پایان نامه بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روش های کاهش آن

پایان نامه تحصیلی دوره کارشناسی مهندسی برق (قدرت)

چکیده :

فصل اول: در این فصل به بررسی مقدماتی در مورد هارمونیک ها و کیفیت برق داشته و همچنین تعریفی از هارمونیک ارائه شده می نماید. در مورد بعضی از استانداردهای هارمونیکی نظیر THD و DIN نیز بحث می نماید.

فصل دوم: در مورد منابعی که هارمونیک ها را تولید می نمایند بحث می نمایند که هارمونیک ها می توانند از مصرف کننده های فشار ضعیف مانند کامپیوترها و لوازم خانگی باشند تا کوره های الکتریکی و مبدل های AC/DC بزرگ

فصل سوم: در مورد اثرات هارمونیک ها بر روی عملکرد تغییرات و دستگاهها می‌باشد و همچنین در مورد آثار مضر آنها بر روی خازنها، دامپرهای روشنایی، موتورها، ترانسها، رله ها و ... بحث می‌شود.

همچنین بحثی نیز در مورد توان هارمونیکی نیز خواهد داشت.

فصل چهارم: فصل نهائی این پروژه راه کارهای ممکن جهت حذف هارمونیک ها را ارائه می نماید که می توان از روشهای چند پالسه، فیلترهای فعال و غیر فعال و روش تزریق جریان نام برد.

مقدمه :

با پیشرفت تکنولوژی و استفاده روز افزون از تجهیزات با تکنولوژی بالا مانند کامپیوترها و کنترل کننده های برنامه پذیر منطقی ( PLC) که وابستگی بیشتری به انرژی الکتریکی و کیفیت آن دارند، دیگر تنها استفاده از انرژی الکتریکی مورد پذیرش نبوده، بلکه کیفیت و خصوصیات برق تحویلی نیز مهم است. از سوی دیگر گسترش روز افزون استفاده از تجهیزاتی مانند کنترل کننده های سرعت، محرکه های تغییر دهنده فرکانس و خازن هایی که برای اصلاح توان راکتیو به کار می روند، همگی موجب کاش کیفیت برق و ایجاد مشکلات متعدد برای تجهیزات الکترونیکی می شود. لذا با در نظر گرفتن افزایش حساسیت تجهیزات و استفاده روز افزون از تجهیزاتی که موجب کاهش کیفیت برق می شوند، مبحث کیفیت برق روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می گردد.

شبکه قدرت ایده ال شبکه ای است که در آن انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فرکانس ثابت و در سطوح ولتاژ مشخص از سوی نیروگاه ها به مراکز مصرف منتقل می شوند. اما در عمل وجود و تجهیزات با مشخصه غیر خطی و بخصوص ادوات الکترونیک قدرت در بخش های مختلف تولید، انتقال و مصرف انرژی الکتریکی، موجب پیدایش اعوجاجات هارمونیکی در شکل موج سینوسی جریان ولتاژ در شبکه قدرت می شود. این موضوع اهمیت آشنایی و مطالعه هارمونیک ها در شبکه قدرت را به عنوان یک شاخه جدید در مهندسی قدرت مطرح می نماید.

لذا در این پروژه سعی بر آن داشتم که از چگونگی تولید هارمونیک ها و اثرات آنها تا راه های کاهش هارمونیک ها مباحثی هر چند اندک بیان شود. امید بر آن است که حق مطلب ادا گردیده باشد.

فصل اول

شناخت و بررسی

(1-1) کلیات

یکی از مسائل و مشکلات کیفیت برق در سیستم های توزیع و انتقال، مسئله هارمونیک ها می باشد که توجه زیادی را به خود جلب نموده است به طوری که مطالب بسیاری را در این خصوص می توان در کتب و مقالات گوناگون جستجو نمود.

