हार्मोनिक फिल्टर सर्किट: सक्रिय और निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर का उपयोग करके हार्मोनिक्स को कैसे हटाया जाए

इलेक्ट्रिकल सिस्टम में हार्मोनिक्स क्या है?

बिजली प्रणालियों में, हार्मोनिक्स को मौलिक आवृत्ति के सकारात्मक पूर्णांक गुणकों के रूप में परिभाषित किया गया है। हार्मोनिक एक वोल्टेज है या मौलिक आवृत्ति के कई पर होता है। इसे अक्सर बिजली लाइन में शोर माना जाता है ।

बिजली प्रणाली में हार्मोनिक्स को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: वर्तमान हार्मोनिक्स और वोल्टेज हार्मोनिक्स।

वर्तमान हार्मोनिक्स ऐसे VSDs के रूप में गैर रेखीय लोड से प्रेरित (चर गति ड्राइव)। नॉनलाइनियर भार विद्युत लाइन से करंट खींचता है जो एक पूर्ण साइनसोइडल तरंग में नहीं है। निन्यानुसोइडल वर्तमान तरंग सरल साइनसोइडल की एक जटिल श्रृंखला हो सकती है जो एक पूर्णांक, पावर लाइन मौलिक आवृत्ति के कई पर दोलन कर सकती है।

ज्यादातर मामलों में, वोल्टेज हार्मोनिक्स वर्तमान हार्मोनिक्स के कारण होता है। वोल्टेज हार्मोनिक स्रोत प्रतिबाधा के साथ वर्तमान हार्मोनिक्स के प्रभाव से उत्पन्न विकृत वोल्टेज के कारण होता है।

उपरोक्त छवि गैर-रैखिक भार में व्यथित वर्तमान तरंग को दिखाती है। यहाँ विकृत वर्तमान तरंग sinusoidal तरंग का अनुसरण नहीं कर रहा है। यह विद्युत प्रणाली में वर्तमान हार्मोनिक्स को दर्शाता है।

पावर सिस्टम में हार्मोनिक्स को खत्म करना क्यों आवश्यक है?

वर्तमान और वोल्टेज हार्मोनिक्स लोड के शोर शक्ति हस्तांतरण के सीधे आनुपातिक हैं। बिजली व्यवस्था में सामंजस्य के लिए विभिन्न घरेलू और कार्यालय उपकरण जिम्मेदार हैं। पावर सिस्टम हार्मोनिक्स अक्सर लोड करंट को बढ़ाते हैं। कारखानों या घर या दफ्तर में फ्लोरेसेंट की रोशनी जैसे विभिन्न उपकरण हार्मोनिक्स से प्रभावित होते हैं और विभिन्न खराबी से पीड़ित होते हैं। पावर सिस्टम हार्मोनिक्स से मोटर्स बेहद प्रभावित होते हैं।

कभी-कभी बिजली प्रणालियों में हार्मोनिक्स बहुत खतरनाक हो सकते हैं और उन उपकरणों को शक्ति बढ़ाते हैं जो लोड में तापमान वृद्धि की ओर जाता है और साधन जीवन को छोटा कर सकता है।

इस पावर सिस्टम हार्मोनिक्स को दूर करने के लिए, किसी को नॉनलाइन लोड को चलाने के लिए बिजली कनेक्शन को फिर से संगठित करना होगा और पावर सिस्टम में हारमोंस फिल्टर को लागू करना होगा ।

हार्मोनिक्स फिल्टर का प्रकार

हारमोंस के कारण होने वाले खर्चीले बिजली के उपकरणों को विकृत बिजली आउटपुट से बचाने के लिए हार्मोनिक्स बहुत प्रभावी होते हैं। रेटेड बिजली, लागू वोल्टेज, एकल चरण या तीन चरणों और अन्य लोड-निर्भर मापदंडों के आधार पर, इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में विभिन्न प्रकार के हार्मोनिक्स फिल्टर उपलब्ध हैं।

