هارمونیک

[kuchuluuu]

با سلام به همه
می شه هارمونیک و تاثیرات آن در شبکه را واسم توضیح بدین؟
ممنون از همه

 

[masoud_2000]

سلام دوست عزیز اصولا در اکثر شرکت های برق فرض بر این است که شکل موج ولتاژ سینوسی تولید شده در نیروگاهها برق خیلی خوب و منظم می باشد. در حالیکه ولتاژ در خطوط انتقال عملا دارای درصدی اغتشاش می باشد. اما هر چه به بار نزدیک تر می شویم اغتشاش افزایش می یابد.
تعداد اغتشاش هایی که به صورت تصادفی باشد بسیار کم است و اکثر اغتشاشات به صورت تناوبی یا هارمونیکی هستند. این وضع باعث استفاده گسترده از عبارت هارمونیک برای تشریح اغتشاش در شکل موج شده است. در ادامه می بایست معنی هارمونیک را مشخص کنیم تا منظور از آن کاملا مشخص شود.

اغتشاش هارمونیکی
اغتشاش هارمونیکی توسط دستگاهای غیرخطی موجود در سیستم به وجود می آید. دستگاه غیر خطی دستگاهی است که جریانش متناسب با ولتاژ اعمال شده به آن نیست.
هر شکل موج مغشوش شده دارای تناوب را می توان به صورت مجموعه ای از سینوس ها بیان نمود. بدین معنی که هر شکل موجی که از یک سیکل به سیکل دیگر هم شکل و برابر باشد می توان توسط مجموعه ای از شکل موج های سینوسی نشان داده شود.
فرکانس هر یک از این شکل موجهای سینوسی عددی صحیح و مضربی از فرکانس موج اصلی می باشد. این موج ها هارمونیکهای فرکانس اصلی نامیده می شوند واین فرایند مبحثی مهم و شناخته شده یعنی سری فوریه می باشد.

در شکل موج هایی که نیم سکل مثبت و منفی هم شکل و برابر دارند در سری فوریه آنها فقط هارمونیکهای فرد وجود دارد. این موضوع باعث سهولت مطالعه سیسنم قدرت می شود جون وسایل برقی که تولید هارمونیک می کنند ، موج مثبت و منفی هم شکل و برابر هستند.
در حقیقت وجود هارمونیک های زوج اغلب نشانه اشتباهی است که امکان دارد مربوط به خطا در تجهیزات مصرف کننده باشد و یا این که مربوط به وسایل و تجهیزات اندازه گیری است. البته استثناء قابل توجهی وجود دارد که مربوط به یکسو کننده های نیم موج و همچنین کوره های قوس الکتریکی است که ایجاد جرقه در آنها به صورت تصدفی می باشد.

اگر همانطور که متعارف است سیستم قدرت را به عناصر سری و موازی تقسیم کنیم اکثر قریب به اتفاق غیر خطی بودن سیستم مربوط به عناصر موازی یعنی بار ها می باشد. امپدانس سری در سیستم که وظیفه آن ارسال قدرت است به صورت قابل ملاحظه ای خطی می باشد. همچنین در ترانسفور ماتور ها منبع هارمونیک ها مربوط به شاخه موازی در مدل T می باشد و امپدانس نشتی خطی است. بنابراین منابع اصلی اغتشاش هارمونیکی مصرف کننده ها هستند. البته این بدین معنی نیست که همه مصرف کننده ها اغتشاش هارمونیکی را می بینند خود منابع هارمونیک زا هستند بلکه عموما هارمونیک توسط برخی یا ترکیبی از بارها به وجود می آید.

عبارت هارمونیک به تنهایی نامفهوم است و نمی توان با آن به صورت قطعی مسئله ای را بررسی نمود. بارهای غیرخطی منابع جریان های هارمونیکی در مدارهای موازی هستند که باعث تزریق جریان های هارمونیکی به سیستم می شوند

و اغتشاش در ولتاژ در نتیجه عبور جریان های اغتشاش از امپدانس های سری و خطی مربوط به سیستم برق رسانی می باشد. گرچه در اینجا فرض بر آن است که شین منبع فقط شامل ولتاژ با فرکانس اصلی باشد ، عبور جریانهای هارمونیکی از امپدانس سیستم باعث افت ولتاژ برای هر هارمونیک خواهد شد. این باعث ظهور هارمونیک های ولتاژ در دو سر بار می شود.
مقدار اغتشاش ولتاژ بستگی به امپدانس و جریان دارد. مقدار جریان هارمونیکی که به وسیله بار تولید می شود تقریبا برای هر مقدار بار ثابت است.

