هارمونیک ها

تعداد بازدید: 749

هارمونیک چیست

هارمونیک‌ها، ولتاژ و جریان های الکتریکی هستند که در شبکه قدرت بر اثر نوعی از بارهای الکتریکی به وجود می‌آیند.

علت ایجاد هارمونیک

پیشرفت تکنولوژی در ساخت قطعات نیمه هادی (مثل دیود، تریستور یا SCR, IGBT, GTO و ...) باعث گردیده در انجام پروسه های اتوماتیک به جای استفاده از کنتاکتورها و رله ها از کنترل کننده های نیمه هادی استفاده شود. این قطعات در منابع تغذیه دایمی مورد استفاده در بیمارستان ها، بانک ها، مراکز حفاظتی و غیره نیز به وفور دیده می شوند.ویژگی اصلی این قطعات تغییر شکل و فرم جریان و تبدیل آن به موج هایی است که شکل سینوسی نداشته اما دارای تناوب می باشند. در جریان متناوب و عادی شبکه‌های قدرت، ولتاژ سینوسی در یک فرکانس خاص، معمولا ۵۰ یا ۶۰ هرتز است زمانی که یک بارالکتریکی خطی به سیستم متصل می‌شود، در این حالت جریان سینوسی با همان فرکانس ولتاژ شکل می‌گیرد.وقتی که یک بار غیر خطی مانند یکسوکننده‌ها به سیستم قدرت متصل می‌شود باعث به وجود آمدن جریانی می‌شوند که دقیقا سینوسی نیست.

در شکل زیر دو نمونه جریان را ملاحظه می فرمایید. جریا اول بدون اعوجاج و جریان دوم دارای اعوجاج می باشد. چنانچه مشاهده می گردد در صورت برابر بودن توان مصرفی در هر دو بار، جریان موثر در بار معوج به طور محسوسی بیشتر از بار صاف و بدون اعوجاج می باشد.و این به معنای اضافه بار و تلفات بیشتر می باشد.

محاسبه هارمونیک

محاسبات ریاضی (سری فوریه) ثابت کرده که هر موج متناوب از مجموعه ای از امواج سینوسی با فرکانس اصلی موج و مضارب آن تشکیل شده است. موج با فرکانس اصلی را موج اصلی و سایر امواج را با توجه به فرکانس آن ها ، هارمونیک می نامند. به عنوان مثال هارمونیک سوم، پنجم، هفتم و... به عبارت دیگر در یک شبکه با فرکانس 50 هرتز، هارمونیک سوم دارای فرکانس 150 و هارمونیک پنجم دارای فرکانس 250 هرتز خواهد بود.

شکل موج دارای اعوجاج، به تنهایی اطلاعاتی در مورد هارمونیک ها به دست نمی دهد. آنچه که طراح را در مورد آنالیز هارمونیک ها یاری می دهد نمودار طیف هارمونیک ها است. دستگاه های اندازه گیری معمولی قادر به اندازه گیری هارمونیک ها نیستند. اندازه گیری در سیستم های هارمونیک توسط دستگاه های True RMS قابل انجام است. همچنین اندازه گیری طیف فرکانس ها توسط متخصصین و با استفاده از دستگاه های پاورآنالایزر انجام می شود.

مجوع اعوجاج هارمونی THD

مهمترین پارامتر اندازه گیری هارمونیک ها در شبکه قدرت THD یا (Total Harmonic Disturtion) است. در حقیقت THD بیانگر نسبت مجموع هارمونیک ها به مقدار پارامتر در فرکانس اصلی است و طبق رابطه زیر بیان می شود

در رابطه فوق Vn مقدار موثر یا RMS هارمونیک nام و n = 1 فرکانس اصلی می باشد.

تولید کننده های هارمونیک

متداول ترین تولید کننده های هارمونیک که همان بارهای غیر خطی می باشند عبارتند از: 1-UPS2-کنترل کننده دور موتور AC 3- کنترل کننده موتور DC 4-مبدل فرکانس 5-دیمر روشنایی 6-اینورتر 7-شارژ باتری 8-کوره قوسی 9-دستگاه جوش قوسی 10-بالاست الکترونیکی 11-کوره القایی 12-منبع تغذیه سوئیچینگ

مشکلات ناشی از هارمونیک ها

بسته به نوع، تعداد و مقدار هارمونیک های تولید شده توسط بار، مشکلات عمومی ایجاد شده در شبکه عبارت است از: 1-گرم شدن بیش از حد هادی ها2-قوی وضعیف شدن نور لامپ های فلورسنت 3-خرابی خازن ها 4-گرم شدن و خرابی بیش از حد ترانسفورماتورها و موتورها 5-چشمک زدن لامپ های گازی 6-عمل کردن فیوزهای اتوماتیک 7-سوختن فیوز بدون دلیل ظاهری 8-تداخل در ارتباطات راه دور 9-تداخل خطوط تلفن 10-خرابی دستگاه های اندازه گیری 11-گرم شدن بیش از حد کلیدها 12-قفل کردن کامپیوترها امروزه بیشترین دغدغه الکتریکی صنعت، مقابله با هارمونیک ها و تبعات آن می باشد.