Frekvensomformere med Active Front End (AFE) har vært på markedet en stund. Opprinnelig er dette en løsning for å kunne føre energi tilbake på nettet ifb. med applikasjoner hvor man har regenerativ effekt, dvs. kraner, vinsjer osv. Istedenfor å kvitte seg med energien via en bremsemotstand i form av varme, føres den tilbake på nettet. Active Front End er også utmerket til å redusere THD. Aktivt filter er siste skudd på stammen av løsningen på å redusere THD, dette er en meget fleksibel og effektiv løsning.
Hvilken løsning er den beste? Det finnes mange meninger om det. Man må vurdere ut fra hva slags applikasjon man har og hvilke krav som stilles. En ting som er helt sikkert er at dersom man har mye regenerativ effekt man må kvitte seg med, er Active Front End den beste løsningen. Men i de tilfellene hvor det kun er behov for å redusere harmoniske tilbakevirkninger bør man vurdere å bruke et aktivt filter.
Ett filter kan redusere tilbakevirkningene fra flere frekvensomformere. Man kan plassere filteret et annet sted enn frekvensomformeren, f. eks sammen med hovedtavlen og man får bedre plass i små rom da man kan bruke en standard frekvensomformer som er fysisk mindre enn AFE.
En standard frekvensomformer og et aktivt filter har til sammen bedre virkningsgrad enn en frekvensomformer med Active Front End. Forskjellen er at det aktive filteret kobles i parallell med frekvensomformerne og måler THD nivået, for så å kompensere for støyen frekvensomformerne lager.
En Active Front End omformer har et innebygget LCL filter på inngangen hvor all strømmen frekvensomformeren trekker må igjennom, tapet blir derfor større. Typisk virkningsgrad på en Active Front End omformer er ca 95 %, mens en standard frekvensomformer har 98 %. Nå høres kanskje ikke 3 % forskjell så veldig avskrekkende ut, men på en 400 kW frekvensomformer vil dette utgjøre en differanse på 12 kW. Filteret i dette tilfellet har et tap på ca 8 kW som man må ta med i beregningene, dvs. om man sammenligner standard frekvensomformer + aktivt filter og en Active Front End omformer er forskjellen 4 kW. Neste utfordring er å kvitte seg med disse 4 kW, en tommelfingerregel er at man må bruke en ½ kW i kjøleeffekt for å kvitte seg med 1 kW varme. Forskjellen blir derfor 6 kW totalt, noe som blir veldig mye over tid. Hvem vil vel sløse med energien? En annen fordel er at dersom det skjer noe med Active Front End omformeren må motoren styres med en annen startutrustning. Hvis filteret ryker, kan motoren fortsatt frekvensreguleres, men du får et høyere THD nivå inntil filteret er reparert. I mellomtiden kan frekvensomformerne redusere turtallet på motorene, slik at generatorene ikke blir overbelastet. Man blir langt mindre sårbar med en slik løsning.
Ser man på kjente løsninger som 12/18-puls likeretting, trenger man som sagt en egen transformator til formålet. Denne er stor, tung og tar mye plass. Installasjonen blir også mer tidkrevende mht. kabling osv. En annen ting man skal være klar over er at denne løsningen er svært avhengig av et balansert nettverk, bakgrunnsstøy (pre distortion) og lastprofil for å kunne redusere THD. 1-3 % ubalanse vil medføre en markant økning av THD i forhold til hva det ville vært med et ideelt nettverk hvilket også gjelder for bakgrunn støy. Et aktivt filter vil derimot kunne motstå større endringer i forsyningsspenningen, både i form av ubalanse og bakgrunnsstøy. Et slikt filter vil også kunne motstå større variasjoner i lasten uten at dette går ut over THD nivået.
Active filtre er også velegnet til å balansere nettet og øke effektfaktoren til lasten. Da vil alle tre fasene på generatoren bli belastet likt. Dersom man plasserer et aktivt filter i et nettverk uten frekvensomformere vil filteret forsøke å kompensere fasevinkelen mellom strøm og spenning, dette gir deg en effektfaktor ≈ 1.
Ombygging av eldre båter
Et aktivt filter er også ideelt ifb. med ombygging av eldre båter hvor man har begrenset generatorkapasitet og man skal erstatte ∆/Y startere med frekvensomformere. Disse starterne tar liten plass og det kan være vanskelig å få plass til en Active Front End frekvensomformer eller en 12/18-puls løsning. Et aktivt filter gir deg mye større fleksibilitet mht plassering av komponenter.
Det finnes altså løsninger som er mer egnet enn Active Front End og 12/18-puls likeretting dersom formålet er å redusere harmoniske tilbakevirkninger på nettet.
Odd Roar Ø. Buttingsrud
Danfoss AS