شبکه ايده آل قدرت شبکه اي است که در آن انرژي الکتريکي به صورت ولتاژ و جريان سينوسي در فرکانس ثابت و در سطوح ولتاژ مشخص از سوي نيروگاه ها به سوي مراکز مصرف منتقل مي شود . اما در عمل ، وجود عناصر و تجهيزات با مشخصه غير خطي و به ويژه ادوات الکترونيک قدرت در بخش هاي مختلف توليد ، انتقال و مصرف انرژي الکتريکي ، موجب پيدايش اعوجاجات هارمونيکي در شکل موج سينوسي جريان و ولتاژ در شبکه قدرت مي شود . اين نوع اعوجاجات که در گستره فرکانسي 100 هرتز تا 3 کيلو هرتز قرار مي گيرند ، مي توانند به صورت هدايتي و يا القايي بر روي عملکرد صحيح تجهيزات الکتريکي و الکترونيکي مجاور ، اثرات سوء بگذارند . 

 

تجربه شهر هاتفورد آمريکا در سال 1893 ميلادي را مي توان به عنوان اولين مشکل اعوجاجات هارمونيکي ياد کرد که در آن مهندسين قدرت با مشکل گرم شدن بيش از حد يک موتور الکتريکي و آسيب ديدن عايق بندي آن مواجه شده بودند . لازم به ذکر است که اين موتور در کارخانه سازنده تست شده بود و به خوبي کار کرده بود و تنها تفاوت بين شرايط آزمايش در کارخانه و شهر هاتفورد يک خط انتقال 10 مايلي بود . به منظور پيدا کردن دليل اين مشکل ، تحليل هارمونيکي بر روي شکل موج هاي جريان و ولتاژ خط انتقالي که موتور را تغذيه مي کرد ، انجام گرفت . نتايج بدست آمده عامل گرم شدن موتور را تشديد ايجاد شده در خط انتقال ناشي از وجود هارمونيک ها تشخيص داد .

 

در سال 1895 ، شرکت هاي وستينگهاوس و جنرال الکتريک طرح هاي جديدي را براي ژنراتور ها معرفي کردند . آنان در طرح هاي خود از سيم پيچ هاي غير متمرکز ( گسترده ) در آرميچر استفاده کردند و به تبع آن شکل موج توليد شده توسط ژنراتور را بهبود بخشيدند و به اصطلاح سينوسي تر کردند . 

 

مشکل ديگر اعوجاجات هارمونيکي در شکل موج ژنراتورها مربوط به جريان بسيار زياد ژنراتورهايي بود که به صورت موازي نصب و مستقيماٌ زمين مي شدند .

 

مشکل ديگري که در تاريخچه ظهور اعجاجات هارمونيکي به چشم مي خورد " هماهنگي القايي " و يا همان " ضريب تداخل تلفني " (Telephone Interference Factor) مي باشد .

 

همچنين از اولين سال هايي که مشکلات اعوجاجي شناخته شد ، از خازن هاي شنت جهت بهبود ضريب توان در سيستم هاي الکتريکي استفاده مي شد . اکثر خازن هايي که در دهه هاي گذشته نصب شده اند بدون توجه به احتمال بروز تشديد نصب شده اند . امروزه بسياري از اين خازن ها به يک سلف سري مجهز و تبديل به يک ..... هارمونيکي تک تنظيمه ( Single Tuned ) شده اند .

 

اکثر اعوجاج هاي ايجاد شده در شکل موج هاي ولتاژ و جريان شبکه قدرت ، ناشي از بارهايي هستند که داراي مشخصه غير خطي بوده يا در آنها از عناصر الکترونيک قدرت استفاده شده است . پيشرفت سريع نيمه هادي هاي قدرت ، انقلابي را در کنترل فرايند هاي صنعتي و تبديل انرژي بوجود آورده است . نيمه هادي ها در مدارهاي راه اندازي و کنترل موتورهاي جريان مستقيم و متناوب ، جوشکاري ، کوره هاي الکتريکي ، مولد هاي برق بدون وقفه (UPS ) ، لوازم خانگي و سيستم هاي کنترل مورد استفاده قرار مي گيرند . 

 

البته بايد به مسئله صرفه جويي در مصرف انرژي که با استفاده از اين درايور هاي موتور ها به دست مي آيد نيز توجه کرد . بطور مثال در سال 1997 در آلمان تنها 5% از موتور هاي صنعتي به کمک درايور هاي با سرعت متغير راه اندازي مي شد ، طي محاسباتي که در آن زمان صورت گرفت اگر اين ميزان تنها به 35% مي رسيد انرژي اي معادل 16 ميليون مگا وات ساعت صرفه جويي مي شد که معادل توليد انرژي 7 نيروگاه حرارتي است . صرفه جويي اين ميزان از انرژي علاوه بر صرفه اقتصادي از لحاظ زيست محيطي نيز نقش بسزايي دارد چرا که از توليد سالانه حدود 11 ميليون تن گاز 2CO توسط نيروگاه هاي برق جلوگيري مي کند . مثال هاي عملي زير مي تواند بهتر اين امر را روشن کند و لزوم استفاده از عناصر الکترونيک قدرت را ثابت کند :

 

 

بنا براين استفاده از اين گونه تجهيزات واضح مي باشد و بايد راههايي براي جلوگيري از نفوذ هارمونيک هاي توليدي آنها به شبکه يافت .