اعوجاجات هارمونیکی باعث ایجاد مشکلات خاصی در شبکه های قدرت می شوند. از جلمه این مشکلات می توان به عدم عملکرد مناسب تجهیزات و نیز کاهش عمر و پایان آمدن راندمان دستگاه ها اشاره نمود.

در چنین حالتی مطالعه هارمونیک ها و ارائه یکسری قوائد و مقررات اجتناب ناپذیر خواهد بود. محدد نمودن اعوجاج  هارمونیکی هم از نظر شرکتهای برق و هم از نظر مشترکین لازم می باشد. شرکتهای برق باید محدودیتهایی را ارائه نماید تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین، اعم از مشترکین خانگی و صنعتی جلوگیری شود. از طرف دیگر با توجه به اینکه ایجاد یک موج کاملاً سینوسی از طرف شرکتهای برق  نمی تواند تضمین شود، لذا مشترکین باید اعوجاج ها تولید شده توسط تجهیزات خود را محدود نمایند.

مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک ها مشکلات زیادتری از شرکت های برق را تحمل می کنند. مشترکین صنعتی که از محرک های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره‌های قوس الکتریکی، کوره های القایی و نظایر آن استفاده می کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج  هارمونیکی ضربه پذیر از بقیه مشترکین میباشند.

شرکتهای برق فرض می کنند که موج ولتاژ سینوسی تولید شده در مراکز تولید انرژی الکتریکی، بدون هارمونیک است. در اغلب اعوجاج ولتاژ در سیستم های انتقال کمتر از یک درصد است. به هر حال هر چه به سمت مشترکین نزدیک تر شویم، میزان اعوجاج هارمونیکی بیشتر خواهد شد از سوی دیگر در بعضی بارها، موج جریان، کاملاً از حالت سینوسی خارج شده و دارای اعوجاج زیادی می گردد.

با وجود اینکه در برخی مواقع اعوجاج در سیستم به صورت تصادفی است لیکن اغلب اعوجاج ها به صورت پریرودیک هستند بدین معنی که سیکل های متوالی تقریباً شبیه به هم بوده و ممکن است به آرامی تغییر کنند.

این مفهوم در اصل همان واژه هارمونیک را توصیف می کند. وقتی که استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین در مورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط شبکه های قدرت را برانگیخت. پیش بینی های مأیوس کننده ای از سرنوشت سیستمهای قدرت در صورت اجازه استفاده از این تجهیزات انجام گرفت.

در حالی که بعضی از این نگرانی ها احتمالاً بیش از آنچه اهمیت داشت مورد توجه قرار گرفت، لیکن بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد به دلیل پیگیری آنها روی این مسأله جدید می باشد. بررسی مسائل هارمونیک ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطه نظرات بسیاری را در خصوص کیفیت برق ایجاد نمود. به نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز هم مهمترین مسأله کیفیت برق می باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی، مغایر است.

 بنابراین در این خصوص با پدیده های ناآشنایی روبه رو می شویم که نیاز به ابزارهای پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تحلیل آنها دارد. در اینجا باید تمایزی بین مسأله هارمونیک ها و حالتهای گذرا قائل شد. در واقع به جای بسیاری از اعوجاج‌ها که گذرا هستند هارمونیک ها مورد مؤاخذه قرار می گیرند.

اندازه گیری هر پدیده ممکن است شکل موج اعوجاجی به فرکانس های بسیار بالا را نشان دهد. گر چه اعوجاج ها گذرا نیز شامل مؤلفه های فرکانس بالا می باشد، اما حالت های گذرا و هارمونیک ها پدیده های متمایزی بوده و به صورت متفاوتی بررسی و تحلیل می گردند.

حالتهای گذرا، دارای فرکانس های بالایی می باشند و تنها لحظه ای پس از یک تغییر ناگهانی در سیستم قدرت به وجود می آیند. این فرکانسها لزوماً فرکانس هارمونیکی نیستند و به عنوان مثال می توانند فرکانس طبیعی سیستم در لحظه کلید زنی باشند که ارتباطی با فرکانس مؤلفه  اصلی سیستم ندارد. طبق تعریف، هارمونیک ها در حالت ماندگار اتفاق می افتند و مضرب صحیحی از فرکانس مؤلفه اصلی می باشند.