हालांकि, दो मुख्य प्रकार के हार्मोनिक्स फिल्टर उपलब्ध हैं जो पैसिव हार्मोनिक फिल्टर और एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर हैं।

इन दो प्रकार के हार्मोनिक फिल्टर के बीच मुख्य अंतर फिल्टर डिजाइन के लिए उपयोग किए जाने वाले घटक हैं। निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर सरल निष्क्रिय घटकों का उपयोग करते हैं मुख्य रूप से प्रतिरोधक, प्रेरक और कैपेसिटर। जबकि सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर विभिन्न प्रकार के BJT, IGBTs, MOSFETs और एकीकृत सर्किट जैसे सक्रिय घटकों का उपयोग करते हैं।

चूंकि हार्मोनिक्स फिल्टर इलेक्ट्रिकल लाइन सुरक्षा उपकरण हैं, जिन्हें उन्हें IEEE, EN, AS, BS जैसे अंतर्राष्ट्रीय सुरक्षा मानकों और अंडरराइटर की प्रयोगशालाओं UL मार्क की पुष्टि करनी चाहिए।

साथ ही, हार्मोनिक्स फिल्टर को विभिन्न ऑर्डर में डिजाइन किया जा सकता है। एक तीसरे क्रम की तरह हार्मोनिक फिल्टर आवृत्ति को फ़िल्टर कर सकते हैं जो कि मौलिक आवृत्ति का तीसरा गुणक है।

निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर

निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर सबसे आम और आसानी से उपलब्ध हार्मोनिक फिल्टर हैं। यह विद्युत लाइन में हार्मोनिक गड़बड़ी को दबाने के लिए सस्ती फिल्टर है।

जैसा कि पहले चर्चा की गई है, निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर मानक निष्क्रिय घटकों जैसे प्रतिरोधक प्रेरक और कैपेसिटर का उपयोग करते हैं। उन निष्क्रिय घटकों का उपयोग टैंक सर्किट बनाने के लिए किया जाता है । टैंक सर्किट को एक विशेष तरीके से डिज़ाइन किया गया है ताकि अवांछित हार्मोनिक्स के संबंध में इसे उसी अनुनाद आवृत्ति पर संचालित किया जा सके। निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर पास करने के लिए अवांछित हार्मोनिक्स को अवरुद्ध करता है। निष्क्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर हार्मोनिक वर्तमान को गर्मी में परिवर्तित करता है और अंत डिवाइस या लोड को बचाता है । फ़िल्टर को एक निश्चित आवृत्ति पर ट्यून किया जा सकता है जिसे हार्मोनिक्स के रूप में समाप्त करने की आवश्यकता होती है।

मुख्य रूप से चार प्रकार के निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर का उपयोग किया जाता है:

1. उच्च पास फिल्टर

2. बैंडपास फिल्टर

3. सी प्रकार फिल्टर और

4. श्रृंखला फिल्टर।

उच्च पास फिल्टर

उच्च क्रम वाले हार्मोनिक फिल्टर का उपयोग उच्च क्रम के हार्मोनिक्स को खत्म करने और आवृत्तियों की विस्तृत श्रृंखला पर लचीला नियंत्रण रखने के लिए किया जाता है। बेसिक हाई पास हार्मोनिक फिल्टर डिज़ाइन में तीन निष्क्रिय घटक, रोकनेवाला, संधारित्र और प्रारंभ करनेवाला का उपयोग किया जाता है।

उपरोक्त छवि में, हम एक निष्क्रिय हाई पास हार्मोनिक फिल्टर के बुनियादी निर्माण को देख सकते हैं। निर्माण रोकनेवाला दिखाता है और प्रारंभ करनेवाला समानांतर कनेक्शन में श्रृंखला में एक संधारित्र है। फिल्टर उच्च आवृत्ति रेंज में फ्लैट प्रतिबाधा विशेषताओं का उत्पादन करता है। उच्च आवृत्ति बिजली की हानि को कम करती है।

इस प्रकार के फिल्टर का उपयोग मुख्य रूप से 5 ^वें / 6 वें या उच्चतर आदेश वर्तमान को छानने के लिए किया जाता है । कम क्रम या कम-आवृत्ति अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने पर बिजली के नुकसान को खत्म करने के लिए अक्सर विभिन्न फिल्टर उच्च पास हार्मोनिक फिल्टर के साथ जोड़ दिए जाते हैं।

आवृत्ति के साथ प्रतिबाधा वक्र नीचे की छवि में दिखाया जा सकता है।

बंदपास छननी

बैंडपास हार्मोनिक फ़िल्टर एक डबल ट्यून किया गया फ़िल्टर है। बैंडपास हार्मोनिक फिल्टर दो संधारित्र, दो प्रेरक, और एक एकल बाधा के होते हैं । इसका उपयोग उच्च क्रम हार्मोनिक निस्पंदन प्रयोजनों के लिए भी किया जाता है। यह फ़िल्टर मानक बैंडपास फ़िल्टर के समानांतर अनुनाद के साथ श्रृंखला की शुरुआत प्रतिध्वनि और संधारित्र के संयुक्त अनुनाद के साथ काम करता है।

उपरोक्त छवि में, बुनियादी बैंडपास फ़िल्टर योजनाबद्ध दिखाया गया है। फिल्टर सर्किट के दो भाग हैं में, पहले भाग एक संधारित्र C2 और प्रारंभ करनेवाला एल 2 श्रृंखला में जुड़े हुए है, जबकि में दूसरे भाग एक बाधा, एक प्रारंभ करनेवाला, और एक संधारित्र समानांतर में जुड़े हुए हैं। पहला भाग और दूसरा भाग भी श्रृंखला में जुड़ा हुआ है।

आवृत्ति के साथ प्रतिबाधा विशेषताओं को नीचे दिए गए ग्राफ़ में दिखाया जा सकता है।

सी प्रकार फिल्टर

C प्रकार फिल्टर का उपयोग निम्न क्रम के लिए किया जाता है जैसे कि दूसरे या तीसरे क्रम हार्मोनिक निस्पंदन उद्देश्य। सी प्रकार के फिल्टर में बराबर बैंडपास या श्रृंखला फिल्टर की तुलना में कम नुकसान होता है।

सी प्रकार के फिल्टर में 4 निष्क्रिय घटक होते हैं - दो कैपेसिटर, एक प्रारंभ करनेवाला और एक एकल रोकनेवाला।

उपरोक्त छवि में, सी प्रकार फिल्टर का मूल निर्माण दिखाया गया है। एक संधारित्र एक प्रारंभ करनेवाला की श्रृंखला में जुड़ा हुआ है जो फिर से रोकनेवाला के साथ समानांतर में जुड़ा हुआ है। तीन घटक समानांतर कनेक्शन फिर से एक दूसरे संधारित्र के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है।

अवरोधक दोलनशील प्रारंभ करनेवाला और संधारित्र द्वारा निर्मित मूलभूत धारा को दबा देता है।

प्रतिरूप वक्र नीचे चित्र में दिखाया गया है-

श्रृंखला फ़िल्टर

श्रृंखला फ़िल्टर को एकल ट्यून किए गए हार्मोनिक दबानेवाला यंत्र निष्क्रिय फिल्टर के रूप में कहा जाता है । इस फिल्टर में सबसे सरल निर्माण गुण हैं। केवल तीन निष्क्रिय घटक - एक एकल संधारित्र, प्रारंभ करनेवाला और अवरोधक का उपयोग श्रृंखला में किया जाता है। यह फिल्टर एकल आवृत्ति को समाप्त करता है।

