منابع ایجاد هارمونیک

[امیرحسین عباسی]

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_مهندسی الکترونیک و الکتروتکنیک

شناخت و بررسي تجهيزات توليدكننده هارمونيك مي تواند كمك موثري به شناخت اثرات نامطلوب و همچنين چگونگي مقابله با آنها و ضرورت حذف آنها نمايد تا سال هاي نه چندان دور تنها منابع ايجاد جريان هاي هارمونيكيدر سيستم قدرت، ترانسفورماتورهاي قدرت بودند كه در اثر گذر از نقطه كار زانوي مغناطيسي هسته بوجود مي آمدند. 
با پيشرفت علم الكترونيك و كاربرد المان هاي الكترونيكي در وسايل مختلف، سيستم هاي قدرت نيز شاهد ظهور بارهاي غيرخطي شده است . عناصر غيرخطي جزئي از مدارهاي الكتريكي مي باشد كه در آن ولتاژ متناسب با
جريان نمي باشد. به عنوان مثال دو مقاومت كه داراي
مشخصه I-V مطابق شكل(1 (هستند را در نظر بگيريد
يكي از مقاومت ها خطي و ديگري يك مقاومت غيرخطي
است، يعني اگر يك ولتاژ سينوسي به دو مقاومت اعمال
شود جريان در مقاومت غيرخطي تغيير شكل مي دهد اين
يك پديده اساسي در ايجاد هارمونيك ها در سيستم مي
باشد. البته عموما عناصر غيرخطي غير مقاومتي هستند.
بيشترين توليد هارمونيك در سيستم توزيع به علت وجود
بارهاي غيرخطي و يا تجهيزاتي است كه در آنها قطع و
وصل هاي مكرر و سريع انجام مي گيرد . هارمونيك ها در
اثر ايجاد اعوجاج در شكل موج سينوسي ولتاژ ايجاد 
مي شوند.تمامي بارهاي مولد هارمونيك مؤلفه اصلي جريان
را از شبكه گرفته و هارمونيك هايي را به شبكه تزريق 
مي كنند سپس اين هارمونيك ها در كل شبكه پخش 
مي شوند.هارمونيك هاي ناشي از بارهاي غيرخطي،
هارمونيك هاي دائمي هستند ولي منابعي نيز مانند
كليدزني، اتصال كوتاه و جريان هجومي ترانسفورماتورها
وجود دارند كه موجب بوجود آمدن جريان و هارمونيك
هاي گذرا در شبكه مي شوند .اين هارمونيك ها مدت زمان
كوتاهي در شبكه ظاهر شده و توسط مقاومت شبكه ميرا
مي شوند. بطوركلي سه دسته از عناصر غيرخطي وجود
دارند كه منابع اصلي ايجاد هارمونيك ها در سيستم هاي
توزيع به شمار مي روند: 
وسايل فرومغناطيسي مانند ترانسفورماتور ها، راكتورهاي
فوق اشباع، موتورها، ژنراتورها. مبدلهاي قدرت الكتريكي مانند مبدل هايDC/AC,AC/DC و درايورهاي با سرعت متغير،كوره هاي القايي، جبران كننده هاي استاتيكي وار (SVC (وغيره . 
تجهيـزات تخليـه اي ماننـد كـوره ذوب فلـزات يـا قـوس
الكتريكي،لامــپ فلورســنت،جيوه اي و ماشــين هــاي جوشكاري. 
البته در دسته بندي ديگري بارهاي غيرخطي را به چهار
گروه به صورت زير تقسيم بندي مي كنند: 
گروه 1: بارهاي غيرخطي با پالس هاي مجزا در هر سيكل
كه مربوط به وسايلي مانند تلويزيون، ويدئو،راديوپخش،
لامپهاي كم مصرف با بالاست الكترونيكي و سيستم كنترل
دور تك فاز مي باشد. اين شكل موج بسته به پهناي پالس
مي توانند داراي اعوجاج هارمونيكي كلي از 40 % به 
160 % باشند. 
گروه 2: بارهاي غيرخطي با موج هاي ذوزنقه اي يا نزديك
به موجب مربعي كه مربوط به يكسوكننده هاي تك فا ز با
اندوكتانس صاف كننده بالا، باطري شارژرها، سيستم هاي
كنترل دور موتورهاي سريع دسته اي از بالاست هاي
الكترونيكي با فيلتر مخصوص و بالاخره اينورتورهاي نوع
منبع جريان مي باشد. 
گروه 3: بارهاي غيرخطي با پالس در هر نيم سيكل كه
مربوط به سيستم هاي كنترل دور سه فاز بوده و اعوجاج
هارمونيكي كلي آنها به 100 % مي رسد كه با اتخاذ
تدابيري جهت حذف هارمونيك سوم با معرفي اندوكتانس
ورودي مي توان ميزان آنها را به 60 % كاهش داد. 
گروه 4: بارهاي غيرخطي با شكل موج سينوسي معوج
ناشي از وسايل فرومغناطيسي شامل ترانسفورماتورها و
موتورهاي الكتريكي و همچنين تجهيزات تخليه اي كه
اعوجا ج هارمونيكي كل جريان آنها تقريبا به 20 % 
مي رسد.
وجود چنين بارهايي در سيستم قدرت باعث شارش جريان
هارمونيكي و داراي اعوجاج به سيستم قدرت و ديگر اجزا
موجود در سيستم قدرت مي شود. 
خطي به سيستم قدرت و ديگر اجزاء موجود در سيستم 
بار غير خطي و موتور القايي بر روي يك باس قرار دارند ولي
بين آنها امپدانس وجود دارد.جريان داراي اعوجاج ناشي از
بار غير خطي با عبور از امپدانس واسط بين بار غير خطي و
موتور القايي افت ولتاژ غير سينوسي ايجاد مي كند.و به تبع
آن ولتاژ ورودي به موتور با وجود اين افت ولتاژ غير
سينوسي روي امپدانس واسط غير سينوسي و معوج مي
شود.