موجهای اعوجاج یافته که دارای هارمونیک هستند، به طور پیوسته وجود داشته و یا حداقل برای چندین ثانیه باقی می مانند. گذرا ها معمولاً در طی چندین سیکل از بین می روند. حالت گذرا در ارتباط با یک تغییر در سیستم مانند کلید زنی خازن ها رخ می‌دهد، در حالی که هارمونیک‌ها همراه با عملکرد پیوسته بار به وجود می آیند. حالتی که این تمایز را از بین می برد برق دار کردن ترانسفورماتور است. این پدیده گذرا به شمار می آید ولی موج اعوجاجی قابل ملاحظه ای را به مدت چند ثانیه تولید می کند. می تواند موجب ایجاد تشدید در سیستم شود. اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستم های قدرت به شمار نمی‌رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از ادوار در شبکه های جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه‌های قبل نشان می دهد که مقالات مختلفی در رابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناخته شده، ترانسفورماتور ها بودند و اولین مشکل در سیستم‌های تلفن به وجود آمد. استفاده گروهی و به تعداد زیاد از لامپهای قوس الکتریک نیز به دلیل مؤلفه های هارمونیکی، خود توجهات بسیاری را برانگیخت ولی اهمیت هیچکدام از موارد فوق به اندازه اهمیت مسأله مبدل های الکترونیک قدرت در سالهای اخیر نبوده است. اعوجاج های هارمونیکی تولید شده در شبکه های قدرت منشأ داخلی دارند. برای مثال ژنراتورها، ترانسفورماتورها و تجهیزات تریستوری کنترل شده مانند پست های تبدیل که در سیستم های HVDC استفاده می‌شوند می‌توانند باعث ایجاد اعوجاج های هارمونیکی گردند. خوشبختانه در طی این سالها پژوهشگران متوجه شده‌اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد. به نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیکها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهد بود گر چه این هارمونیک ها می توانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستم های قدرت، مشکلات زمانی بروز می کنند که خازن های موجود در شبکه باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها، بسیار بیش از مقادیر معمول خواهد بود. امکان ایجاد ای مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف نیز وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم های صنعتی به دلیل درجه بالایی از تشدید رخ می دهد.

(1-2) اعوجاج هارمونیکی

اعوجاج هارمونیکی در شبکه  های قدرت ناشی از عناصر غیر خطی است. عنصر غیر خطی عنصری است که جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمی باشد. افزایش چند درصدی ولتاژ ممکن است باعث شود که جریان دو برابر شده و نیز شکل موج جریان فرم دیگری به خود بگیرد. این حالت، مورد ساده ای از تولید اعوجاج در سیستم قدرت می باشد.

همانطور که مشاهده می شود هر شکل موج اعوجاجی پریودیک را می توان به صورت جمع موجه ای سینوسی بیان نمود. یعنی هنگامی که شکل موج از یک سیکل به سیکل دیگر تغییر نکند، این موج را می توان به صورت جمع امواج سینوسی خالص که در آن فرکانس هر موج، ضریب صحیحی از فرکانس اصلی موج اعوجاجی است را نمایش داد.

این موجهای سینوسی که فرکانس آنها ضریب صحیحی از فرکانس اصلی می‌باشند را هارمونیک های مؤلفه اصلی می نامند. جمع این سینوسی ها به سری فوریه مربوط است، زیرا این مفهوم ریاضی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی مورد توجه قرار گرفت.

