現在、科学技術の急速な発展と医療水準の継続的な向上に伴い、様々な大規模かつ高度な医療機器の導入が行われており、これらの医療施設では多量の高調波が発生し、深刻な被害をもたらしています。電気の安全性と医療機器の通常の動作に影響を与えます。この問題を解決するキーデバイスとなったのがアクティブフィルター装置です。
1.1 医療機器
医療機器には多数のパワーエレクトロニクス部品が使用されており、これらの機器は動作中に大量の高調波を発生し、汚染を引き起こします。より一般的な装置は、MRI (核磁気共鳴装置)、CT 装置、X 線装置、DSA (心臓血管造影装置) などです。このうち、MRIの動作中に核磁気共鳴を発生させるためにRFパルスと交流磁場が発生しますが、RFパルスと交流磁場はいずれも高調波汚染をもたらします。X 線装置の高電圧整流器の整流器ブリッジは、動作中に大きな高調波を生成します。X 線装置は過渡負荷であり、電圧は数万ボルトに達する可能性があり、元の側は変圧器の瞬間負荷は 60 ～ 70kw に増加し、系統の高調波も増加します。
1.2 電気機器
病院内のエアコンや扇風機などの換気設備や蛍光灯などの照明器具からは高調波が多く発生します。エネルギーを節約するために、ほとんどの病院では周波数変換ファンとエアコンを使用しています。周波数変換器は非常に重要な高調波発生源であり、その全高調波電流歪み率 THD-i は 33% 以上に達し、多数の 5、7 高調波電流汚染を電力網に発生させます。病院内の照明設備には蛍光灯が多数使用されており、高調波電流も多く発生します。三相4線負荷に複数の蛍光灯を接続すると、中線に大きな3次高調波電流が流れます。
1.3 通信機器
現在、病院はコンピュータ ネットワークで管理されており、コンピュータ、ビデオ監視、オーディオ機器の数が多く、これらが典型的な高調波発生源となっています。また、コンピュータネットワーク管理システムにおいてデータを保存するサーバーには、UPS などのバックアップ電源が装備されている必要があります。UPS はまず主電源を直流に整流し、その一部はバッテリに蓄えられ、残りの部分はインバータを通じて安定化された AC 電力に変換されて負荷に電力を供給します。主電源端子に電力が供給されると、バッテリはインバータに電力を供給して動作を継続し、負荷の通常の動作を保証します。また、整流器とインバーターには IGBT と PWM テクノロジーが使用されるため、UPS は動作中に大量の 3、5、7 高調波電流を生成することがわかっています。
2. 医療機器に対する高調波の害
上記の説明から、病院の配電システムには多数の高調波発生源があり、多数の高調波 (3、5、7 高調波が最も多い) を生成し、電力網を深刻に汚染し、高調波過剰や中性高調波過負荷などの電力品質の問題。これらの問題は、医療機器の使用に影響を与える可能性があります。
2.1 画像取得機器に対する高調波の害
高調波の影響により、医療スタッフは機器の故障に遭遇することがよくあります。これらの障害により、データエラー、画像のぼやけ、情報損失などの問題が発生したり、回路基板コンポーネントが損傷したりする可能性があり、その結果、医療機器が正常に動作し続けることができなくなります。特に画像機器によっては高調波の影響を受けると、内部の電子部品が変動を記録して出力が変化するため、波形画像が重なり合ったり、曖昧になったりして誤診を招きやすくなります。
2.2 治療器具および看護器具に対する高調波の害
治療には多くの電子機器が使用されていますが、高調波によるダメージが最も大きいのは手術器具です。外科的治療とは、レーザー、高周波電磁波、放射線、マイクロ波、超音波などを単独で、または従来の手術と組み合わせて行う治療を指します。関連機器は高調波干渉の影響を受けやすく、出力信号にクラッターが含まれたり、高調波信号が直接増幅されたりして、患者に強い電気刺激を引き起こし、一部の重要な部品を治療する際には重大な安全上のリスクが生じます。人工呼吸器、ペースメーカー、心電図モニターなどの介護機器は保護者の命と密接に関係しており、機器によっては信号が非常に微弱であるため、高調波の影響により誤った情報収集が発生したり、場合によっては動作しなくなる可能性があります。干渉し、患者と病院に多大な損失をもたらします。
3. 高調波対策
高調波の発生原因に応じて、対策は系統インピーダンスの低減、高調波発生源の制限、フィルタ装置の設置の3つに大別されます。
3.1 システムのインピーダンスを下げる