از آنجایی که هارمونیک های جریان نهایتا باعث اغتشاش ولتاژ می شوند بیان این مطلب مهم است که بار هیچ گونه کنترلی روی اغتشاش ولتاژ ندارد.
یعنی با بار یکسان در دو مخل مختلف در سیستم قدرت مقادیر ولتاژ اغتشاش یافته متفاوتی به وجود می آید.

اکثر اوقات که عبارت هارمونیک به تنهایی استفاده می شود مربوط به دستگاهای بار می باشد و منظور گوینده جریانهای هارمونیکی است و اگر مربوط به سیستم توزیع باشد معمولا منظور ولتاژ است. برای حصول اطمینان لازم است حتما سوال شود.

و در آخر هم مقدار هارمونیک سیستم با عددی با نام THD که مخفف total harmonic distortion است که اصولا به درصد بیان میشود و یا با عددی با نام TDD که اغتشاش مصرف کل است بیان میشود.

 

[Unknown_S]

در تکمیل صحبت های دوست عزیزمون

هامونیک های زوج به دلیل تقارن در شکل موج ، همیشه صفر میباشد
هارمونیک های 3 و مضارب آن نیز به دلیل وجود اتصال مثلث در ترانسفورماتور های توزیع به دام افتاده و حذف میشوند
هامونیک های مراتب بالا هم با استفاده از *****های LPF حذف میشوند
تنها مشکل ما در سیستم های قدرت ، حذف هارمونیک های 5و7و11و13و... میباشد که مقدارشان قابل چشم پ.شی نیست!
با استفاده از ادوات الکترونیک قدرت میتوان برای این هامونیک ها نیز چاره ای اندیشید
موفق باشید

 

[masoud_2000]

هارمونیک های مضرب سه
هارمونیک های مضرب سه ضرائب فرد هارمونیک سه هستند ، آنها ویژگی خاصی دارند زیرا اغلب برای هارمونیک های مضرب سه اختلاف قابل ملاحظه ای نسبت به دیگر هارمونیک ها وجود دارد. مضرب سه ها موضوع مهمی برای سیستم های ستاره زمین شده که از سیم نول جریان عبور می کند هستند.
دو مشکل عمده وجود دارد یکی عبور جریان بار بیش از حد از نول و دیگری اعوجاج تلفنی.

سربندی سیم پیچ های ترانسفور ماتور که دارای بارهای غیر خطی تکفاز می باشد ، نقش مهمی در عبور جریان های هارمونیک مضرب سه دارد.


خوب حالا هارمونیک های گذرا

اعوجاج هارمونیکی تعداد زیادی از اغتشاشات برقی گذرا می باشد .
شکل موج های حالت گذرا دارای فرکانس بالا ، فقط در مدت کوتاه بعد از تغییرات ناگهانی در سیستم قدرت مشاهده می شود. این فرکانس ها ضرورتا هارمونیک نیستند و آنها به فرکانس طبیعی سیستم که در زمان قطع و وصل به وجود می آید بستگی دارند. این فرکانس ها به فرکانس اصلی سیستم ربطی ندارد.هارمونیک ها بنا به تعریف در حالت پایدار اتفاق می افتد و فرکانس آنها مضرب صحیحی از فرکانس اصلی می باشد. در اغتشاش که در شکل موج به وجود می آید حالت گذرا عموما بعد از چند ثانیه از بین می رود. حالت گذرا وابسته به تغییراتی که در سیستم رخ می دهد مثلا قطع بانک خازنی می باشد. هارمونیک ها وابسته به کار ممتد بار می باشد.
از مواردی که تفکیک آنها نامشخص است راه اندازی ترانسفورماتورها است که یک پدیده گذرا است و اغتشاش شکل موج قابل ملاحضه ای برای چند ثنایه به وجود می آید و از عوانل تحریک تشدید شناخته شده است.
بعدا هم انشاا.. اگه عمری بود درباره عوامل ایجاد هارمونیک و اثرات ان بیشتر مطلب میزارم