مزیت اصلی استفاده از سری فوریه در نمایش شکل موجهای هارمونیکی، سادگی به دست آوردن پاسخ سیستم به یک ورودی سینوسی است. همچنین در این حالت تکنیکهای معمولی حل شبکه در حالت ماندگار نیز قابل استفاده خواهد بود. در این روش، سیستم برای هر هارمونیک جداگانه بررسی شده و سپس خروجی ها در هر فرکانس ترکیب می گردند با پاسخ لازم یعنی شکل موج خروجی به دست آید.

وقتی که دو نیم سیکل مثبت و منفی یک موج شبیه یکدیگر باشند، سری فوریه فقط شامل هارمونیک های فرد است. این مطالب مطالعه روی هارمونیک ها را ساده تر می سازد، زیرا اغلب وسایل  هارمونیک زا در برابر هر دو نیم سیکل مثبت و منفی رفتار یکسانی را از خود نشان می دهند. در حقیقت وجود هارمونیک های زوج اغلب نشان دهنده اشکالی در سیستم است. این اشکال می تواند ناشی از بار و یا ترانسدیوسر (که برای اندازه گیری استفاده می شود) باشد. استثنائاتی در این مورد

مانند یکسو کننده های نیم موج و کوره های قوس الکتریک که در آن بروز قوس به صورت اتفاقی می باشد نیز وجود دارد.

معمولاً، دامنه هارمونیک های مرتبه بالا( بالاتر از 50 ام) در سیستم های قدرت ناچیز می باشند. البته این هارمونیک ها می توانند سبب اختلال در عملکرد وسایل الکتریکی قدرت پایین شوند، لیکن معمولاً آسیبی به سیستم های قدرت وارد نمی آورند.

اگر سیستم قدرت را به عناصر سری و موازی ( همچنانکه در عمل هستند) تقسیم کنیم، بخش عمده ای از عناصر غیر خطی در سیستم قدرت جزء عناصر موازی محسوب می شوند (بارها). امپدانس های سری در سیستم قدرت ( امپدانس اتصال کوتاه بین منبع و بار) معمولاً خطی می باشند. شاخه موازی ( امپدانس مغناطیس کننده ) در معادل ترانسفورماتور، منبع تولید هارمونیک می باشد. این جمله به این معنا نیست که تمام مشترکین که اعوجاج هارمونیکی بر آنها اعمال می شود. خود منبع تولید هارمونیک هستند بلکه باید گفت که اعوجاج هارمونیکی بعضی از مشترکین و یا از ترکیبی از آنها معمولاً می توانند عامل تولید هارمونیک باشد.

(1-3) اعوجاج ولتاژ و جریان

کلمه هارمونیک غالب بدون هیچگونه کلمه توصیفی دیگر و به تنهایی استفاده می شود. برای مثال، بسیار شنیده می شود که یک محرکه موتور با قابلیت تنظیم سرعت یا یک کوره القایی به دلیل وجود هارمونیک ها نمی توانند به شکل مناسبی کار کنند. چرا این مسأله پدید آمده است؟ جواب می تواند یکی از موارد زیر باشد:

هارمونیک ولتاژ آنقدر زیاد است که سیستم کنترل زاویه آتش به خوبی عمل نمی کند.

هارمونیک جریان زیادتر از ظرفیت بعضی از تجهیزات در شبکه تغذیه ( مانند ترانسفورماتور و موتور) است که باید در زیر قدرت نامی خود کار کنند.

 هارمونیک ولتاژ زیاد است زیرا هارمونیک جریانی ناشی از آن وسیله زیاد می باشد.

همچنانکه این موارد نشان می دهد دلایل و اثرات جداگانه ای برای ولتاژ و جریان و همچنین روی بعضی روابط بین این دو وجود دارد. بنابراین، واژه ها هارمونیک به تنهایی مبهم بوده و نمی توان به کمک آن به صورت دقیق یک مسئله را توصیف کرد.

بارهای غیر خطی، منبع تولید هارمونیک های جریان هستند و باعث تزریق این هارمونیک ها به شبکه قدرت می شوند. برای بیشتر مطالعات، کافی است که بارهای تولید کننده هارمونیک در سیستم را به صورت منبع جریان مدل سازی نمود. البته استثنائاتی در این زمینه وجود دارد که در ادامه توضیح داده خواهد شد. اعوجاج ولتاژ در اثر عبور جریان اعوجاجی از امپدانس سری و خطی سیستم انتقال می گردد.

گرچه در این جا فرض شده است که منبع فقط شامل ولتاژ با فرکانس اصلی است، لیکن جریان های هارمونیکی عبور کننده از امپدانس سیستم باعث ایجاد افت ولتاژ برای هر هارمونیک خواهد شد. و در نتیجه باعث ایجاد ولتاژ هارمونیکی در دو سربار می گردد. مقدار اعوجاج ولتاژ بستگی به امپدانس جریان دارد. با فرض این که اعوجاج شینه در حد قابل قبولی باقی بماند ( مثلاً کمتر از 5 درصد)، مقدار جریان هارمونیکی تولید شده توسط بار تقریباً برای هر سطح باری ثابت است.

در حالی که هارمونیک های جریان ایجاد شده توسط بار در نهایت باعث اعوجاج ولتاژ می گردند. لیکن باید اشاره نمود که بار هیچگونه کنترلی روی اعوجاج ولتاژ ندارد. یک بار یکسان در دو محل مختلف یک سیستم قدرت دو مقدار متفاوت اعوجاج ولتاژ ایجاد می کند. درک این حقیقت پایه ای برای تقسیم مسئولیت ها در کنترل هارمونیک ها خواهد بود. مقدار هارمونیک جریان تزریق شده به سیستم می بایستی در نقطه اتصال مشترک به شبکه کنترل گردد.

با فرض این که  هارمونیک جریان تزریقی در حد مجاز است، اعوجاج ولتاژ را می توان با کنترل بر روی امپدانس سیستم در حد مجاز قرار داد.

(1-4) مقادیر مؤثر و اعوجاج هارمونیکی کل

چندین معیار عددی برای نشان دادن مقادیر هارمونیک های یک موج وجود دارد. از معروف ترین آنها می توان به اعوجاج هارمونیکی کل (THD) که برای ولتاژ و جریان قابل محاسبه است اشاره نمود:

 رابطه (1-1)                                                        

 که در آن Mhمقدار مؤثر مؤلفه ها هارمونیکh  ام کمیت M می باشد. THD معیار اندازه گیری مقدار مؤثر مؤلفه هارمونیکی یک موج اعوجاجی است.

همانطور که می دانیم مقدار مؤثر کل یک موج (RMS) برابر با جمع مؤلفه های آن نمی باشد بلکه از مجموع جمع مربعات تک تک مؤلفه های آن موج به دست می آید.

THD را می توان توسط رابطه زیر به مقدار مؤثر شکل موج ارتباط داد:

(1-2)                          

THD کمیتی مفید برای بسیاری از کاربردها می باشد. ولیکن محدودیتهای آن را نیز باید مورد لحاظ قرار داد. این کمیت می تواند ایده خوبی از حرارت اضافی ایجاد شده در یک بار مقاومتی هنگامی که ولتاژ اعوجاجی به آن اعمال شده است ارائه دهد. همچنین می تواند نشانه ای برای تلفات اضافی ناشی از جریان عبوری از یک هادی باشد. ولی این کمیت نشانه خوبی از تنش ولتاژی بر خازن نیست زیرا این تنش با مقدار پیک شکل موج ولتاژ در ارتباط می باشد.

همانطوری که در رابطه 1-1 مشاهده شد، شاخص THD به صورت نسبت هارمونیک ها به مقدار مؤلفه اصلی تعریف گردید. اگر مؤلفه اصلی نداشته باشیم در نتیجه مقدار THD بی نهایت می شود. به عنوان مثال برای سیگنال  مقدار  خواهد بود. این شرایط زمانی پدید خواهد آمد که ولتاژ و جریان با فرکانس نامی شبکه به صورت الکترونیکی یا توسط کلید زنی زیر سنکرون و یا توسط اعوجاج ناشی از سیگنال های کنترل کننده که برای بهتر کردن استراتژی کلید زنی استفاده می شود مدوله شود. اگر در یک سیستم 50 هرتز از سیستم مدوله شده با پهنای پالس ( PWM) برای کنترل دور موتور القایی استفاده شود، ولتاژ استاتور موتور القایی دارای مؤلفه   خواهد بود که fmفرکانس پایین به اندازه 2/0 هرتز است. بنا بر این فرکانس 50 هرتز در شکل موج ولتاژ دیگری وجود ندارد.

به منظور جلوگیری از چنین مشکلی از شاخص دیگری استفاده می شود این شاخص اعوجاج هارمونیکی (DIN) نام دارد و به رابطه زیر تعریف می گردد:

رابطه (1-3)                                     

دو شاخص فوق با تعاریف زیر به یکدیگر مرتبط می شوند:

 رابطه ( 1-4)                                          

رابطه (1-5)                                        

در صورتی که مقدار اعوجاج هارمونیکی کم باشد از بسط سری تیلور  و  می توان استفاده نمود و روابط تقریبی زیر را به دست آورد.

رابطه (1-6)                                      

رابطه ( 1-7)                                    

در صورتی که اعوجاج کم باشد مقادیر THD و DIN با هم برابر هستند.

هارمونیک های ولتاژ همیشه در زمان نمونه برداری به مقادیر مؤلفه اصلی شکل موج ارجاع داده می‌شوند. چون ولتاژ فقط برای چند درصد تغییر می کند مقدار THD ولتاژ دارای مفهوم مهندسی می باشد ولی در مورد جریان این مورد صادق نیست. یک جریان کم ممکن است که THD بزرگی داشته باشد اما اشکال مهمی بر روی سیستم ایجاد نمی‌کند. با توجه به اینکه اغلب وسایل مانیتورینگ، مقدار THD را بر حسب نمونه های موجود محاسبه می کنند، در نتیجه ممکن است استفاده کنندگان نسبت به اینکه این جریان برای سیستم خطرناک است یا خیر دچار اشتباه می شوند. برخی از تحلیل‌گران سیستم، با استفاده از ارجاع به مقدار پیک دیمند جریان به مؤلفه اصلی نمونه های موجود، از این مشکل پرهیز می کنند. این کمیت به کل اعوجاج مصرفی یا TDD معروف می باشد.

(1-5) هارمونیک های مرتبه سه

نوع اتصال سیم پیچ ترانسفورماتورها تأثیر بسزایی در عبور جریان های هارمونیک مرتبه سه ناشی از بارهای غیر خطی تک فاز دارد.

در ترانسفورماتور با اتصال ستاره – مثلث جریان های هارمونیک مرتبه سه به طرف ستاره وارد می شوند. چون آنها هم فاز هستند در نقطه نوترال با یکدیگر جمع می‌شوند. به دلیل قانون تعادل آمپر دورها، در سیم پیچهای طرف مثلث جریان هارمونیک سوم به وجود می آید. ولی این جریان ها در داخل مثلث گرفتار شده و در جریان های خط ظاهر نمی شوند.

وقتی که جریان ها متعادل باشند، جریان های هارمونیک مرتبه سه دقیقاً مانند جریان های مؤلفه صفر رفتار می کنند. این نوع اتصال در اغلب ترانسفورماتورهای پستهای توزیع وجود داشته که در آنها طرف مثلث به فیدر تغذیه اتصال می یابد. از سوی دیگر با استفاده از سیم پیچی ستاره زمین شده در هر دو طرف ترانسفورماتور، هارمونیک مرتبه سه اجازه می یابد که بدون مانعی از طرف فشار ضعیف به فشار قوی منتقل شود. این هارمونیک ها در هر دو طرف با نسبت مساوی وجود دارند.

- ترانسفورماتورها، بخصوص اتصالات نوترال آنها در صورت تغذیه بارهای تک فاز در طرف ستاره در معرض اضافه حرارت خواهند بود ( به دلیل وجود مقدار زیادی هارمونیک سوم)

- با اندازه گیری جریان در طرف مثلث یک ترانسفورماتور نمی توان مؤلفه های هارمونیک سوم را به دست آورد. در نتیجه ایده صحیحی از مقدار گرمایی که ترانسفورماتور در معرض آن قرار می گیرد وجود نخواهد داشت.

 عبور جریان های هارمونیک مرتبه سوم را می توان با انتخاب اتصال مناسب ترانسفورماتور مسدود نمود ( قطع اتصال نوترال در یک یا دو طرف سیم بندی های ستاره یا استفاده از سیم پیچی مثلث).

قواعد مربوط به عبور جریان های هارمونیک سوم در ترانسفورماتورها فقط در مورد شرایط بار گذاری متعادل قابل اعمال هستند وقتی که فازها متعادل نیستند هارمونیک های مرتبه سوم حتی در هنگامی که انتظار وجود آنها نمی رود نیز ایجاد می شوند. حالت عادی برای هارمونیک های مرتبه سوم ممکن است که داری مؤلفه های توالی مثبت و منفی نیز باشند. یک مورد قابل توجه از این حالت وجود کوره قوس الکتریکی سه فاز می باشد. گرچه این کوره ها توسط اتصال مثلث تغذیه می شوند، لیکن وقتی که در حال کار کردن در حالت عدم تعادل هستند هارمونیک سوم زیادی را در جریان خط به وجود می آورند.

فصل دوم

منابع تولید هارمونیک‌ها

هارمونیک‌های ولتاژ و جریان سیستم قدرت، ناشی از مشخصه های غیر خطی بارهای خاصی از سیستم می باشند. در این فصل ابتدا آن دسته از منابع تولید هارمونیک‌

که در آنها از مبدل های استاتیکی AC/DC استفاده شده است، مورد بحث قرار خواهند گرفت. شایان ذکر است که مبدل های استاتیکی AC/DC بیشترین نقش را در تولید جریان های هارمونیکی و ایجاد اعوجاج در شکل موج های ولتاژ و جریان در شبکه های صنعتی و سیستم های انتقال و توزیع را بر عهده دارند.

پس از مبدل های استاتیکی، سایر منابع تولید کننده هارمونیک در این فصل معرفی شده و مورد تحلیل قرار گرفته اند.

(2-2) منابع تغذیه تک فاز

در حال حاضر بارهای تغذیه شده از طریق مبدل های الکترونیک قدرت مهمترین بارهای غیر خطی شبکه های قدرت را تشکیل می دهند. در دهه گذشته، پیشرفت در تکنولوژی نیمه هادی ها، انقلابی را در مبحث الکترونیک قدرت به وجود آورده است و نشانه های زیاد وجود دارد که این روند ادامه خواهد داشت. نیمه هادی ها در تجهیزاتی مانند محرکه های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، منابع تغذیه سوئیچینگ، راه اندازی موتورهای جریان مستقیم، شارژها، بالاستهای الکترونیک و بسیاری از یکسو کننده استفاده می شوند. از سوی دیگر، به دلیل استفاده از کامپیوترهای شخصی، درصد بارهایی که شامل المان های الکترونیک قدرت هستند به طور افزاینده ای در بخش های مختلف رشد یافته است. امروزه مهمترین نگرانی در ساختمانهای تجاری وجود تجهیزات الکترونیکی تک فازی است که اعوجاج های زیادی را در سیستم سیم کشی ایجاد می کنند. توان جریان مستقیم برای تجهیزات مدرن الکترونیکی و میکروپروسسوری مورد استفاده در این ساختمان ها از طریق یکسو کننده تمام موج دیودی تک فاز، تأمین می شود.

منابع تغذیه تک فاز به دو گروه عمده تقسیم می شوند. تکنولوژی قدیمی تر از کنترل ولتاژ در طرف متناوب ( مانند ترانسفورماتور) استفاده می کند تا ولتاژ را در سطح مورد نیاز طرف مستقیم کاهش دهد. در این حالت اندوکتانس ترانسفورماتور دارای این حسن جانبی است که شکل موج جریان ورودی را صاف تر نموده و هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهد.

در تکنولوژی جدیدتر، از منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می کنند. در این سیستم از تبدیل DC/DC برای ایجاد خروجی مطلوبتر استفاده می شود و در نتیجه تجهیزات مورد استفاده سبک تر خواهند بود. پل دیود ورودی به صورت مستقیم به خط AC متصل می شود در نتیجه نیازی به ترانسفورماتور نخواهد بود.

این حالت باعث ایجاد یک ولتاژ DC تنظیم شده در دو سرخازن می گردد. این ولتاژ DC سپس توسط یک سوئیچ کننده فرکانس بالا به حالت AC بر می گردد و بعد از آن دوباره یکسو می شود و کامپیوترهای شخصی، چاپگرها، دستگاه های کوپی و بسیاری از وسائل الکترونیکی تک فاز در حال حاضر از این منبع تغذیه استفاده می کنند.

مزیت اصلی این سیستم وزن کم، اندازه کوچک، راندمان بالا و عدم نیاز به ترانسفورماتور می باشد. این سیستم تغییرات شدید در ولتاژ ورودی را نیز تأمین می کند. از آنجایی که اندوکتانس بزرگی در طرف AC وجود ندارد، جریان ورودی منبع تغذیه، در هنگام شارژ خازن C1 به صورت پالس های کوتاهی در هر نیم سیکل در خواهد آمد. مشخصه تمایز منابع تغذیه سوئیچینگ، وجود هارمونیک‌ سوم بسیار بالا در جریان آنها است. چون هارمونیک‌های سوم جریان در نقطه نوترال با یکدیگر جمع می گردند لذا افزایش کاربرد این منبع تغذیه باعث اضافه بارد در هادی نوترال می گردد. این پدیده در مورد ساختمان های قدیمی که نوترال آنها کوچک انتخاب شده اند نگرانی بیشتری را به دنبال دارد. در صورتی که بار شامل تعداد زیادی از منابع تغذیه سوئیچینگ باشد گرم شدن ترانسفورماتور هانیز باید در نظر گرفته شود.

از این روش تغذیه در سیستم های روشنایی فلورسنت با بالاست الکترونیک نیز استفاده می شود. ایجاد ولتاژ خروجی کنترل شده با فرکانس بالا که توسط اینورترهای ترانزیستوری امکان پذیر شده است باعث افزایش راندمان فلورسنت ها شده است باعث افزایش راندمان فلورسنت شده و اجازه کنترل های پیچیده تری مانند کم و زیاد کردن نور را نیز خواهد داد. جریان های هارمونیکی توسط بسیاری از بالاست های الکترونیک مورد استفاده در منابع تغذیه کامپیوترها و دیگر تجهیزات الکترونیکی نیز تولید می شوند. افزایش تولید هارمونیک‌ ناشی از استفاده فراوان از روشنایی فلورسنتها بسیار مهم می باشد، زیرا این نوع روشنای برای 40 تا 60 درصد ساختمانهای اداری – تجاری استفاده می شود.

Abbreviated :

First Season : This Season to consider duelimi atie harmonics And quality electricity. AND in this manner definition of harmonic. Atie Some of astandards harmonic like THD and DIN.

Second Season : Atie source to beget harmonics.

This harmonic could agued high puessure like computers and house necessavies and electricity furnace and chinges AC/DC Third season: A tie effects harmonics upon revenue changes and contractions. In this Manner results harmful they light lamps and Motores and Transes and relaies.

Fourth Season: End season About way works possible defined side omission harmonics could of Manners several pals active fileers And Manners injection current.