07-06-2020, 09:39 PM
هارمونیک چیست؟
به زبان ساده اگر جریان یا ولتاژ از فرم سینوسی خارج شود و یا در سیسنوسی کامل نباشد، دچار هارمونیک شده است.
هارمونیک از کجا به وجود می آید؟
منابع ایجاد هارمونیک ها هر بار غیر خطی میتواند باشد، بار غیر خطی باری است که شکل موج جریان آنها شبیه شکل موج ولتاژ شان نباشد که منبع اصلی آنها تجهیزات الکترونیکی یا کوره های القایی است.
تاثیرات ناخواسته هارمونیک :
افزایش مقدار موثر جریان ها
افزایش جریان گذرنده از نقطه صفر سیستم
اشباع ترانس
ایجاد اختلال در کارکرد تجهیزات جریان ضعیف
تریپ های ناخواسته
مهمترین منبع تولید هارمونیک در شبکه‌های قدرت امروزی حضور مبدل‌های الکترونیک قدرت می‌باشد
·[font=Times New Roman] [/font]کنترل کننده دور موتور(درایو)
·[font=Times New Roman] [/font]UPS
·[font=Times New Roman] [/font]مبدل فرکانس
·[font=Times New Roman] [/font]دیمر های روشنایی
·[font=Times New Roman] [/font]اینورتر ها
·[font=Times New Roman] [/font]شارژر باتری
·[font=Times New Roman] [/font]کوره های قوسی
·[font=Times New Roman] [/font]دستگاه جوش قوسی
·[font=Times New Roman] [/font]منبع تغذیه سوییچینگ
·[font=Times New Roman] [/font]کوره های القایی
با پیشرفت تکنولوژی در سال‌های اخیر استفاده از مبدل‌های الکترونیک قدرت نیز افزایش چشمگیری داشته است. در طی سال‌های اخیر پژوهشگران متوجه شده‌اند که اگر سیستم انتقال به گونه‌ای که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تامین نماید، طراحی گردد احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیک‌ها برای سیستم‌های قدرت بسیار کم خواهد بود. گرچه این هارمونیک‌ها سبب ایجاد اختلالاتی در سیستم‌های مخابراتی می‌شوند ولی اغلب در سیستم‌های قدرت مشکلات زمانی بروز می‌کنند که خازن‌های موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی می‌گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها، بسیار بیشتر از مقادیر معمول می‌شود که نیازمند ارائه راه حل می‌باشد.
اثرات مخرب هارمونیک
موارد زیادی در شبکه برق تحت تاثیر آثار هارمونیک قرار می‌گیرند به عنوان مثال؛ در یک موتور القایی گشتاور راه اندازی، جریان و حرارت مهمترین عواملی هستند که توسط هارمونیک‌ها تحت تاثیر قرار می‌گیرند. همچنین هارمونیک‌ها سبب ایجاد نوسان و اغتشاش در ماشین الکتریکی شده و می‌توانند در ولتاژ خروجی ژنراتورهای AC ظاهر شوند که درنهایت موجب ایجاد اعوجاج در شکل موج می‌گردند.
وجود جریان‌های هارمونیک در سیم بندی استاتور و روتور حتی هنگامی که تلفات پوستی ناچیز باشد موجب افت توان و افزایش تلفات می‌گردد و نیز به دلیل شار نابرابری که در روتور القا می‌کنند باعث افت گشتاور شده و از محدوده سرعت قابل استفاده موتور می‌کاهند.
هارمونیک‌ها موجب کاهش راندمان موتور نیز می‌گردند به عنوان مثال اگر راندمان در بار کامل در حالت عادی حدود 90% باشد تلفات ناشی از هارمونیک‌ها بین 10 تا 5/12 درصد کل تلفات بوده و راندمان موتور حدود 2 درصد افت خواهد داشت.
ترانس‌ها نیز به طرق مختلف تحت تاثیر هارمونیک‌ها قرار می‌گیرند. جریان‌های هارمونیک می‌توانند به طور جدی راندمان ترانس را کاهش دهند و موجب تلفات قابل ملاحظه‌ایدر ترانس گردند.
در ترانسفورماتور‌هایی که به عنوان جزئی از یک سیستم حفاظت به کار می‌روند جریان‌های هارمونیک می‌توانند موجب اعوجاج در شکل موج گشته و سبب تریپ مدار گردند.
در ترانس‌های سه فاز علاوه بر افت راندمان، هارمونیک‌ها از اتصال ستاره-ستاره عبور کرده و وارد سیستم قدرت می‌شوند که اثرات آنها بر سایر قسمت‌های شبکه مشهود خواهد بود.