 

[Unknown_S]

مشاهده پیوست 05728116.pdf
THD Reduction in Performance of Multi-Level Inverter fed Induction Motor Drive

مقاله ای درباره کاهش ضریب کلی اعوجاج (هارمونیک) درباره درایو های موتورهای القائی

 

[masoud_2000]

(THD) و مقدار موثر

چندین نوع اندازه گیری معمولی برای نشان دادن حجم و اندازه هارمونیک یک شکل موج توسط یک عدد وجود دارد. یکیی از معمولی ترین آنها مجموع اغتشاش هارمونیکی می باشد که می توان آنرا برای ولتاژ یا جریان بدست آورد.
از آنجا که ولتاژ فقط چند درصدی تغییر می کند ، ولتاژ THD تقریبا همیشه عدد معنی داری خواهد بود. این حالت برای جریان وجود ندارد. یک جریان کوچک ممکن است دارای THD بزرگی باشد اما تهدید مهمی برای سیستم نخواهد بود. از آنجایی که بیشتر وسایل ثبت و اندازی گیری THD را بر اساس نمونه برداری حاضر گزارش می کنند ، استفاده کننده ممکن است به اشتباه جریان را خطرناک قلمداد کند. بعضی تحلیل گرها برای اجتناب از این مشکل THD را به فرکانس اصلی و جریان پیک تا به فرکانس اصلی نمونه خاص ارجاع می دهند. به این اغتشاش ، اغتشاش مصرف کل یا به کلام ساده TDD گفته می شود و بعنوان اساس برای راهنمایی در استاندارد 519-1992 IEEE به کار برده می شود.

اهم عوامل ایجاد هارمونیک

1.منابع برق تک فاز
بارهای مبدل های الکترونیک قدرت که دارای قابلیت تولید جریانهای هارمونیکی می باشند مهمترین نوع تشکیل دهنده بارهای غیر خطی در سیستم قدرت می باشند
2.مبدلهای قدرت سه فاز
فرق عمده مبدلها سه فاز با تک فاز در این است که آنها جریانهای هارمونیکی مضرب سه تولید نمی کنند. این مزیت بزرگی است زیرا هارمونیک های مضرب سه مهمترین جزء هارمونیک ها هستند
3.محرک های dc
4.محرکهای ac
5.دستگاههای جرقه ساز
این مربوط به کوره های القایی در دستگاههای جوشکاری ، لامپهای روشنایی با تخلیه الکتریکی با راه انداز و متعادل کننده مفناطیسی است.
مشخصه ولتاژ و جریان جرقه های الکتریکی غیر خطی می باشد. بعد از به وجود آمدن جرقه با افزایش جریان جرقه ، ولتاژ دو سر آن کاهش پیدا می کند ، افزایش این جریان فقط توسط امپدانس منبع تغذیه محدود می شود. این عمل باعث می شود که جرقه در قسمتی از سیکل به صورت مقاومت منفی ظاهر شود. در استفاده از لامپ فلورسنت ، امپدانس دیگری به نام امپدانس متعادل کننده ضروری به نظر می رسد تا اینکه جرقه پایدار شده و متناسب با ظرفیت لامپ محدودشود. بنابراین این نوع روشنایی دارای یک عنصر خارجی به نام امپدانس متعادل کننده می باشد. راه انداز و متعادل کننده مغناطیسی عموما به خودی خود منبع دیگری برای تولید هارمونیک می باشد ، البته منبع اصلی اغتشاش هارمونیکی رفتار جرقه می باشد
6.دستگاههای با قابلیت اشباع
این شامل تجهیزاتی مانند ترانسفورماتورها و دیگر وسایل الکترومغناطیسی که دارای هسته آهنی هستند از قبیل موتورها می باشد. هارمونیکها در نتیجه مشخصات غیر خطی مغناطیسی آهن به وجود می آیند.
ترانسفوماتورها طوری طراحی شده اند که در حالت عادی زیر نقطه خمیدگی و زیر منحنی اشباع مغناطیسی کار کنند ولی اگر به اشباع بروند هارمونیک زیادی تولید می کنند.
...

