Por que o APF amplifica os harmônicos de carga?

À primeira vista, alguns podem duvidar do título, perguntando-se se há algum erro. Tradicionalmente, pensa-se que os filtros ativos de potência (APFs) mitigam harmônicos e reduzem componentes harmônicos na rede de distribuição, então como eles poderiam amplificar os harmônicos de carga? Você leu certo e eu também não cometi um erro. Os APFs de fato reduzem os harmônicos, mas também os amplificam. Eles reduzem o fluxo de harmônicos para o lado da rede e amplificam os harmônicos originados do lado da carga! Sem entender isso, é impossível configurar corretamente a capacidade do APF e usá-la com segurança. Abaixo, tentarei explicar esse fenômeno interessante.

O diagrama acima ilustra uma carga não linear típica conectada a uma rede de distribuição. No diagrama, Ls representa a impedância interna equivalente do transformador da rede de distribuição, L1 é a impedância de entrada da carga não linear e o ponto de conexão do APF está entre Ls e L1. Com carga fixa, a magnitude dos harmônicos de carga está diretamente relacionada à soma de Ls e L1; quanto maior for Ls + L1, menores serão os harmônicos de carga e vice-versa. Quando o APF não está conectado, a impedância de entrada para harmônicos de carga é Ls + L1. No entanto, depois que o APF é conectado e teoricamente mitiga todos os harmônicos que fluem para o transformador de distribuição, a fonte de tensão trifásica ideal para harmônicos muda para a posição intermediária entre Ls e L1. Neste ponto, a impedância de entrada para harmônicos de carga é L1, portanto, os harmônicos do lado da carga serão amplificados de forma síncrona, com a magnitude da amplificação quase equivalente a (Ls + L1) / L1.

Com base na análise acima, a conexão APF geralmente amplifica os harmônicos no lado da carga. Quando Ls e L1 são aproximadamente iguais, a amplificação harmônica é significativa. Como a reatância de entrada de carga de um conversor de frequência típico é comparável à impedância interna do transformador de distribuição, configurar um APF para suprimir harmônicos de entrada ainda resultará em uma amplificação perceptível dos harmônicos de entrada do conversor de frequência. Isso é especialmente verdadeiro para alguns conversores de frequência-de alta potência que não usam um indutor de entrada, em vez disso empregam a impedância interna equivalente do transformador como indutância de entrada. Neste caso, teoricamente, após usar um APF para suprimir os harmônicos de entrada do conversor de frequência, os harmônicos da corrente de entrada da carga (isto é, do conversor de frequência) se tornariam infinitos, significando que a corrente de entrada total se tornaria infinita, potencialmente danificando o conversor de frequência. Na prática, a observação da tensão da rede no ponto de ligação do APF revela uma grave queda linear e um aumento de tensão, que pode até danificar outros equipamentos da rede! Portanto, em tais situações, uma reatância de entrada adicional deverá ser conectada em série com o conversor de frequência.

Voltando à questão inicial, em relação à amplificação dos harmônicos de carga causados ​​pela conexão do APF, esta amplificação deve ser totalmente considerada na configuração da capacidade do APF. A capacidade real do APF deve ser pelo menos (Ls+L1)/L1 vezes a magnitude harmônica antes da conexão do APF para garantir que o APF tenha capacidade suficiente para mitigar o fluxo de harmônicos da carga para a rede. Para cargas do inversor com impedância de entrada muito baixa, como aquelas sem reatância de entrada, uma reatância precisa ser conectada em série entre o ponto de conexão do APF e a carga. O valor da reatância geralmente deve ser considerado pelo menos como uma taxa de reatância de 3% e, em seguida, a capacidade de configuração do APF deve ser calculada com base na razão de Ls para a indutância da reatância de entrada conectada-em série.