هارمونیک

بارهای هارمونیک

مقدمه: هنگامي‎‎كه استفاده از مبدل‎هاي الكترونيك قدرت در اواخر دهه ۱۹۷۰ معمول گرديد، توجه بسياري از مهندسين شركت‎هاي برق درمورد توانايي پذيرش اعوجاج هارمونيكي توسط سيستم‎هاي قدرت را برانگيخت . پيش‎‎بيني‎هاي مأيوس‎‎كننده‎‎اي از سرنوشت سيستم‎‎هاي قدرت درصورت اجازه استفاده ازاين تجهيزات انجام گرفت. درحالي‎‎كه بعضي ازاين نگراني‎ها احتمالاً بيش از حد قلمداد گرديدند، ولي بررسي مفهوم كيفيت برق مديون اين افراد به‎دليل پيگيري آنها درمورد اين مسئله مي‎‎باشد.

یو پی اس
بروز هارمونيك در سيستم‎هاي برق اولين پيامد عناصر غيرخطي در شبكه است. به‎‎‎خاطر گسترش فزاينده استفاده از عناصر غيرخطي در سيستم‎‎هاي برق، مانند راه‎‎اندازها (درايورهاي تنظيم سرعت) و مبدل‎‎هاي الكترونيكي قدرت، مقدار هارمونيك شكل موج جريان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگيري افزايش يافته است و بنابراين اهميت موضوع كاملاً مشخص است.

باتری یو پی اس

بررسي مسائل هارمونيك‎‎ها منجر به تحقيقاتي گرديد كه نتايج آن نقطه‎‎نظرات متعددي درمورد كيفيت برق بود. به‎‎نظر برخي از محققين، اعوجاج هارمونيكي هنوز مهمترين مسئلـه كيفيت برق مي‎‎باشد. مسائل هارمونيكي با بسياري از قوانين معمولي طراحي سيستم‎هاي قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلي مغاير است. بنابراين مهندس برق با پديده‎‎هاي ناآشنايي روبرو مي‎‎شود كه نياز به ابزار پيچيده و تجهيزات پيشرفته براي حل مشكلات و تجزيه و تحليل آنها دارد. گرچه تحليل مسائل هارمونيكي مي‎‎تواند دشوار باشد، ولي خوشبختانه همة سيستم قدرت داراي مشكل هارمونيكي نيست و فقط درصد كمي از فيدرهاي مربوط به سيستم‎هاي توزيع تحت‎‎تأثير عوامل ناشي از هارمونيك‎‎ها قرار مي‎‎گيرند. مشتركين برق در صورت وجود هارمونيك‎ها مشكلات زيادتري از شركت‎هاي برق را تحمل مي‎كنند. مشتركين صنعتي كه از محركه‎‎هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت، كوره‎‎هاي قوس الكتريكي، كوره‎‎هاي القايي، يكسوكننده‎‎ها ، اينورترها، دستگاه‎‎هاي جوش و نظاير آن استفاده مي‎‎كنند، نسبت به مسائل ناشي از اعوجاج هارمونيكي ضربه‎‎پذيرتر از بقية مشتركين مي‎باشند.

باتری یو پی اس

 

اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد در سيستم‎هاي قدرت به شمار نمي‎رود. نگراني ناشي از اعوجاج در بسياري از دوره‎ها درسيستم‎هاي قدرت الكتريكي جريان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوي منابع و مطالب تكنيكي دهه‎هاي قبل نشان مي‎دهد كه مقالات مختلفي دررابطه با اين موضوع انتشار يافته است. اولين منابع هارمونيكي شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولين مشكل نيز در سيستم‎هاي تلفن پديد آمد. استفاده گروهي از لامپ‎هاي قوس الكتريك به‎‎‎دليل مؤلفه‎هاي هارمونيكي توجهات خاصي را برانگيخت ولي اين مسائل به اندازه اهميت مسئله مبدل‎هاي الكترونيك قدرت در سال‎هاي اخير نبوده است.

 

خوشبختانه در طي اين سال ها پژوهشگران متوجه شده اند كه اگر سيستم انتقال به نحو مناسبي طراحي گردد، به‎‎نحوي كه بتواند مقدار توان مورد نياز بارها را به راحتي تأمين نمايد، احتمال ايجاد مشكل ناشي از هارمونيك‎ها براي سيستم قدرت بسيار كم خواهدبود، گرچه اين هارمونيك‎ها مي‎توانند موجب مسائلي در سيستم‎هاي مخابراتي شوند. اغلب در سيستم‎هاي قدرت مشكلات زماني بروز مي‎كنند كه خازن‎هاي موجود در سيستم باعث ايجاد تشديد دريك فركانس هارمونيكي گردند. دراين شرايط اغتشاشات و اعوجاجات، بسيار بيش از مقادير معمول مي‎گردند. امكان ايجاد اين مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولي شرايط بدتر در سيستم‎هاي صنعتي به‎دليل درجه زيادي از تشديد رخ مي‎دهد.

 

علت ايجاد اعوجاج هارمونيكي
اعوجاج هارمونيكي در سيستم‎هاي قدرت ناشي از عناصر غيرخطي مي‎باشد. عنصر غيرخطي عنصري است كه جريان آن متناسب با ولتاژ اعمالي نمي‎باشد افزايش چند درصدي ولتاژ ممكن است باعث شود كه جريان دوبرابر شده و نيز موج جريان شكل ديگري به خود بگيرد. اين مورد ساده اي از منبع توليد اعوجاج در سيستم قدرت مي‎باشد.
 
هر شكل موج اعوجاجي پريوديك را مي‎توان به صورت جمع موج‎هاي سينوسي بيان نمود. يعني وقتي كه شكل موج از يك سيكل به سيكل ديگر تغيير نكند، اين موج را مي‎توان به صورت جمع امواج سينوسي خالص كه درآن فركانس هر موج سينوسي، مضرب صحيحي از فركانس اصلي موج اعوجاجي است نمايش داد. اين موج‎هاي سينوسي كه فركانس آن‎ها ضريب صحيحي از فركانس اصلي مي‎باشند، هارمونيك‎هاي مؤلفه اصلي گويند. جمع اين موج‎هاي سينوسي به سري فوريه معروف است اين مفهوم رياضي اولين بار توسط فوريه رياضيدان فرانسوي مورد توجه قرار گرفت.

مرجع باتری یو پی اس

 

مزاياي فني و اقتصادي كاهش هارمونيك‎‎ها
اگرچه بحث تفصيلي درمورد خسارات هارمونيك‎‎ها ، پيچيده است ولي مي‎توان در يك جمع‎‎بندي اجمالي مزاياي كاهش هارمونيك‎‎ها را به‎شرح زير بيان نمود :
۱)كاهش تلفات تجهيزات الكتريكي و شبكه برق‎‎رساني
۲)آزادسازي ظرفيت تجهيزات شبكه مانند موتورهاي الكتريكي و ترانسفورماتورها
۳)افزايش طول عمر تجهيزات به‎دليل كاهش تلفات و كاهش درجه حرارت
۴)كاهش احتمال رزونانس موازي و سري در شبكه
۵)افزايش راندمان موتورهاي الكتريكي
۶)كاهش خطاي عملكرد رله‎‎ها ، تجهيزات كنترلي و حفاطتي شبكه ناشي از تأثيرات هارمونيك‎‎ها
۷)كاهش خطاي قرائت دستگاه‎‎هاي اندازه‎گيري و كنتورها و در نتيجه كاهش خطاي مبالغ دريافتي از مشتركين
خونسرد عملكرد بهتر تجهيزات شبكه و مشتركين از جمله ماشين‎‎هاي الكتريكي به‎دليل كاهش اثر گشتاورهاي مخالف به‎واسطه برخي از هارمونيك‎‎ها
۹)بهبود رضايت مشتركين به‎دليل بهبود كيفيت توان

فروش باتری یو پی اس

 

تجهيزات آسيب‎‎پذير
موتورهاي الكتريكي ازجمله وسايلي هستند كه درمعرض بيشترين اثر نامطلوب هارمونيك‎ها قراردارند، هارمونيك حاصل‎‎از ولتاژ تغذيه باعث تلفات بالاتر در موتورهاي الكتريكي شده كه باعث كاهش ظرفيت‎ نامي مي‎‎شود. كاهش عمر و فرسوده شدن عايق‎‎بندي موتور به‎‎‎خاطر افزايش دماي داخلي بالاتراز ميزان نامي، از ديگر اثرات نامطلوب هارمونيك‎ها در موتورهاي الكتريكي است.
سيستم عايق‎‎بندي آسيب‎‎پذيرترين قسمت يك موتور الكتريكي درمقابل افزايش دماي حاصل‎‎از هارمونيك است.تسريع در‎ فرسايش، خطا و مشكلات عايقي و كاهش عمر معمول‎‎ترين نشانه‎‎هاي مشاهده شده در سيستم‎هاي عايقيِ درمعرض اضافه حرارت، مي‎‎باشد.
مرجع یو پی اس
منابع توليد هارمونيك
پيدايش عناصر نيمه هادي و المان‎‎هاي غيرخطي نظير ديود ، تريستور و … و استفادة فراوان از آنها در شبكه‎‎هاي قدرت عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستم‎هاي قدرت به‎وجود آورد. كاربرد اين عناصر را مي‎توان در تجهيزات و سيستم‎هاي قدرت زير ديد:
–         كوره‎هاي قوس الكتريكي و القايي
–         يكسوكننده‎‎ها و مبدل‎‎هاي الكترونيك قدرت
–         تجهيزات مورد استفاده در كنترل‎‎كننده‎هاي سرعت ماشين‎هاي الكتريكي ( VSD)
–         كاربرد SVC بعنوان ابزار مهمي دركنترل توان راكتيو
–         بارهاي غيرخطي شامل دستگاه‎‎هاي جوشكاري
–         جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
از سوي ديگر عوامل زير را نيز مي‎توان به عنوان توليدكنندة هارمونيك در نظر گرفت:
–         توليد شكل موج غير سينوسي توسط ماشين‎هاي سنكرون ناشي از وجود شيارها و عدم توزيع يكنواخت سيم‎‎پيچي‎هاي استاتور
–         توزيع غير سينوسي فوران مغناطيسي در ماشين‎هاي سنكرون
همچنين صنايع زير را مي‎توان از جمله عوامل توليد هارمونيك در شبكه‎هاي الكتريكي محسوب نمود:
–    صنايع شامل مجتمع‎هاي شيميايي و پتروشيمي و نيز صنايع ذوب آلومينيم كه از يكسوكننده‎هاي پرقدرت براي توليد برق DC مورد نيـاز انجام فرآيندهاي شيميـائي و ذوب آلومينيـم استفـاده مي‎كنند. با توجـه به قـدرت بالا، اين يكسـوكننده‎ها هارمونيك قابل ملاحظه‎اي در شبكة قدرت به وجود مي‎آورند.
–    استفاده از سيستم‎هاي الكترونيك قدرت در سيستم حمل و نقل برقي مانند اتوبوس برقي و متروها باعث مي‎شود سطوح زيادي از هارمونيك به سيستم توزيع تزريق شود.
–    بارهاي غيرخطي مانند كوره‎هاي قوس الكتريكي كه در صنايع ذوب‎‎آهن استفاده مي‎شود از عوامل توليد هارمونيك در مقياس بزرگ مي‎باشند.