 

[masoud_2000]

اثرات اغتشاشات هارمونیکی

1.اثر هارمونیکها روی ترانسفورماتور
اغتشاش هارمونیکی جریان به همان اندازه اغتشاش هارمونیکی ولتاژ باعث گرمای اضافه در ترانسفورماتورها خواهند شد.
قاعده کلی ، در ترانسفورماتوری که اغتشاش هارمونیکی بیش از 5% می باشد کاهش هارمونیک در این ترانسفورماتور مطرح است.
موقعی که جریان بار شامل هارمونیک باشد سه عامل وجود دارد که باعث افزایش حرارت ترانسفورماتور است.

1. جریان موثر : اگر ترانسفورماتور فقط به اندازه KVA بار داشته باشد ، جریانهای هارمونیکی ممکن است باعث افزایش جریان موثری بیشتر مقدار ظرفیت آن شود. افزایش مقدار کل جریان موثر باعث افزایش تلفات در هادیها خواهد شد.
2. تلفات جریان سرگردان : این جریانها در ترانسفورماتور توسط فوران مغناطیسی القا شده به وجود می آید. این جریانهای القایی ار سیم پیچی ها عبور می نمایند ، از هسته عبور کرده ، همچنین از دیگر هادیهای بدنه متناسب با میدان مغناطیسی در اطراف آنها عبور می کنند و باعث حرارت بیشتری خواهند شد.این جزء از تلفات ترانسفورماتور با مربع فرکانس جریان که سبب جریانهای گردشی شده افزایش می یابد. بنابراین این یک جزء مهمی از تلفات ترانسفورماتور برای گرمای هارمونیکی می باشد.
3. تلفات هسته : افزایش در تلفات هسته با وجود هارمونیکها بستگی به اثر هارمونیکها روی ولتاژ به کار برده شده و طراحی هسته ترانسفورماتور دارد. ممکن است افزایش اغتشاش ولتاژی باعث افزایش جریانهای سرگردان در ورقه های هسته شود. اثر خالص آن بستگی به ضخامت وجنس ورقه ها دارد. عموما افزایش در تلفات هسته ناشی از هارمونیکها به اندازه دو عامل قبل نیست

البته حالتهایی هم وجود دارد که با ترانسی مواجه میشویم که مشکل هارمونیک ندارد اما بیش از حد گرم میشود که در اینجا بیان نمیکنیم .

2.اثرات هارمونیکی روی موتورها
موتورها به مقدار قابل ملاحظه ای توسط هارمونیکها اثر پذیر ند.
اغتشاش هارمونیکی ولتاژ در ترمینالهای موتورها به فوران هارمونیکی در داخل موتور تفسیر میشود. فورانهای هارمونیکی اثر مهمی روی گشتاور موتور ندارد ، اما موتور در فرکانسی متفاوت با فرکانس سنکرون روتور گردش می کند ، که اساسا باعث تولید جریانهای با فرکانس بالا در روتور می شود. اثر آن روی موتورها شبیه به جریان ترادف صفر در فرکانس اصلی است. فوران اضافی باعث تلفات بیشتری می شود. کاهش راندمان ، همراه با حرارت ، لرزش ، سر و صدا ، دلیل اغتشاش هارمونیکی می باشد.
اگر اغتشاش ولتاژ در حد استاندارد یعنی THD 5%. 3% برای هر هارمونیک به تنهایی باشد نیاز به کاهش ظرفیت موتور نیست.

هارمونیکها بر خازنها و دیگر المان های سیستم قدرت اثرگذارند اما مهمترین آنها ترانسها و موتورها هستند.
توجه کنید که مد نظر ما فقط سیستم قدرت است . البته که هارمونیک در بخش کنترل صنعت تاثیر فراوانی در صحت عملکرد ادوات کنترلی دارد.

اگه مساله ای هنوز هست سوال کن تا اونجایی که بتونم در خدمتم.