Al giorno d'oggi, con il rapido sviluppo della scienza e della tecnologia e il continuo miglioramento del livello medico, è accompagnato anche dall'introduzione di varie apparecchiature mediche avanzate su larga scala, che producono un gran numero di armoniche in queste strutture mediche, il che arreca gravi danni alla sicurezza elettrica e al normale funzionamento delle apparecchiature mediche.Il dispositivo di filtro attivo è diventato il dispositivo chiave per risolvere questo problema.
1.1 Attrezzature mediche
Nelle apparecchiature mediche sono presenti numerosi componenti elettronici di potenza e questi dispositivi producono un gran numero di armoniche durante il funzionamento, causando inquinamento.Le apparecchiature più comuni sono MRI (strumento di risonanza magnetica nucleare), macchina TC, macchina a raggi X, DSA (macchina di contrasto cardiovascolare) e così via.Tra questi, l'impulso RF e il campo magnetico alternato vengono generati durante l'operazione di risonanza magnetica per generare risonanza magnetica nucleare, e sia l'impulso RF che il campo magnetico alternato porteranno inquinamento armonico.Il ponte raddrizzatore del raddrizzatore ad alta tensione nella macchina a raggi X produrrà grandi armoniche quando funziona, e la macchina a raggi X è un carico transitorio, la tensione può raggiungere decine di migliaia di volt e il lato originale di il trasformatore aumenterà il carico istantaneo da 60 a 70kw, il che aumenterà anche l'onda armonica della rete.
1.2 Apparecchiature elettriche
Le apparecchiature di ventilazione negli ospedali come condizionatori d'aria, ventilatori, ecc. e le apparecchiature di illuminazione come le lampade fluorescenti producono un gran numero di armoniche.Per risparmiare energia, la maggior parte degli ospedali utilizza ventilatori e condizionatori a conversione di frequenza.Il convertitore di frequenza è una fonte armonica molto importante, il suo tasso di distorsione della corrente armonica totale THD-i raggiunge oltre il 33%, produrrà un gran numero di 5, 7 armoniche della rete elettrica inquinata dalla corrente.Negli apparecchi di illuminazione all'interno dell'ospedale sono presenti un gran numero di lampade fluorescenti, che producono anche un gran numero di correnti armoniche.Quando più lampade fluorescenti sono collegate a un carico trifase a quattro fili, nella linea centrale scorrerà una grande corrente di terza armonica.
1.3 Apparecchiature di comunicazione
Attualmente, gli ospedali gestiscono reti di computer, il che significa che il numero di computer, videosorveglianza e apparecchiature audio è elevato e queste sono tipiche fonti armoniche.Inoltre, il server che memorizza i dati nel sistema di gestione della rete di computer deve essere dotato di alimentazione di backup come un UPS.L'UPS trasforma innanzitutto l'alimentazione di rete in corrente continua, parte della quale viene immagazzinata nella batteria, mentre l'altra parte viene convertita in alimentazione CA regolata tramite l'inverter per alimentare il carico.Quando il terminale di rete viene alimentato, la batteria alimenta l'inverter per continuare a funzionare e garantire il normale funzionamento del carico.E sappiamo che il raddrizzatore e l'inverter utilizzeranno la tecnologia IGBT e PWM, quindi l'UPS produrrà molta corrente armonica da 3, 5, 7 durante il lavoro.
2. Danno delle armoniche alle apparecchiature mediche
Dalla descrizione di cui sopra, possiamo scoprire che ci sono molte sorgenti armoniche nel sistema di distribuzione dell'ospedale, che produrranno un gran numero di armoniche (con 3, 5, 7 armoniche al massimo) e inquineranno gravemente la rete elettrica, causando problemi di qualità dell'alimentazione come eccesso armonico e sovraccarico armonico neutro.Questi problemi possono influenzare l'uso delle apparecchiature mediche.
2.1 Danno delle armoniche alle apparecchiature di acquisizione delle immagini
A causa dell'impatto delle armoniche, il personale medico spesso riscontra guasti alle apparecchiature.Questi guasti possono causare errori di dati, immagini sfocate, perdita di informazioni e altri problemi oppure danneggiare i componenti della scheda elettronica, con il risultato che l'attrezzatura medica non può continuare a funzionare normalmente.In particolare, quando alcune apparecchiature di imaging sono influenzate da armoniche, i componenti elettronici interni possono registrare fluttuazioni e modificare l'uscita, il che porterà a una deformazione sovrapposta o ad un'ambiguità dell'immagine della forma d'onda, che può facilmente causare diagnosi errate.
2.2 Danno degli armonici agli strumenti terapeutici e infermieristici
Ci sono molti strumenti elettronici utilizzati nel trattamento e lo strumento chirurgico è il più danneggiato dalle armoniche.Per trattamento chirurgico si intende il trattamento con laser, onde elettromagnetiche ad alta frequenza, radiazioni, microonde, ultrasuoni, ecc. da solo o in combinazione con la chirurgia tradizionale.Le apparecchiature correlate sono soggette a interferenze armoniche, il segnale in uscita conterrà disturbi o amplificherà direttamente il segnale armonico, causando una forte stimolazione elettrica ai pazienti e vi sono gravi rischi per la sicurezza durante il trattamento di alcune parti importanti.Gli strumenti infermieristici come ventilatori, pacemaker, monitor ECG, ecc., sono strettamente legati alla vita dei tutori e il segnale di alcuni strumenti è molto debole, il che può portare ad una raccolta errata delle informazioni o addirittura al mancato funzionamento se sottoposti a armoniche. interferenze, causando pesanti perdite a pazienti e ospedali.
3. Misure di controllo armonico
A seconda delle cause delle armoniche, le misure di trattamento possono essere approssimativamente suddivise nei seguenti tre tipi: riduzione dell'impedenza del sistema, limitazione della fonte armonica e installazione del dispositivo di filtro.
3.1 Ridurre l'impedenza del sistema
Per raggiungere lo scopo di ridurre l'impedenza del sistema, è necessario ridurre la distanza elettrica tra l'apparecchiatura elettrica non lineare e l'alimentatore, in altre parole, migliorare il livello della tensione di alimentazione.Ad esempio, l'attrezzatura principale di un'acciaieria è un forno elettrico ad arco, che originariamente utilizzava un'alimentazione da 35 KV, ed è stata rispettivamente impostata un'alimentazione di linea speciale da 35 KV da due sottostazioni da 110 KV e la componente armonica era più alta sulla sbarra collettrice da 35 KV.Dopo l'utilizzo di una distanza di soli 4 chilometri, la sottostazione da 220 KV ha installato 5 linee di alimentazione speciali da 35 KV, le armoniche sul bus sono migliorate in modo significativo, oltre all'impianto è stato utilizzato anche un generatore sincrono di capacità maggiore, in modo che la distanza elettrica di questi non lineari carichi notevolmente ridotti, tanto che l'impianto ha generato una riduzione armonica.Questo metodo prevede l'investimento maggiore, deve essere coordinato con la pianificazione dello sviluppo della rete elettrica ed è adatto a progetti industriali su larga scala e gli ospedali richiedono un'alimentazione elettrica continua e ininterrotta, generalmente alimentata da due o più sottostazioni, quindi questo metodo non è un priorità.
3.2 Limitazione delle sorgenti armoniche
Questo metodo deve modificare la configurazione delle sorgenti armoniche, limitare la modalità operativa di generazione di armoniche in grandi quantità e concentrarsi sull'utilizzo di dispositivi con complementarità armonica per annullarsi a vicenda.La frequenza delle armoniche caratteristiche aumenta aumentando il numero di fase del convertitore e il valore effettivo della corrente armonica viene notevolmente ridotto.Questo metodo necessita di riorganizzare il circuito dell'apparecchiatura e coordinare l'uso degli strumenti, che presenta elevate limitazioni.L'ospedale può effettuare piccole modifiche in base alla propria situazione, riducendo in una certa misura la quantità di armoniche.
3.3 Installazione del dispositivo di filtraggio
Attualmente, ci sono due dispositivi di filtro AC comunemente usati: dispositivo di filtro passivo edispositivo di filtro attivo (APF).Il dispositivo di filtro passivo, noto anche come dispositivo di filtro LC, utilizza il principio della risonanza LC per creare artificialmente un ramo di risonanza in serie per fornire un canale a impedenza molto bassa per il numero specifico di armoniche da filtrare, in modo che non venga iniettato nella rete elettrica.Il dispositivo di filtro passivo ha una struttura semplice e un evidente effetto di assorbimento armonico, ma è limitato alle armoniche della frequenza naturale e le caratteristiche di compensazione hanno una grande influenza sull'impedenza di rete (a una frequenza specifica, l'impedenza di rete e l'LC il dispositivo di filtraggio può avere una risonanza parallela o una risonanza in serie).Il dispositivo di filtro attivo (APF) è un nuovo tipo di dispositivo elettronico di potenza, utilizzato per sopprimere dinamicamente le armoniche e compensare la potenza reattiva.Può raccogliere e analizzare il segnale di corrente del carico in tempo reale, separare ciascuna potenza armonica e reattiva e controllare l'uscita del convertitore con corrente armonica e reattiva di uguale ampiezza e corrente di compensazione inversa attraverso il controller per compensare la corrente armonica nel carico, in modo da raggiungere lo scopo del controllo armonico.Filtro attivoil dispositivo presenta i vantaggi del monitoraggio in tempo reale, della risposta rapida e della compensazione completa (la potenza reattiva e 2~31 armoniche possono essere compensate contemporaneamente).
4 Applicazione specifica del dispositivo di filtro attivo APF nelle istituzioni mediche
Con il continuo miglioramento del tenore di vita delle persone e l'accelerazione dell'invecchiamento della popolazione, la domanda di servizi medici è in costante aumento e il settore dei servizi medici sta per entrare in un periodo di rapida crescita e il rappresentante più significativo e importante dell'industria medica è l'ospedale.A causa dello speciale valore sociale e dell’importanza dell’ospedale, la soluzione del suo problema di qualità dell’energia è urgente.
4.1 Selezione dell'APF
I vantaggi del controllo armonico, innanzitutto, sono garantire la sicurezza personale dei pazienti e del personale medico, ovvero ridurre o eliminare l'impatto negativo del controllo armonico sul sistema di distribuzione, garantire il normale funzionamento di trasformatori e strumenti medici ;In secondo luogo, riflette direttamente i vantaggi economici, ovvero garantire il normale funzionamento del sistema di compensazione della capacità a bassa tensione, svolgere il suo ruolo, ridurre il contenuto armonico nella rete elettrica e migliorare il fattore di potenza, ridurre la perdita di potenza reattiva e prolungare la durata dell'apparecchiatura.
Il danno delle armoniche per l'industria medica è molto grande, un gran numero di armoniche influenzerà le prestazioni e l'uso degli strumenti di precisione e potrebbe mettere a repentaglio la sicurezza personale in casi gravi;Aumenterà inoltre la perdita di potenza della linea e il calore del conduttore, riducendo l'efficienza e la durata dell'apparecchiatura, quindi l'importanza del controllo armonico è evidente.Attraverso l'installazione difiltro attivodispositivo, lo scopo del controllo armonico può essere ben raggiunto, in modo da garantire la sicurezza delle persone e delle apparecchiature.A breve termine, il controllo delle armoniche richiede un certo investimento di capitale nella fase iniziale;Tuttavia, dal punto di vista dello sviluppo a lungo termine, l’APFdispositivo di filtraggio attivoè conveniente da mantenere nel periodo successivo e può essere utilizzato in tempo reale, e sono evidenti anche i benefici economici apportati dal controllo delle armoniche e i benefici sociali della purificazione della rete elettrica.
Orario di pubblicazione: 30 giugno 2023