CSC از یک سلف dc و با سه مبدل تک فاز به شکل موازی با خازن یا سلف مورد استفاده قرار بگیرد. به دلیل وقفی بودن این روش می توان سیستم را با تغییرات پارامترهای محیط هماهنگ ساخت و به این ترتیب کنترل و بهینه سازی نمود.
جریان های هارمونیکی چگونه ایجاد می شوند؟
اغلب جریانات هارمونیکی به دلیل عواملی مانند: بارهای غیر خطی و ولتاژ های هارمونیکی در سیستم قدرت ایجاد می شوند.
فیلتر های اکتیو موازی دارای دو قطعه اصلی و جداگانه می باشند که شامل:
مبدل پردازش توان(PWM) : وظیفه پردازش توان در جهت سنتز کردن جریان جبران کننده می باشد که باید از سیستم قدرت خارج شود.
پردازش سیگنال یا کنترل کننده فیلتر اکتیو: برای تعیین زمان حقیقی جریان مرجع کننده لحظه ای می باشد. این جریان مرجع به شکل پیوسته به سمت مبدل PWM جاری می شود. در واقع این ساختار از یک مبدل تغذیه شده با ولتاژ و کنترل کننده جریان PWM و همچنین یک کنترل کننده فیلتر اکتیو است که الگوریتم هدایت کننده لحظه ای را به شکل تقریبی ایجاد می کند.
فایده فیلتر اکتیو موازی چیست؟
در اغلب مراکز پست، نیروگاه ها، کارخانه جات و برای ups ها، مبدل های فرکانسی و یکسو کننده ها بیان می شوند که از مهمترین آن ها ضریب توان جریان کشیده شده از شبکه باید در حالت بار نامی مقارن با یک و یا با ضریب خطای در حدود یک در صد به یک نزدیک باشد.
فیلتر اکتیو فیلتر پایین گذر:
مانند فیلتر های مدل پسیو، یک فیلتر اکتیو پایین گذر مرتبه اول را به سهولت به یک فیلتر اکتیو پایین گذر مرتبه دو تبدیل نمود. برای این منظور باید یک شبکه RC دیگر در مسیر ورودی به مدار افزوده شود. البته دو فیلتر اکتیو از جهاتی با یکدیگر شباهت دارند و در برخی موارد با هم متفاوت هستند. در فیلتر اکتیو پایین مرتبه دو باند ایستایی و رول آف دو برابرفیلتر اکتیو پایین گذر مرتبه اول می باشد
(رول آف به معنای یک فیلتر است که از ضعیف شدن تدریجی معین دامنه خروجی با تغییر فرکانس ایجاد می شود.) می توان گفت مراحل فیلتر پایین گذر اکتیو مرتبه دوم کاملا شبیه مراحل طراحی یک فیلتر اکتیو پایین گذر مرتبه اول می باشد.
فیلتر اکتیو پایین گذر مرتبه دو، شامل دو قطب می باشد. این نوع فیلتر ها اهمیت زیادی دارند زیرا فیلتر های مراتب بالا را به وسیله آن ها تولید می شود. به کمک اتصال آبشاری فیلتر های مرتبه اول و دوم با یکدیگر، می توانیم فیلتر هایی با هر مرتبه و با هر عدد که شامل اعداد زوج یا فرد باشند ایجاد کنیم
روش های کنترل جریان:
معمولا کنترل جریان را به دو گروه خطی و غیر خطی دسته بندی می کنند.
تجهیزاتی مانند کامپیوترها، پردازنده ها و تجهیزات الکترونیک همگی مشخصه های غیر خطی دارند و به همین علت جریان غیرسینوسی از شبکه می کشند. اغلب در سیستم های سه فاز که دارای 4 رشته سیم می باشند بارهای نامتعادل، جریان توالی منفی و صفر ایجاد می کنند.
جریان های پشت سر هم منفی باعث ایجاد بار منفی و گرم شدن بیش از حد روتور، اشباع ترانسفورماتورها و ریپل در خروجی یکسو کننده ها می شود. بالا رفتن هر یک از مولفه ها باعث ناپایداری ژنراتور می شوند