システムのインピーダンスを下げるという目的を達成するには、非線形電気機器と電源の間の電気的距離を短くする、つまり電源電圧レベルを向上させる必要があります。たとえば、製鉄所の主要設備は電気炉ですが、元々は 35KV 電源を使用していましたが、2 つの 110KV 変電所にそれぞれ 35KV の専用線電源が設置されており、高調波成分は 35KV 母線の方が高くなっています。わずか 4 キロメートルの距離に 220KV 変電所を 5 台の 35KV 専用線路電源を設置して使用した後、バスの高調波は大幅に改善され、さらに発電所ではより大容量の同期発電機も使用されたため、これらの非線形電気距離は大幅に短縮されました。負荷が大幅に減少したため、プラントは高調波低減を実現しました。この方法は最も多額の投資があり、送電網開発計画と調整する必要があり、大規模な産業プロジェクトに適しています。また、病院は通常 2 つ以上の変電所から電力を供給される無停電の継続的な電力供給を必要とするため、この方法は適切な方法ではありません。優先度。
3.2 高調波発生源の制限
この方法では、高調波発生源の構成を変更し、高調波を大量に生成する動作モードを制限し、相互に打ち消し合う高調波の相補性を持つデバイスの使用に集中する必要があります。コンバータの相数を増やすことで特性高調波の周波数が高くなり、高調波電流の実効値が大幅に減少します。この方法では、機器の回路を再配置したり、機器の使用を調整したりする必要があり、大きな制限があります。病院はそれぞれの状況に応じて微調整することができ、高調波の量をある程度減らすことができます。
3.3 フィルター装置の取り付け
現在、一般的に使用されている AC フィルター デバイスは、パッシブ フィルター デバイスとパッシブ フィルター デバイスの 2 つです。アクティブフィルターデバイス（APF）。LC フィルター デバイスとしても知られるパッシブ フィルター デバイスは、LC 共振の原理を使用して直列共振分岐を人工的に作成し、フィルターで除去する特定の数の高調波に対して非常に低いインピーダンス チャネルを提供し、高調波が注入されないようにします。電力網に接続します。パッシブフィルターデバイスは構造が簡単で高調波吸収効果が明らかですが、その効果は固有周波数の高調波に限定されており、その補償特性はグリッドインピーダンス（特定の周波数におけるグリッドインピーダンスとLC）に大きく影響します。フィルタ デバイスは並列共振または直列共振を持つ場合があります)。アクティブ フィルター デバイス (APF) は、高調波を動的に抑制し、無効電力を補償するために使用される新しいタイプのパワー エレクトロニクス デバイスです。負荷の電流信号をリアルタイムで収集して分析し、各高調波と無効電力を分離し、高調波と無効電流の等しい振幅でコンバータ出力を制御し、コントローラを介して逆補償電流を制御して、負荷の高調波電流を相殺します。高調波制御の目的を達成するために。アクティブフィルターこのデバイスには、リアルタイム追跡、迅速な応答、包括的な補償（無効電力と 2 ～ 31 高調波を同時に補償可能）という利点があります。
4 医療機関におけるAPFアクティブフィルター装置の具体的な用途
人々の生活水準の継続的な向上と高齢化の加速に伴い、医療サービスの需要は着実に増加しており、医療サービス業界は急速な成長期を迎えようとしており、医療業界を代表する最も重要かつ重要な企業です。病院です。病院は特別な社会的価値と重要性を備えているため、電力品質の問題の解決が急務となっています。
4.1 APFの選択
高調波制御の利点は、まず第一に、患者と医療従事者の個人の安全を確保すること、つまり配電システムに対する高調波制御の悪影響を軽減または排除し、変圧器や医療機器の正常な動作を保証することです。 ;第二に、経済的利益を直接反映します。つまり、低電圧容量補償システムの正常な動作を確保し、その役割を果たし、電力網内の高調波成分を削減し、力率を改善し、無効電力損失を削減します。 、機器の耐用年数を延ばします。
医療業界に対する高調波の害は非常に大きく、大量の高調波は精密機器の性能や使用に影響を与え、深刻な場合には個人の安全を危険にさらす可能性があります。また、線路の電力損失や導体の発熱が増加し、機器の効率や寿命が低下するため、高調波制御の重要性は自明のことです。のインストールを通じて、アクティブフィルターデバイスを使用すると、高調波制御の目的が十分に達成され、人と機器の安全が確保されます。短期的には、高調波制御には初期段階である程度の設備投資が必要です。ただし、長期的な開発の観点から見ると、APFアクティブフィルターデバイス後期のメンテナンスに便利で、リアルタイムで使用でき、高調波を制御することによってもたらされる経済的利点と、電力網を浄化するという社会的利点も明らかです。
投稿日時: 2023 年 6 月 30 日