इस फ़िल्टर के निर्माण को नीचे की छवि में दिखाया जा सकता है जहाँ सिंगल ट्यून्ड सीरीज़ हार्मोनिक फ़िल्टर बनाने के लिए 3 निष्क्रिय घटक श्रृंखला में जुड़े हुए हैं।

प्रतिरूप विशेषता नीचे दी गई छवि में दिखाई गई है -

सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर

जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, पावर लाइन में जुड़े हार्मोनिक्स को खत्म करने के लिए निष्क्रिय हार्मोनिक्स फिल्टर अच्छे हैं। हालांकि, निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर डिजाइन वास्तव में जटिल है और डिजाइनर को लोड की प्रतिक्रियाशील शक्ति आवश्यकताओं के अनुसार निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर डिजाइन करना चाहिए। ऐसे मामले में, निष्क्रिय फिल्टर डिजाइन बहुत मुश्किल है और यह कुछ लोड स्थितियों के लिए खराब पावर फैक्टर ऑपरेशन की ओर जाता है।

इस मामले में, सक्रिय फिल्टर मौलिक आवृत्ति की प्रतिक्रियाशील शक्ति निर्भरता के बिना पावर लाइन हार्मोनिक्स को संभालने के लिए बेहतर हैं ।

सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर एक उत्कृष्ट विधि का उपयोग करते हैं जहां फ़िल्टर स्व-उत्पादित हार्मोनिक घटकों का उपयोग करता है और इसे बिजली लाइन पर इंजेक्ट करता है जो अवांछित हार्मोनिक्स को रद्द करता है।

कर रहे हैं उपलब्ध सक्रिय फिल्टर के विभिन्न प्रकार के जो बिजली की लाइन में हार्मोनिक्स खत्म करने के लिए अलग अलग टोपोलोजी का उपयोग करें।

सबसे आम सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर डिजाइन निम्नलिखित बुनियादी चीजों का उपयोग करता है जैसे

1. वोल्टेज स्रोत पलटनेवाला विभिन्न बिजली स्विच का उपयोग कर

2. बिजली लाइन से नमूना और नियंत्रण संदर्भ

3.PWM सिस्टम जो PWM फायरिंग पल्स को हार्मोनिक्स के रूप में सिस्टम में इंजेक्ट करता है।

सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर एक अलग प्रकार के सेमीकंडक्टर स्विच का उपयोग करता है जिसे संचालित करने के लिए शक्ति की आवश्यकता होती है।

हार्मोनिक फिल्टर का चयन कैसे करें

सही हार्मोनिक फिल्टर का निर्धारण काफी मुश्किल है। एक को हार्मोनिक आवृत्ति की पहचान करने की आवश्यकता होती है जिस पर फ़िल्टर को ट्यून करने की आवश्यकता होती है। कुछ मामलों में, फ़िल्टर ऑपरेशन केवल एक निश्चित मौलिक आवृत्ति पर गलत ट्यूनिंग के कारण उद्देश्य की सेवा करने में विफल रहता है जहां कोई हार्मोनिक्स मौजूद नहीं हैं।

पहला महत्वपूर्ण कदम हार्मोनिक्स आदेश की पहचान है और हार्मोनिक आदेश के आधार पर चुना जाना फिल्टर की जरूरत है। एकल आवृत्ति हार्मोनिक विरूपण श्रृंखला को खत्म करने के लिए हार्मोनिक फिल्टर कुशल होते हैं लेकिन कुछ मामलों में डबल ट्यून किए गए हार्मोनिक्स फिल्टर को नियोजित करने की आवश्यकता होती है।

फ़िल्टर के नुकसान की भरपाई भी की जानी चाहिए जो फ़िल्टर की पसंद पर अत्यधिक निर्भर हैं। कभी-कभी नॉनलाइनर लोड के उच्च स्तर के लिए, सक्रिय और निष्क्रिय दोनों प्रकार के हार्मोनिक फिल्टर की आवश्यकता होती है।