هارمونیک‌ها مشکلات دیگری نیز ایجاد می‌کنند که بعضی از آنها عبارتند از:
خرابی بانک‌های خازنی به علت شکست عایقی یا افزایش بار.
تداخل هارمونیک‌ها با کنترل بار مصرف کننده‌ها ((Ripple control و سیستم PLC، این تداخل‌ها باعث عملکرد نادرست سیستم کنترل از راه دور و اندازه‌گیری می‌شوند.
اضافه ولتاژ و اضافه جریان در سیستم به علت رزونانس سیستم در هارمونیک‌های ولتاژ و جریان در شبکه.
شکست عایقی کابل‌ها در نتیجه اضافه ولتاژ ناشی از هارمونیک ها.
تداخل با سیستم‌های ارتباطی.
عملکرد نادرست رله‌ها بخصوص در سیستم کنترل، حفاظت استاتیکی و میکرو پروسسوری.
تداخل در کنترل کننده‌های موتورهای بزرگ و سیستم تحریک ژنراتورها.
عملکرد ناپایدار مدار آتش در کنترل کنندهایی که براساس مقدار ولتاژ صفر عمل می‌کنند.
مزایای فنی و اقتصادی كاهش هارمونیک ها:
كاهش تلفات تجهیزات الكتریكی و شبكه برقرسانی.
آزادسازی ظرفیت تجهیزات شبكه مانند موتورهای الكتریكی و ترانسفورماتورها.
افزایش طول عمر تجهیزات به‌دلیل كاهش تلفات و كاهش درجه حرارت.
كاهش احتمال رزونانس موازی و سری در شبكه.
افزایش راندمان موتورهای الكتریكی.
كاهش خطای عملكرد رله‌ها، تجهیزات كنترلی و حفاطتی شبكه ناشی از تاثیرات هارمونیكها.
كاهش خطای قرائت دستگاه‌های اندازه‌گیری و كنتورها و در نتیجه كاهش خطای مبالغ دریافتی از مشتركین.
عملكرد بهتر تجهیزات شبكه و مشتركین از جمله ماشین‌های الكتریكی به‌دلیل كاهش گشتاور مخالف به‌واسطه برخی از هارمونیک‌ها.
بهبود رضایت مشتركین به‌دلیل بهبود كیفیت توان.
به زبان ساده اگر جریان یا ولتاژ از فرم سینوسی خارج شود و یا در سیسنوسی کامل نباشد، دچار هارمونیک شده است.
هارمونیک از کجا به وجود می آید؟
منابع ایجاد هارمونیک ها هر بار غیر خطی میتواند باشد، بار غیر خطی باری است که شکل موج جریان آنها شبیه شکل موج ولتاژ شان نباشد که منبع اصلی آنها تجهیزات الکترونیکی یا کوره های القایی است.
تاثیرات ناخواسته هارمونیک :
افزایش مقدار موثر جریان ها
افزایش جریان گذرنده از نقطه صفر سیستم
اشباع ترانس
ایجاد اختلال در کارکرد تجهیزات جریان ضعیف
تریپ های ناخواسته
مهمترین منبع تولید هارمونیک در شبکه‌های قدرت امروزی حضور مبدل‌های الکترونیک قدرت می‌باشد
·[font=Times New Roman] [/font]کنترل کننده دور موتور(درایو)
·[font=Times New Roman] [/font]UPS
·[font=Times New Roman] [/font]مبدل فرکانس
·[font=Times New Roman] [/font]دیمر های روشنایی
·[font=Times New Roman] [/font]اینورتر ها
·[font=Times New Roman] [/font]شارژر باتری
·[font=Times New Roman] [/font]کوره های قوسی
·[font=Times New Roman] [/font]دستگاه جوش قوسی
·[font=Times New Roman] [/font]منبع تغذیه سوییچینگ
·[font=Times New Roman] [/font]کوره های القایی
با پیشرفت تکنولوژی در سال‌های اخیر استفاده از مبدل‌های الکترونیک قدرت نیز افزایش چشمگیری داشته است. در طی سال‌های اخیر پژوهشگران متوجه شده‌اند که اگر سیستم انتقال به گونه‌ای که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تامین نماید، طراحی گردد احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیک‌ها برای سیستم‌های قدرت بسیار کم خواهد بود. گرچه این هارمونیک‌ها سبب ایجاد اختلالاتی در سیستم‌های مخابراتی می‌شوند ولی اغلب در سیستم‌های قدرت مشکلات زمانی بروز می‌کنند که خازن‌های موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی می‌گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها، بسیار بیشتر از مقادیر معمول می‌شود که نیازمند ارائه راه حل می‌باشد.
