چگونه می توان از شر هارمونیک ها خلاص شد؟

چگونه می توان از شر هارمونیک ها خلاص شد؟

هیچ چیز خوبی ازهارمونیکها بدست نمی آید.... پرداختن به مبحث هارمونیکها، می تواند یک عامل کمک کننده در مورد نویزالکتریکی نیز به حساب آید،(فاصله گذاری کابلها به عنوان یک راهکار برای کاهش پارازیت یا نویز(.هارمونیکها می توانند مشکلات متعدد دیگری را نیز در اجزای مدار برق بوجود آورند، مانند موتورها، ترانسفورماتورها و بانک های خازنی.

هیچ چیز خوبی از هارمونیک ها بدست نمی آید….

یک بار مقاومتی خالص، برای ولتاژ و جریان نیز دارای شکل موج مشابه است. هر دو بطور معمول، سینوس های خالص هستند. بسیاری از موتورهای القایی، به طور مستقیم از خطوط اصلی برق AC تغذیه می کنند، همچنین به شیوه ای مشابه رفتار می کنند، مگر اینکه مقداری بار راکتیو دریافت کنند. شکل موج جریان در این حالت، هنوز هم سینوسی است (شکل1 را ببینید(.

با این حال، شکل موج جریان، زمانی که دستگاه های الکترونیک قدرت برای کنترل سرعت موتور(VFD ) به سیستم معرفی می شوند، دچار  اعوجاج می شود.

این دستگاه ها (VFD)، بخشی از شکل موج  AC را با استفاده از تریستور یا ترانزیستور قدرت، که به عنوان سوئیچ استاتیک استفاده می شوند،قطع می کنند.

 

شکل 1 – ولتاژ و شکل موج جریان در یک موتور القایی

چنین شکل موجی که متناوبا  تغییر می کند، می تواند با استفاده از تبدیل فوریه، بعنوان ترکیبی از بردار فرکانس قدرت (50/60 هرتز) و دیگر بردارها که فرکانس آنها مضربی از فرکانس قدرت است، از نظر ریاضی تجزیه و تحلیل شود.

مولفه فرکانس قدرت، با عنوان تقسیم عددی بر مضرب اساسی و بالاتر نامیده می شود و این مضارب، با نام هارمونیک ها شناخته می شوند. باید به خاطر داشت که همه ژنراتورهای برق، فقط درفرکانس اساسی ولتاژ تولید می کنند.

اما اگر یک جریان هارمونیک به وجود آید، باید یک منبع ایجاد داشته باشد. از این رو، به لحاظ نظری این طور تفسیر می شود که بارهای تولید کنندههارمونیک،  منبع جریان هارمونیک ها هستند. این منابع جریان های هارمونیکی را از طریق بقیه سیستم که متشکل از منبع و همچنین بارهای دیگر متصل به آن است، ایجاد می کنند.

مقایسه چوک ورودی AC در مقابل چوک لینک DC 

این جریانها، از طریق امپدانس های مختلف سیستم، به عنوان ولتاژهای هارمونیکی ظاهر می شوند. در چنین سیستمی، اگر شکل موج  ولتاژ بطور ناهموار و کج (همراه با اعوجاج) ظاهر شود، امری عادی و معمول خواهد بود.

همچنین، جریان های هارمونیکی که از میان دیگر بارهای سیستم جریان می یابند، باعث افزایش یافتن اختلالات در سیستم خواهند شد ) به جدول 1 مراجعه کنید(

جدول 1 – اثراتی که هارمونیکها بر روی اجزای مختلف سیستم می گذارند:

تجهیزات	اثر هارمونیکها
خازنها	تشدید کننده هارمونیکها در سیستم توزیع برق
سیم کشی برق	رساناهای فاز و نول در سایز سیم کوچکتر
ژنراتورهای موتور	ظرفیت انتقال و اختلال در عملیات
موتورهای القایی	احتمال شکست، قبل از موعد مقرر، ناشی از هارمونیک پنجم
اندازه گیری	اندازه گیری نادرست توان
حفاظت از اضافه جریان	قطع فیوز و ایجاد لغزشهای مزاحم
بارهای الکترونیکی حساس	افت ولتاژ بین نول و زمین
ترانسفورماتورها	کاهش بهره وری و گرمای بیش از حد
سیستم های برق اضطراری	اندرکنش مدار و بار

 

مثالی از نحوه عملکرد فیلتر های شانت….

اجازه دهید که در اینجا، به نحوه عملکرد فیلترهای شانت بپردازیم. ما می توانیم از یک کامپیوتر استفاده کنیم تا نشان دهیم، وقتی هارمونیک ها به وسیله ی یک موج ناهموار (همراه با اعوجاج) فیلتر می شوند، چه اتفاقی می افتد.

 

شکل 2 – کاهش اثر هارمونیکها با استفاده از فیلترها

 

مثال انتخاب شده، یک جریان موج مربعی 120 درجه ای، با یک زمان تخفیف 10 درجه ای است؛ یک شکل موج جریان خطی معمولی برای درایو موتور DC و برای بسیاری از درایوهای AC. در اینجا، موج مربعی قبل از فیلتر شدن آمده است. ضریب اعوجاج 266 درصد است، که این رقم خیلی برای شکل موج مناسب نیست (شکل a 2). حال اجازه دهید هارمونیک 5 ام را بیرون کشیده و بررسی کنیم.

 

خیلی به نظر بهتر نمی آید ولی در این شکل ضریب اعوجاج از 26 درصد به 18 درصد کاهش یافته است پس همه چیز در حال بهتر شدن است ) شکل b 2.)

 

حال بیاییدهارمونیک 7 ام را بررسی کنیم. در این شکل، همه چیز به نظر بهتر می آید. ما می توانیم موج سینوسی را که شروع به ظهور کرده، مشاهده کنیم. ضریب اعوجاج در اینجا، به 11 درصد کاهش یافت (شکل( c2.

 

در ادامه، می توانیم هارمونیک 11 ام را بیرون کشیده و بررسی کنیم. هیچ شکل زیبایی از موج سینوسی جلوه گر نیست اما ضریب اعوجاج الان فقط 8 درصد است  شکل d 2.

 

اجازه دهید به عنصر نهایی اضافه کرده وهارمونیک  13 را حذف کنیم. این شکل موج جریان نهایی ما است شکل e2. ضریب اعوجاج 6٪ است، بنابراین ما در حال برقراری یک جریان منطقی در سیستم برق هستیم. البته، میزان معنادار بودن شکل موج جریان به اعوجاج ولتاژ، بستگی به منبع امپدانسو سطح جریان دارد.

 

اگر رساناهای قدرت بعنوان آنتن (موج گیر) عمل می کنند و بعنوان ولتاژ ناشی از نویز ظاهر شوند، این امر می تواند باعث افزایش هارمونیکها در فرکانس های بالاتر شود.

 

نمی توان از ایجاد شدن همه جریان های هارمونیکی جلوگیری کرد، اما می توان با ارائه یک مسیر کمامپدانس جداگانه برای آنها، مانع از جاری شدن آنها در کل سیستم شد. این کار با استفاده از سری مدارهایی متشکل از یک راکتور و خازنکه در یک فرکانس هارمونیکی خاص، امپدانس برابری دارند، و در حد مجاز تنظیم شده اند، می تواند میسر شود.

 

مقادیر متعددی از چنین  بانک ها یا مخازن تنظیم شده (یکی برای هر فرکانسهارمونیک ) مورد نیاز خواهد بود تا  بتوان تمام هارمونیکها را از سیستم دور کرد. با این حال، به دلایل عملیاتی، تعداد کمتری از هارمونیک ها با مرتبه پایین تر، و بزرگای بیشتر فیلتر می شوند که برای ارائه یک کاهش چشمگیر از محتوی هارمونیکها، کافی است.

شکل 2 نشان می دهد که چگونه یک فیلتر می تواند مولفه های فرکانس بالا را حذف کند. و اینکه چگونه شکل موج می تواند بعد از فرایند حذف این مولفه ها، قابل مشاهده باشد.

 منبع: الکترومارکت

توجه: هرگونه شبیه سازی در زمینه نرم افزارهای مهندسی برق قدرت پذیرفته می‎شود.جهت ارتباط و دریافت شماره تماس با ایمیل زیر ارتباط برقرار کنید.

[e-mail]

[e-mail] 

[e-mail]

 

آدرس کانال تلگرامی

telegram.me/iranprojectblog

ایدی ادمین

http://telegram.me/iranprocro

iranprocro@