 

از آن جهت که نيمه هادي هاي قدرت در هر نقطه از شکل موج ولتاژ به ناگهان روشن يا خاموش مي شوند ، حالت هاي گذرا با فرکانس نوسان بالا و دامنه ميرا شونده پديد مي آورند . اگر در هر پريود اين عمل کليد زني در نقطه مشابهي انجام شود ، حالت گذرا شکلي متناوب به خود مي گيرد . چنين سيگنال هايي را مي توان با استفاده از بسط فوريه ، بصورت مجموعي از امواج سينوسي بيان نمود که به " هارمونيک هاي شبکه قدرت " موسومند و فرکانس آنها مضرب صحيحي از فرکانس قدرت مي باشد . اگر اثر سلف ها و خازن هاي شبکه را نيز مد نظر قرار دهيم ، اهميت اعوجاجات هارمونيکي دوچندان خواهد شد . در حقيقت چون سيگنال اعوجاج يافته داراي مولفه هايي با فرکانس هاي متفاوت مي باشد ، ممکن است در يکي از اين فرکانس ها بين يکي از خازن ها و سلف معادل شبکه تشديد بوجود آيد که به طبع آن دامنه هارمونيک مربوط به فرکانس تشديد افزايش خواهد يافت.

 

 

 

-2-3منابع توليد هارمونيک ها را مي توان به دو گروه " منابع غير وابسته به عناصر غير هادي " و " منابع وابسته به عناصر نيمه هادي " تقسيم نمود .

 

برخي از اين منابع از قرار زير مي باشند :

 

 

 

-1-2-3مبدل هاي AC/DC:

 

شايان به ذکر است که مبدل هاي AC/DC بيشترين نقش را در توليد جريان هاي هارمونيکي و ايجاد اعوجاج در شکل موج ولتاژ و جريان در شبکه هاي صنعتی و سيستم هاي انتقال و توزيع بر عهده دارند . 

 

مبدل هاي تايرستوري سه فاز شش پالسه از اساسي ترين تجهيزات يک سيستم انتقال الکتريکي جريان مستقيم ولتاژ بالا (HVDC) هستند . اين مبدل ها به دليل خواص غير خطي نهفته در روشن و خاموش شدن تايريستورها توليد جريان هاي هارمونيکي مي کنند که اغلب اين جريان ها باعث بروز مشکلات جدي در بهره برداري از سيستم مي شوند .

 

مبدل هاي استاتيکي AC/DC امروزه در تجهيزات صنعتي نيز کاربرد رو به افزايشي دارند .در حقيقت اين مبدل ها با بهره گيري از تکنولوژي مدرن نيمه هادي ها ، نسبت به ساير محرکه هاي مرسوم داراي راندمان بيشتر ، کنترل سرعت بهتر و نياز کمتر به نگهداري و تعميرات مي باشند . در آغاز ، افزودن يک مبدل استاتيکي کوچک به شبکه بزرگ فقط باعث ايجاد مقدار ناچيزي اعوجاج هارمونيکي در شبکه مربوطه مي شد اما امروزه اهميت بررسي هارمونيکي براي هر سيستم قدرت برابر اهميت بررسي سطح اتصال کوتاه و اضافه ولتاژ در آن سيستم مي باشد .

 

هر مبدل استاتيکي ، جريان سمت DC را بين سه فاز سيستم AC سوييچ مي کند .اگر جريان سمت DC ثابت در نظر گرفته شود ، شکل موج جريان در سمت AC که در غياب مبدل بصورت سينوسي است ، تبديل به موج پله اي مي گردد .با بهره گيري از تحليل فوريه مي توان نشان داد که در حالت ايده آل ، هارمونيک هايي با مرتبه و دامنه زير توسط مبدل استاتيکي شش پالسه توليد مي شوند .

 

اين هارمونيک ها تحت عنوان هارمونيک هاي مشخص (Characteristic Harmonics) تعريف مي شوند . البته وجود شرايط غير ايده آل باعث ايجاد هارمونيک هايي با مرتبه غير از 6k±1 مي شوند که به هارمونيک هاي نا مشخص معروف هستند .

 

 

 

عوامل مؤثر در توليد هارمونيک هاي غير مشخص :

 

در شرايط واقعي عوامل مختلفي هستند که مي توانند عملکرد مبدل را از وضعيت ايده آل خارج نمايند . اين عوامل عبارتند از :

 

• عدم برابري دامنه ولتاژهاي سه فاز

 

• عدم برابري اختلاف فاز بين ولتاژهاي سه فاز

 

• عدم تقارن در ارسال پالس هاي آتش تايريستورها

 

• صاف نبودن جريان در سمت DC مبدل

 

 

 

-2-2-3کوره هاي الکتريکي:

در عمل به دليل متغير بودن طول قوس الکتريکي حين عمل ذوب ، هارمونيک هايي که توسط کوره هاي ذوب قراضه (Scrap MetalFurnace) و گرم کننده (LadleFurnace) توليد مي گردند به طور پيوسته در حال تغيير هستند . مقدار توليد هارمونيک وابسته به نوع کوره مي باشد . هارمونيک غالب توليد شده در اين کوره ها ، هارمونيک سوم مي باشد .در ضمن اعوجاج کلي هارمونيکي(Total harmonicDistortion) توليد شده توسط اين کوره ها بخصوص هنگامي که الکترودهاي آنها در ابتداي کار داخل قراضه قرار مي گيرند به شدت نامنظم و غير قابل پيش بيني است .از طرف ديگر ، هارمونيک هاي غالب در کوره هاي گرم کننده هارمونيک هاي سوم و پنجم مي باشند .از آنجا که در اين کوره ها حمامي از فلز مذاب تشکيل شده است ، اعوجاج کلي آنها منظم و با ثبات تر است . جرقه هاي نا منظم در کوره ها باعث مي شود تا هدايت جريان در نيم سيکل مثبت و منفي يکسان نباشد و همين امر باعث مي گردد تا در شبکه قدرت متصل به کوره هاي الکتريکي نيز آلودگي هارمونيکي وجود داشته باشد .

 

 

 

 

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: