اعوجاج هارمونیک: یکی از انواع خاص برق نامطلوب، اعوجاج هارمونیکی است. این اعوجاج اغلب در نتیجه استفاده گسترده از تجهیزات الکترونیکی مدرن است. در این معقوله می توان از درایو فرکانس متغیر VFD، منابغ تغذیه سوئیچینگ و سایر تجهیزات الکترونیکی قدرت با سوئیچینگ حالت جامد نام برد. البته هر نور بار غیرخطی در سیستم های الکتریکی، هم در داخل کارخانه ها و هم در کارخانه های مجاور، میتواند منشا تولید هارمونیک باشد.
هارمونیک چیست؟
هارمونیک، یک مولفه موج متناوب است که فرکانس آن ضریب صحیحی از فرکانس اصلی شبکه 60 یا 50 هرتز می باشد. به عنوان مثال، فرکانس 300 هرتز یعنی 5 ضرب در 60 که یک هارمونیک مرتبه پنجم از فرکانس اصلی محسوب می شود.
تصویر پایین، موج حاصل را هنگام ترکیب هارمونیک اصلی و مرتبه پنجم را نشان می دهد. نتیجه، اعوجاج هارمونیکی شکل موج توان است.
هارمونیک های جریان حاصل از بارهای 3 فاز غیرخطی
- این ها شامل هارمونیک های مرتبه بالا و فرد هستند که ضریب صحیحی از عدد 3 نیستند. این مرتبه ها شامل مرتبه پنجم، هفتم، یازدهم، سیزدهم و … می باشند مانند VFD.
هارمونیک های جریان حاصل از بارهای تک فاز غیرخطی
- این ها شامل هارمونیک های مرتبه سوم و مضرب های عدد 3 مانند سوم، نهم، پانزدهم و هارمونیک های دنباله صفر می باشند و معمولا با هارمونیک های فرد مرتبه بالاتر همراه هستند.
هارمونیک ها یک پدیده حالت پایدار (Steady-state) هستند و نباید با پدیده های کوتاه مدت که کمتر از چند سیکل طول می کشند، اشتباه گرفته شود. پدیده هایی مانند ترنزیت ها (Transients)، اغتشاشات الکتریکی (Electrical Disturbances)، افزایش شدید ولتاژ (Over-voltage Surges) و کاهش لحظه ای ولتاژ (Under-voltage sags) کوتاه مدت هستند که جهت رفع این مشکل می توان از محافظ های ولتاژ گذرا (Transient Voltage Surge Suppressors)، راکتورهای خطی (Line Reactors) و ترانسفورماتورهای ایزوله (Isolation Transformers) استفاده کرد.
اعوجاج هارمونیک کل (THD)
نشان دهنده مقدار انحراف شکل موج جریان یا ولتاژ از حالت سینوسی ایدهآل است، که ناشی از حضور مولفه های هارمونیکی با فرکانس های بالاتر می باشد. این پارامتر کل هارمونی ها را نشان می دهد ولی دامنه هر یک از مولفه ها را به طور مجزا مشخص نمی کند و معیاری برای اندازهگیری تشابه شکل موج و مولفه اصلی آن است.
سطوح بالای اعوجاج هارمونیکی نیز می تواند فشار و مشکلات عمده ای را برای شبکه توزیع برق نیروگاه، سیستم توزیع داخلی کارخانه و تمامی تجهیزاتی که از این سیستم تغذیه می شوند به وجود آورد. خاموشی ناگهانی تجهیزات و افزایش تنش حرارتی و الکتریکی از جمله پیامد های ناشی از سطوح بالای اعوجاج هارمونیکی می باشد.
مشکلات اعوجاج هارمونیک جریان
- خازن ها: سوختن فیوزها، کاهش عمر خازن ها
- موتورها: کاهش عمر موتور، ناتوانی در بارگیری کامل موتور
- فیوزها: عملکرد اشتباه، آسیب به اجزاء
- ترانسفورماتورها: افزایش تلفات مس، کاهش ظرفیت
مشکلات اعوجاج هارمونیک ولتاژ
- ترانسفورماتورها: افزایش صدا، احتمال خرابی عایق
- موتورها: خستگی مکانیکی
- بارهای الکترونیکی: سوء عملکرد
هارمونیک ها چگونه تولید می شوند؟
هارمونیک ها توسط بارهای غیر خطی تولید می شوند. تاکنون، اکثر بارهای کارخانه ای عمدتا خطی بودند، به طوری که شکل موج جریان آن ها کاملا با شکل موج ولتاژ سینوسی مطابقت داشت و متناسب با بار تغییر می کرد. اما اخیرا بارهای کارخانه ای با اجزای غیر خطی اصلی به طرز چشمگیری افزایش یافته اند.