اثرات مخرب هارمونیک
موارد زیادی در شبکه برق تحت تاثیر آثار هارمونیک قرار می‌گیرند به عنوان مثال؛ در یک موتور القایی گشتاور راه اندازی، جریان و حرارت مهمترین عواملی هستند که توسط هارمونیک‌ها تحت تاثیر قرار می‌گیرند. همچنین هارمونیک‌ها سبب ایجاد نوسان و اغتشاش در ماشین الکتریکی شده و می‌توانند در ولتاژ خروجی ژنراتورهای AC ظاهر شوند که درنهایت موجب ایجاد اعوجاج در شکل موج می‌گردند.
وجود جریان‌های هارمونیک در سیم بندی استاتور و روتور حتی هنگامی که تلفات پوستی ناچیز باشد موجب افت توان و افزایش تلفات می‌گردد و نیز به دلیل شار نابرابری که در روتور القا می‌کنند باعث افت گشتاور شده و از محدوده سرعت قابل استفاده موتور می‌کاهند.
هارمونیک‌ها موجب کاهش راندمان موتور نیز می‌گردند به عنوان مثال اگر راندمان در بار کامل در حالت عادی حدود 90% باشد تلفات ناشی از هارمونیک‌ها بین 10 تا 5/12 درصد کل تلفات بوده و راندمان موتور حدود 2 درصد افت خواهد داشت.
ترانس‌ها نیز به طرق مختلف تحت تاثیر هارمونیک‌ها قرار می‌گیرند. جریان‌های هارمونیک می‌توانند به طور جدی راندمان ترانس را کاهش دهند و موجب تلفات قابل ملاحظه‌ایدر ترانس گردند.
در ترانسفورماتور‌هایی که به عنوان جزئی از یک سیستم حفاظت به کار می‌روند جریان‌های هارمونیک می‌توانند موجب اعوجاج در شکل موج گشته و سبب تریپ مدار گردند.
در ترانس‌های سه فاز علاوه بر افت راندمان، هارمونیک‌ها از اتصال ستاره-ستاره عبور کرده و وارد سیستم قدرت می‌شوند که اثرات آنها بر سایر قسمت‌های شبکه مشهود خواهد بود.
هارمونیک‌ها مشکلات دیگری نیز ایجاد می‌کنند که بعضی از آنها عبارتند از:
خرابی بانک‌های خازنی به علت شکست عایقی یا افزایش بار.
تداخل هارمونیک‌ها با کنترل بار مصرف کننده‌ها ((Ripple control و سیستم PLC، این تداخل‌ها باعث عملکرد نادرست سیستم کنترل از راه دور و اندازه‌گیری می‌شوند.
اضافه ولتاژ و اضافه جریان در سیستم به علت رزونانس سیستم در هارمونیک‌های ولتاژ و جریان در شبکه.
شکست عایقی کابل‌ها در نتیجه اضافه ولتاژ ناشی از هارمونیک ها.
تداخل با سیستم‌های ارتباطی.
عملکرد نادرست رله‌ها بخصوص در سیستم کنترل، حفاظت استاتیکی و میکرو پروسسوری.
تداخل در کنترل کننده‌های موتورهای بزرگ و سیستم تحریک ژنراتورها.
عملکرد ناپایدار مدار آتش در کنترل کنندهایی که براساس مقدار ولتاژ صفر عمل می‌کنند.
مزایای فنی و اقتصادی كاهش هارمونیک ها:
كاهش تلفات تجهیزات الكتریكی و شبكه برقرسانی.
آزادسازی ظرفیت تجهیزات شبكه مانند موتورهای الكتریكی و ترانسفورماتورها.
افزایش طول عمر تجهیزات به‌دلیل كاهش تلفات و كاهش درجه حرارت.
كاهش احتمال رزونانس موازی و سری در شبكه.
افزایش راندمان موتورهای الكتریكی.
كاهش خطای عملكرد رله‌ها، تجهیزات كنترلی و حفاطتی شبكه ناشی از تاثیرات هارمونیكها.
كاهش خطای قرائت دستگاه‌های اندازه‌گیری و كنتورها و در نتیجه كاهش خطای مبالغ دریافتی از مشتركین.
عملكرد بهتر تجهیزات شبكه و مشتركین از جمله ماشین‌های الكتریكی به‌دلیل كاهش گشتاور مخالف به‌واسطه برخی از هارمونیک‌ها.
بهبود رضایت مشتركین به‌دلیل بهبود كیفیت توان.