PCB 用 AC フィルタ コンデンサ: 高調波損失を効果的に削減し、電力システムのエネルギー効率を向上させる方法は?

PCB用ACフィルタコンデンサ

高調波は、電力システムにおける基本周波数よりも高い周波数の電流または電圧成分であり、主に非線形負荷 (整流器、インバータ、周波数コンバータ、その他のパワー エレクトロニクス デバイスなど) によって生成されます。これらの非線形負荷は、動作中に DC を AC に、またはその逆に変換するため、電力網内に高調波が発生します。高調波の存在は、電力システムに多くの影響を与えます。
変圧器損失の増加: 高調波電流が変圧器を通過すると、鉄心に追加の磁束が発生し、鉄損が増加します。同時に、高調波電流は巻線に追加の抵抗損失、つまり銅損も生成します。これらの損失は変圧器の効率を低下させるだけでなく、変圧器の劣化を促進し、耐用年数を短くする可能性があります。
機器の故障の原因: 高調波電流は電力機器 (コンデンサ、モーターなど) の過熱を引き起こし、絶縁劣化、巻線の短絡、その他の故障を引き起こす可能性があります。さらに、高調波は系統電圧の変動やちらつきを引き起こし、電力ユーザーの電力品質に影響を与える可能性があります。
通信システムへの干渉：高調波電流は、電磁誘導を通じて近くの通信システムに干渉し、通信品質の低下や通信の中断を引き起こす可能性があります。

高調波によるさまざまな問題に対し、ACフィルタコンデンサはその独特なフィルタ特性により高調波制御に有効な手段となっています。 AC フィルタ コンデンサの動作原理は、その容量特性に基づいています。つまり、AC に対するコンデンサのインピーダンスは周波数が増加するにつれて減少します。したがって、高調波電流がコンデンサを流れるとき、その周波数は基本波よりもはるかに高いため、コンデンサはより低いインピーダンスを示し、それによってこれらの高周波成分を効果的に吸収またはバイパスし、電力網への干渉を低減します。

電力システムでは、AC フィルタ コンデンサは通常、誘導性部品 (リアクトルなど) と組み合わせて使用​​され、さまざまなタイプのフィルタ (LC フィルタなど) を形成します。これらのフィルタは、特定の周波数範囲内の高調波抑制効果を正確に制御し、電力網内の高次高調波を効果的に除去し、電力の品質を向上させることができます。

高調波損失を低減し、エネルギー効率を向上させるための具体的な用途
トランス損失の低減：ACフィルタコンデンサを搭載することにより、トランスの高調波電流による鉄損、銅損を大幅に低減できます。高調波電流の低減は、動作中に変圧器によって発生する追加の熱が低減されることを意味し、それによって変圧器の温度上昇が低減され、耐用年数が延長されます。同時に高調波損失の低減により変圧器の効率が向上し、電力システム全体のエネルギー効率も向上します。
機器の故障率の低減：ACフィルタコンデンサは、高調波電流を抑制することで、過熱、絶縁劣化などの原因による電力機器の故障を低減します。これにより、機器のメンテナンスコストが削減されるだけでなく、電力システムの安定性と信頼性も向上します。
電力網の品質の向上: 高調波電流の削減により、電力網の電圧波形が改善され、電圧変動やちらつきが軽減されます。これは、電力ユーザーの電力品質を向上させるだけでなく、電力網内の他の敏感な機器を高調波干渉から保護するのにも役立ちます。
エネルギー効率の向上による経済的メリット：ACフィルタコンデンサを設置することにより、電源システムの高調波損失が大幅に低減され、システム全体のエネルギー効率が向上します。これは、エネルギーの無駄を減らして電気料金を削減するだけでなく、電力会社とユーザーに大きな経済的利益をもたらします。

AC フィルタ コンデンサは、高調波損失を低減し、電力システムのエネルギー効率を向上させる上で大きな利点を示していますが、その設計と応用には次のような技術的な課題にも直面しています。
フィルタの正確な設計: フィルタ効果を確保するには、適切なコンデンサとリアクトルのパラメータの選択、フィルタ構造の最適化などを含むフィルタを正確に設計する必要があります。これには、設計者にパワー エレクトロニクスに関する深い知識と豊富な実務経験が必要です。 。
コンデンサの温度耐性: 電力システムでは、コンデンサは高い動作温度と電圧ストレスに耐える必要があります。したがって、長期安定した動作を確保するには、高温耐性と良好な電気特性を備えたコンデンサ材料を選択する必要があります。
フィルターの遠隔監視とインテリジェントな調整: スマート グリッド技術の発展に伴い、フィルターの遠隔監視とインテリジェントな調整が新たな要求になりました。センサーと通信技術を統合することで、フィルターの動作状況とフィルター効果をリアルタイムで監視し、電力網のニーズに応じてインテリジェントな調整を実行して、フィルター効率とエネルギー効率をさらに向上させることができます。