بارخطی چیست؟
به بار الکتریکی ای گفته می شود که جریان مصرفی آن به صورت آنی و متناسب با ولتاژ اعمال شده تغییر می کند، به طوری که امپدانس آن در طول تمامی سیکل موج متناوب ثابت باقی می ماند. در شبکه های تغذیه عمومی با ولتاژ سینوسی استاندارد (فرکانس 50 یا 60 هرتز)، این نوع بار جریانی کاملا سینوسی و هم فاز (یا با اختلاف فاز ثابت) با ولتاژ ایجاد می کند.
بارهای مقاومتی، بارهای خازنی و بار های سلفی جزء این دسته از بارها محسوب می شوند.
بار غیرخطی چیست؟
باری است که جریان مصرفی آن با ولتاژ ورودی که دارای شکل موج سینوسی است، مطابقت ندارد و به صورت غیر سینوسی و پالسی جریان می کشد زیرا امپدانس خود را با ولتاژ لحظه ای اعمال شده تغییر می دهد. به عبارت دیگر این نوع بار رابطه ثابتی بین جریان و ولتاژ در طول دوره تناوب ندارد.
در جدول زیر نمونه هایی از دستگاه های خطی و غیر خطی را نشان می دهد.
همانطور که مشاهده می کنید در قسمت دستگاه های خطی می توان به برخی از موتورها، روشنایی های رشته ای و بار های گرمایشی اشاره کرد. در قسمت دستگاه های غیر خطی می توان به درایو های DC، درایوهای فرکانس متغیر، کنترل کننده های قابل برنامه ریزی (PLC)، کوره های القایی و UPS اشاره کرد.
منابع اصلی تولید هارمونیک های مضر:
- مبدل های الکترونیک قدرت (تبدیل برق ac به dc با استفاده از یکسو کننده ها، استفاده مستقیم از ولتاژ dc یا تبدیل مجدد آن به ac با فرکانس و شکل دلخواه، استفاده از قطعات نیمه هادی مانند SCR، دیود و ترانزیستور برای سوئیچینگ سریع)
- تجهیزات قوسی (مانند کوره های قوسی و دستگاه های قوسی)
چگونه می توان مشکلات هارمونیکی را از بین برد؟
در مواردی که هم اصلاح ضریب توان و هم کاهش اعوجاج هارمونیکی نیاز است (جهت جلوگیری از آسیب به تجهیزات) فیلترهای هارمونیک مطمئن ترین و اقتصادی ترین گزینه هستند.
فیلتر غیرفعال هارمونیک
این فیلترها در واقع ترکیبی از یک خازن اصلاح ضریب توان و یک راکتور آهنی سری هستند که به صورت زیر عمل می کنند.
- در فرکانس اصلی 60-50 هرتز، مثل یک خازن برای اصلاح ضریب توان عمل می کند.
- در فرکانس های هارمونیکی بالا، مانند یک سلف عمل کرده و مسیر امپدانس بالایی برای این فرکانس ها ایجاد می کند.
نتیجه گیری
اعوجاج هارمونیکی یکی از چالش های مهم در سیستم های برق صنعتی مدرن است که به دلیل استفاده از بارهای غیرخطی مانند درایو فرکانس متغیر، منابع تغذیه سوئیچینگ و تجهیزات الکترونیکی قدرت ایجاد می شود. این اعوجاج، شکل موج جریان و ولتاژ را از حالت ایدهآل سینوسی منحرف کرده و می تواند منجر به افزایش تلفات، کاهش طول عمر تجهیزات، عملکرد نادرست و حتی خاموشی ناگهانی سیستم ها می شود.
جهت مقابله با این مشکل، استفاده از فیلترهای هارمونیک به ویژه فیلترهای غیر فعال، راهکاری موثر و مقرون به صرفه است. این فیلتر ها ضمن اصلاح ضریب توان، از بروز تشدید هارمونیکی جلوگیری کرده و باعث کاهش اعوجاج در سیستم می شوند. انتخاب و نصب صحیح این تجهیزات، نقش کلیدی در افزایش بهرهوری، کاهش هزینه های نگهداری و تضمین پایداری سیستم برق صنعتی دارد.
شماره تماس و پیام رسان های پشتیبانی واحد فنی پتواز : 09045952007
سپاس از همراهی شما
واحد پشتیبانی فنی و خدمات پس از فروش
شرکت یکسوسازان توان پتواز
