هارمونیک
علت ايجاد اعوجاج هارمونيكي
اعوجاج هارمونيكي در سيستمهاي قدرت ناشي از عناصر غيرخطي است. عنصر غيرخطي عنصري است كه جريان آن متناسب با ولتاژ اعمالي نيست 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 است.
هر شكل موج اعوجاجي پريوديك را مي توان به صورت جمع موجهاي سينوسي بيان كرد. يعني وقتي كه شكل موج از يك سيكل به سيكل ديگر تغيير نكند، اين موج را مي توان 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 را كه فركانس آنهاضريب صحيحي از فركانس اصلي هستند،هارمونيكهاي مؤلفه اصلي مى گويند. جمع اين موجهاي سينوسي به سري فوريه معروف است.اين مفهوم رياضي نخستين بار توسط فوريه رياضيدان فرانسوي مورد توجه قرار گرفت.
تجهيزات آسیب پذير در برابر هارمونیک
موتورهاي الكتريكي ازجمله وسايلي هستند كه درمعرض بيشترين اثر نامطلوب هارمونيكها قراردارند. هارمونيك حاصل از ولتاژ تغذيه باعث تلفات بالاتر در موتورهاي الكتريكي شده و باعث كاهش ظرفيت نامي مي شود. كاهش عمر و فرسايش عايق بندي موتور به علت افزايش دماي داخلي بالاتراز ميزان نامي، از ديگر آثار نامطلوب هارمونيكها در موتورهاي الكتريكي است.سيستم عايق بندي آسيب پذيرترين قسمت يك موتور الكتريكي درمقابل افزايش دماي حاصل از هارمونيك است.تسريع در فرسايش،خطا و مشكلات عايقي و كاهش عمر معمول ترين نشانه هاي مشاهده شده در سيستم هاي عايقيِ درمعرض افزايش حرارت، مي باشد. معمولا در محاسبات سیم بندی موتورها هارمونیک های شماره 3 و 5 که بیشترین مزاحمت را برای موتورها دارند حذف میگردند.
منابع توليد هارمونيك
پيدايش عناصر نيمه هادي و المان هاي غيرخطي نظير ديود ، تريستور و ... و استفادة فراوان از آنها در شبكه هاي قدرت، عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستمهاي قدرت به وجود آورد.
كاربرد اين عناصر هارمونیک زا را مي توان در تجهيزات و سيستم هاي قدرت زير ديد:
- استفاده انبوه از لامپ های کم مصرف
- كوره هاي قوس الكتريكي و القايي
- يكسوكننده ها و مبدل هاي الكترونيك قدرت
- تجهيزات مورد استفاده دركنترل كننده هاي سرعت ماشين هاي الكتريكي
- (VSD ) به عنوان ابزار مهم با كاربرد دركنترل توان راكتيو SVC) )
- بارهاي غيرخطي شامل دستگاه هاي جوشكاري وجريان مغناطيسي ترانسفورماتور
- توليد شكل موج غير سينوسي توسط ماشينهاي سنكرون ناشي از وجود شيارها وعدم توزيع يكنواخت سيم پيچي هاي استاتور
- توزيع غير سينوسي فوران مغناطيسي درماشين هاي سنكرون
برخی از صنايعی که تولید هارمونیک می کنند:
- صنايع شامل مجتمعهاي شيميايي و پتروشيمي و نيز صنايع ذوب آلومينيم كه از يكسوكننده هاي DC پرقدرت براي توليد برق مورد نياز انجام فرآيندهاي شيميايي و ذوب آلومينيم استفاده مي كنند.
- در سازمان صدا و سيما مصرف كنند هاي ديجيتال از قبيل فرستنده هاي تلويزيوني و راديويي
- سيستمهاي هوا رساني و تهویه
- مبدلهاي الكترونيك قدرت كه باعث مي شود سطوح زيادي از هارمونيك به سيستم توزيع تزريق شود
- بارهاي غيرخطي مانند كوره هاي قوس الكتريكي كه در صنايع ذوب آهن استفاده مي شود از عوامل توليد هارمونيك در مقياس بزرگ مي باشند.
مزاياي فني و اقتصادي كاهش هارمونيكها
اگرچه بحث تفصيلي درمورد خسارات هارمونيك ها پيچيده است ولي مي توان در يك جمع بندي اجمالي مزاياي كاهش هارمونيك ها را به شرح زير بيان كرد :
- كاهش تلفات تجهيزات الكتريكي و شبكه برق رساني
- آزادسازي ظرفيت تجهيزات شبكه مانند موتورهاي الكتريكي و ترانسفورماتورها
- افزايش طول عمر تجهيزات به دليل كاهش تلفات و كاهش درجه حرارت
- كاهش احتمال رزونانس موازي و سري در شبكه
- افزايش راندمان موتورهاي الكتريكي و مبدلهاي الكترونيكي و منابع تغذيه سوئيچينگ
- كاهش خطاي عملكرد رله ها ، تجهيزات كنترلي و حفاطتي شبكه ناشي از تأثير هارمونيكها
- كاهش خطاي قرائت دستگاههاي اندازه گيري و كنتورها و در نتيجه كاهش طراحي تجهيزات حفاظتي و كنترلي
- عملكرد بهتر تجهيزات شبكه و مشتركان از جمله ماشينهاي الكتريكي به دليل كاهش اثر گشتاورهاي مخالف به واسطه برخي از هارمونيك ها
- بهبود رضايت مصرف كننده ها به دليل بهبود كيفيت توان
به طور خلاصه باید گفت براي فیلتر کردن هارمونیکها در شبکه از فيلتر پايين گذر استفاده مي‌شود که در اين حالت فقط فرکانس اصلي عبور مي‌کند و هارمونيکها که داراي فرکانس بيشتر از فرکانس اصلي هستند از فيلتر عبور نمي‌کنند.
با سلام خدمت دوستان گرامی