مقالات

هارمونیک چیست ؟

Posted On شهریور ۱۹, ۱۳۹۵ at ۷:۲۴ ب.ظ by / No Comments

۳-۲- هارمونیکها

۱-۳-۲- مقدمه

بروز هارمونیک در سیستمهای برق اولین پیامد عناصر غیرخطی در شبکه است. به‎‎‎خاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیرخطی در سیستم‎‎های برق، مانند راه‎‎اندازها (درایورهای تنظیم سرعت) و مبدل‎‎های الکترونیکی قدرت، مقدار هارمونیک شکل موج جریان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع کاملاً مشخص است.

بررسی مسائل هارمونیک‎‎ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطه ‎‎نظرات متعددی درمورد کیفیت برق بود. به ‎‎نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز مهمترین مسئلـه کیفیت برق می‎‎باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستمهای قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایر است. بنابراین مهندس برق با پدیده‎‎های ناآشنایی روبرو می‎‎شود که نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آنها دارد. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی می‎‎تواند دشوار باشد، ولی خوشبختانه همه سیستم قدرت دارای مشکل هارمونیکی نیست و فقط درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستمهای توزیع تحت‎‎تأثیر عوامل ناشی از هارمونیک‎‎ها قرار می‎‎گیرند. مشترکین برق در صورت وجود هارمونیکها مشکلات زیادتری از شرکتهای برق را تحمل میکنند. مشترکین صنعتی که از محرکه‎‎های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره‎‎های قوس الکتریکی، کوره‎‎های القایی، یکسوکننده‎‎ها ، اینورترها، دستگاه‎‎های جوش و نظایر آن استفاده می‎‎کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربه‎‎پذیرتر از بقیه مشترکین میباشند.

اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستمهای قدرت به شمار نمیرود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دورهها درسیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهههای قبل نشان میدهد که مقالات مختلفی در رابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولین مشکل نیز در سیستمهای تلفن پدید آمد. استفاده گروهی از لامپهای قوس الکتریک به‎‎‎دلیل مؤلفههای هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدلهای الکترونیک قدرت در سالهای اخیر نبوده است.

خوشبختانه در طی این سال ها پژوهشگران متوجه شده اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد، به‎‎نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیکها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهدبود، گرچه این هارمونیکها میتوانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستمهای قدرت مشکلات زمانی بروز میکنند که خازنهای موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاجات، بسیار بیش از مقادیر معمول میگردند. امکان ایجاد این مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستمهای صنعتی بهدلیل درجه زیادی از تشدید رخ میدهد.

سطوح هارمونیک های جریان و ولتاژ در سیستم توزیع دائم در حال افزایش اند، یک دلیل مهم اشاعه وسائلی است که تولید هارمونیک می نمایند. وسایل کنترل کننده تریستوری مثال نمونه ایست که در سطوح قدرت صنعتی، تجاری و خانگی در حد وسیعی مورد استفاده پیدا نموده، این وسایل برای کنترل ولتاژ، سرعت تغییر فرکانس و مدل قدرت بکار برده می شوند و عموماً به سبب قیمت پائین تر، بازده بیشتر و نگهداری ساده تر جایگزین دیگر وسایل شده اند. دلیل دیگر افزایش هارمونیک ها، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور های توزیع است که کاربرد پذیری آنها عملاً بیشتر و بیشتر می شود. دلیل سوم استفاده از خازن های شنت را می توان نام برد، خازن ها در هیچ شرایطی تولید هارمونیک نمی نمایند.اما نصب خازن های تصحیح کننده ضریب قدرت مسائل پتانسیلی را افزایش و حضور آنها در مدار القائی اساساً امکان حلقه های شبکه را برای رزونانس محلی ، عمومی یا بزرگ سازی هارمونیک مهیا می سازد.

تمایل بسوی ظرفیت بیشتر و ولتاژ بالاتر سیستم های توزیع در سطوح هارمونیک اثر خواهد گذاشت، پوشش های وسیع سیستم ها همراه با تمایل بسوی حلقه های شبکه طویل تر مدار تلفن موجب رویاروئی با مسائل تداخل القایی اضافی را میسر خواهد ساخت. آمیختن بارهای مسکونی، تجاری و صنعتی به درجه زیاد روی همان فیدرها امکان تداخل القائی اضافی را مطرح خواهد نمود. با تغذیه کابورترهای قدرت با ظرفیت بالاتر از این فیدرها در نتیجه مقدار بیشتر منابع و جریان هارمونیک از شبکه نیرو کشیده خواهد شد.

بانک های خازن تصحیح کننده ضریب قدرت به تعداد زیادتر یا در اندازه بزرگتر منجر به ترکیبات بیشتر پارامترهای مدار برای تولید حلقه های رزنانس می شوند، ایستگاه های کششی قدرت (مانند مترو، ترامرا) برای ترانزیت سریع از سیستم های توزیع تغذیه شده، بعلت آمیختن با بارهای تجاری و مسکونی عموماً سطوح هارمونیک محیطی را افزایش می دهند.

بیشتر صنایع آلومینیوم و کلر در فرآیند تولیدات خود از سیستم های dc استفاده می نمایند. این تأسیسات هارمونیک بالا را تولید می کنند. خلاصه آنکه کوچکترین تردیدی باقی نمی گذارد که هارمونیک ها بدون کنترل در سیستم در حال افزایش و توسعه می باشند.در این قسمت سعی شده ضمن شناسائی منابع هارمونیک بصورت فشرده، اثرات زیان آور آنها روی دستگاه ها و روشهای کنترل تقلیل نیز اشاره گردد.

۲-۳-۲- علت ایجاد اعوجاج هارمونیکی:

اعوجاج هارمونیکی در سیستمهای قدرت ناشی از عناصر غیرخطی میباشد. عنصر غیرخطی عنصری است که جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمیباشد افزایش چند درصدی ولتاژ ممکن است باعث شود که جریان دوبرابر شده و نیز موج جریان شکل دیگری به خود بگیرد. این مورد ساده ای از منبع تولید اعوجاج در سیستم قدرت میباشد.

هر شکل موج اعوجاجی پریودیک را میتوان به صورت جمع موجهای سینوسی بیان نمود. یعنی وقتی که شکل موج از یک سیکل به سیکل دیگر تغییر نکند، این موج را میتوان به صورت جمع امواج سینوسی خالص که درآن فرکانس هر موج سینوسی، مضرب صحیحی از فرکانس اصلی موج اعوجاجی است نمایش داد. این موجهای سینوسی که فرکانس آنها ضریب صحیحی از فرکانس اصلی میباشند، هارمونیکهای مؤلفه اصلی گویند. جمع این موجهای سینوسی به سری فوریه معروف است این مفهوم ریاضی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی مورد توجه قرار گرفت.

۳-۳-۲ منابع هارمونیک:

پیدایش عناصر نیمه هادی و المان‎‎های غیرخطی نظیر دیود ، تریستور و … و استفاده فراوان از آنها در شبکه‎‎های قدرت عامل جدیدی برای ایجاد هارمونیک در سیستمهای قدرت بهوجود آورد. کاربرد این عناصر را میتوان در تجهیزات و سیستمهای قدرت زیر دید:

- کورههای قوس الکتریکی و القایی

- یکسوکننده‎‎ها و مبدل‎‎های الکترونیک قدرت
- تجهیزات مورد استفاده در کنترل‎‎کنندههای سرعت ماشینهای الکتریکی
- کاربرد SVC بعنوان ابزار مهمی درکنترل توان راکتیو
- بارهای غیرخطی شامل دستگاه‎‎های جوشکاری
- جریان مغناطیسی ترانسفورماتور
از سوی دیگر عوامل زیر را نیز میتوان به عنوان تولیدکننده هارمونیک در نظر گرفت:

- تولید شکل موج غیر سینوسی توسط ماشینهای سنکرون ناشی از وجود شیارها و عدم توزیع یکنواخت سیم‎‎پیچیهای استاتور

- توزیع غیر سینوسی فوران مغناطیسی در ماشینهای سنکرون

همچنین صنایع زیر را میتوان از جمله عوامل تولید هارمونیک در شبکههای الکتریکی محسوب نمود:
- صنایع شامل مجتمعهای شیمیایی و پتروشیمی و نیز صنایع ذوب آلومینیم که از یکسوکنندههای پرقدرت برای تولید برق DC مورد نیـاز انجام فرآیندهای شیمیـائی و ذوب آلومینیـم استفـاده میکنند. با توجـه به قـدرت بالا، این یکسـوکنندهها هارمونیک قابل ملاحظهای در شبکه قدرت به وجود میآورند.

استفاده از سیستمهای الکترونیک قدرت در سیستم حمل و نقل برقی مانند اتوبوس برقی و متروها باعث میشود سطوح زیادی از هارمونیک به سیستم توزیع تزریق شود.

بارهای غیرخطی مانند کورههای قوس الکتریکی که در صنایع ذوب‎‎آهن استفاده میشود از عوامل تولید هارمونیک در مقیاس بزرگ میباشند.

چشم انسان نه تنها به تغییرات ولتاژ حساس است بلکه به فرکانس این تغییرات نیز حساس می باشد.

عوامل تولید و مشترکین تولید کننده فلیکر:

- سوئیچ کردن سریع بارهای بزرگ (مانند پرسهای اتوماتیک)

- راه اندازی موتورهای با توان بالا (خصوصاً با کارکرد پریودیک)

- بارهای نوسانی (مانند کوره های الکتریکی کنترل شده توان بالا)

- تجهیزات جوشکاری

- کوره های قوس الکتریکی

ماشین های گردنده:

در ماشینهای القایی مهم ترین هارمونیک ها عمدتاً بدلیل تغییر در مقاومت مغناطیسی ایجاد شده بواسطه شیارها در روتور استاتور تولید می شوند. تولید هارمونیک در ماشینهای سنکرون بستگی به عواملی چون تحریک (اشباع در مدار اصلی، مسیر نشتی و فضای نامتقارن سیم پیچی مستهلک کننده دارد.

کانورترهای کابردی حذف کامل ترتیب های پائین تر هارمونیک را نشان نمی دهند، زیرا مدار ترانسفورماتور و نامتعادلی در آتش تریستور وجود داشته که در ملاحظات تئوریکی طرحهای اصلاحی در نظر گرفته نمی شود، به عنوان مثال نمونه، مقدار هارمونیک های پنجم و هفتم در کانورتر ۱۲ پالس در واقع ۱۵ تا ۲۰ درصد مقادیر نشان داده شده برای کانورتر ۶ پالسه است.

۴-۳-۲- اثرات هارمونیک ها:

اثرات هارمونیک ها در دو سطح قابل بررسی است، نخست دستگاه و تأسیسات، سپس در کنترل، حفاظت و اندازه گیری. در حالت نخست نتایج نسبتاً بالای هارمونیک های ولتاژ و جریان موجب ایجاد هارمونیک می گردد.

زیان، خسارت و معیوب شدن دستگاه ها یا تلفات بالای غیر قابل قبول انرژی میگردد، حالت دوم شامل تداخل سیستم های مصرفی حفاظتی و کنترل، و تنزل در دقت سیستم های اندازه گیری می شود.

۵-۳-۲- دستگاه ها و تأسیسات

الف) بانک های خازن:

اثرات هارمونیک ها روی خازن ها، تلفات اضافی و حرارت را موجب می گردد همچنین نسبت فازی نامطلوب بین هارمونیک ها و ولتاژ اعمال شده به خازن ممکن است منجر به افزایش بیشتر از ده درصد ولتاژ منابع خازن گردد. این مهم و قابل توجه است، زیرا کرونا در این سطح ولتاژ شروع و باعث تقلیل عمر خازن و یا معیوب شدن خازن می گردد. ولتاژ فوق تابعی است از ولتاژ پیک به پیک و نه ولتاژ rms از اینرو اغلب بگونه ایست که اصولاً جمع حسابی ولتاژ های کرست پایه و هارمونیک از ۱۱۰ درصد نامی ولتاژ کرست خازن تجاوز ننماید (ولتاژ نامی خازن * ۴/۱ *۱/۱ )، سرانجام باستی اطمینان لازم را بوجود آورد که هارمونیک تولید جریان و Var متجاوز از مقادیر نامی در جریان می باشد.

ب) ماشین های گردنده:

در موتورهای القائی بازده و حرارت دو سیمای قابل بررسی هستند. هارمونیک ها در گشتاور موتور اثر داشته اما عموماً انتظار نمی رود مهم وقابل توجه باشند، همچنین نوسانات مکانیکی تولید شده در اثر گشتاورهای نوسانی بواسطه یک اثر متقابل بین جریانهای هارمونیک و فیلد مغناطیسی مبناء می باشد. برای ماشین های سنکرون اثرات مشابه است، اصل مهم حرارت ایجاد شده خصوصاً بواسطه جریان القاء شده در روتور می باشد.

ج) ترانسفورماتورها:

هارمونیک های ولتاژ موجب افزایش تلفات آهنی و هارمونیک های جریان سبب افزایش تلفات مس و تلفات شار می گردند. نتیجه افزایش حرارت این است که ممکن است ناچیز باشد، لحظاتی است که اولین علائم موجودسطوح هارمونیک غیر قابل تحمل، بشدت حرارت ترانسفورماتورها را زیاد می کند.

د) سوئیچگر:

یک اثر بدیهی جریان های هارمونیک، زیاد شدن حرارت و تلفات است. امکان اثر گذاشتن روی قطع کننده های مدار وجود دارد. بهرحال در این رابطه هیچگونه راهنمائی وجود ندارد.

گ) اضافه ولتاژ یا اضافه جریان سیستم:

نوسانات وسیع بار در سیستم توزیع همراه با تغییر سطوح Var خازنی منجر به نوسانات قابل ملاحظه در مدار و فرکانس رزونانس می گردد. خصوصاً مداراتی که متحمل جریان و ولتاژ منابع هارمونیک فوق الذکر شده اند می توانند به سطوح بالای ولتاژ و جریان غیر قابل انتظار در سیستم هدایت گردند. این مسئله منتهی به معیوب شدن نابهنگام عایقی دستگاه می شود، همچنین در بعضی موارد نادر منجر به معیوب شدن برقگیر شده است. اضافه جریانهای هارمونیک ممکن باعث سوختن و همچنین مشکلاتی برای آسیاب های مدار شکن تداخل القائی، ازدیاد هدایت و تلفات بیش از اندازه و حرارت گردد.

ل) فیوزها:

جریانهای هارمونیکی با دامنه وسیع می تواند باعث سوختن فیوز شوند، همچنین روی مشخصات جریان زمان فیوز تأثیر بگذارد، زیرا حرارت بیشتر از حرارت پیش بینی شده در المان های ذوب شوند. فیوز ایجاد می گردد زمانهای ذوب مینیموم کوتاهتر شده، بویژه برای فالت ها با مقدار پائین تر.

۶-۳-۲- کنترل، حفاظت و اندازه گیری:

الف) Ripple و جریان کریر سیستم:

دستگاه های گیرنده کنترل Ripple سیستم ها که در رنج ۲۹۰ تا ۱۶۵۰ کیلوهرتز تنظیم شده اند، قابلیت پذیرش تداخل فرکانس قدرت را دارا می باشند. هارمونیک های تداخلی پتانسیلی از کانورترها و یا کوره های قوسی با دامنه خیلی پائین در سیستم های جریان کریر که در رنج های ۵ تا ۱۰ کیلوهرتز و تا ۳۰۰ به ۴۰۰ کیلوهرتز عمل می کنند را دچار اشکال می سازد.

ب) رله های حفاظتی:

از مطالعات اثرات هارمونیک روی رله ها، نتایج برجسته ذیل استنتاج گردیده است.

۱- رله ها در آزمایشات، متمایل به عملکرد کندتر و یا در مقادیر راه انداز بالاتر از مقادیر واقعی را نمایش می دهند.

۲- مشخصه های عملکرد رله های استاتیکی فرکانس پائین دچار تغییرات اساسی می گردند.

۳- تغییرات در مشخصات عملکرد نسبت به محدوده تغییر شکل پیش بینی شده نسبتاً کوچک می باشند.

آزمایشات روی رله های اضافه ولتاژ و اضافه جریان در مشخصات عملکرد تغییرات متفاوتی را نشان داده که بستگی به نوع کارخانه سازنده رله دارد. گشتاور عمل کننده در بعضی فرکانس ها می تواند معکوس شده زمان عملکرد بطور وسیعی همچون یک تابعی از ترکیب فرکانس کمیت اندازه گیری شده را تغییر دهد. محدوده دید رله های امپدانسی از نوع متعادلی دچار نوسان می گردد. (کم یا زیاد می شود). عملکرد سریع رله های دیفرانسیال می تواند آسیب پذیر باشد که این وضعیت در چندین آزمایش منجر به عدم عملکرد رله گردیده است، بطور کلی دقت و هوشیاری رله های حفاظتی تحت تأثیر هارمونیک های شبکه دچار نقصان و تنزل می گردند.

د) دستگاه های اندازه گیری:

نتیجه مطالعات انجام شده نشان می دهد، وسائل اندازه گیری قدرت، خصوصاً بعضی ترانسدیوسرهای وات الکترونیکی تحت تأثیر هارمونیک قرار می گیرند. وجود ۲۰% هارمونیک پنجم موجب ۱۰ تا ۱۵% خطا در ترانسدیوسرهای وات الکترونیکی سه فاز یا دوالان شده است.

اما در مورد وات مترهای القائی خطای ناشی از هارمونیک ناچیز و قابل قبول می باشد، بسته به نوع دستگاه های اندازه گیری امکان هر دو خطای مثبت و منفی وجود دارد. دستگاه های اندازه گیری از نوع Solid – state قیمت می توانند اندازه واقعی قدرت را با شکل موج اندازه گیری نمایند، بهر حال هارمونیک ها در رابطه با اندازه گیری Var بعلت اینکه مفهوم کمیت فیزیکی را ندارند. ایجاد اشکال می نمایند، زیرا مفهوم ریاضی براساس شکل موج سینوسی خالص را دارا می باشند.

۷-۳-۲- تداخل القائی:

هم آهنگی القائی سیستم های قدرت و تلفن از اهمیت ویژه ای برخوردار است، سه عامل مهم محل و اتصال بانک های خازن، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور و عدم تعادل بار فیدر در مسائل القائی طرح و عملیاتی شبکه نیرو تأثیر دارد. یک گروه تحقیقاتی حدود ۶۰ سال پیش در رابطه با تجزیه و تحلیل و کاهش اثرات سیستم های قدرت بر روی ارتباطات صدا مطالعاتی انحام داه که نتایج این گروه توأم با عملکرد عملی مهندسین و پیشرفت در امرتکنولوژی ساخت تجهیزات ارتباطی باعث کاهش مسائل اولیه گردیده است اخیراً بعضی از دلایل عمده که باعث تمایل هر دو شرکت های سازنده تلفن و قدرت در طراحی سیستم ها شده بشرح ذیل می باشند:

۱- شبکه های حلقوی طولانی تر تلفن

۲- توسعه شبکه های سرویس دهنده تلفن به محل های ناهموار و دوردست

۳- بکارگیری سیستم های ارتباطی برای ارسال اطلاعات به روش های جدید

۴- تکثیر وسایل کنترل کننده تریستوری

۵- اضافه شدن جریانهای اتصال زمین در سیستم زمین

۸-۳-۲- اثر هارمونیک ها بر خازن ها:

درسالهای اولیه، هارمونیکها در صنایع چندان رایج نبودند. به خاطر مصرف کننده های خطی متعادل. مانند : موتورهای القایی سه فاز،گرم کنندها و روشن کننده های ملتهب شونده تا درجه سفیدی و ….. این بارهای خطی جریان سینوسی ای در فرکانسی برابر با فرکانس ولتاژ می کشند. بنابراین با این تجهیزات اداره کل سیستم نسبتا با سلامتی بیشتری همراه بود. ولی پیشرفت سریع در الکترونیک صنعتی در کاربری صنعتی سبب بوجود آمدن بارهای غیر خطی صنعتی شد. در ساده ترین حالت ، بارهای غیرخطی شکل موج بار غیر سینوسی از شکل موج ولتاژ سینوسی رسم می کنند (شکل موج جریان غیر سینوسی). پدیدآورنده های اصلی بارهای غیر خطی درایوهای AC / DC ، نرم راه اندازها ، یکسوسازهای ۶ / ۱۲ فاز و … می باشند. بارهای غیرخطی شکل موج جریان را تخریب می کنند. در عوض این شکل موج جریان شکل موج ولتاژ را تخریب می نماید. بنابراین سامانه به سمت تخریب شکل موج در هر دوی ولتاژ و جریان می شود.

۹-۳-۲- اساس هارمونیک ها :

اصولا هارمونیک ها آلوده سازی شکل موج را در اشکال سینوسی آنها نشان می دهند. ولی فقط در مضارب فرکانس اصلی . تخریب شکل موج را می توان در فرکانس های مختلف (مضارب فرکانس اصلی) بعنوان یک نوسان دوره ای بوسیله آنالیز فوریه تجزیه و تحلیل کرد. در حال حاضر هارمونیکهای فرد و زوج و مرتبه ۳ در اندازه های مختلف ضرایب فرکانس های مختلف در سامانه های الکتریکی موجودند که مستقیما تجهیزات سامانه الکتریکی را متاثر می سازند. در معنایی وسیعتر هارمونیکهای زوج و مرتبه ۳ هریک تلاش می کنند که دیگری را خنثی نمایند. ولی در مدت زمانی که بار نا متعادل است این هارمونیک های زوج و مرتبه ۳ منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژی شدید می شوند. با تمام احوال هارمونیک های فرد اول مانند هارمونیک پنجم ، هفتم ، یازدهم ، سیزدهم و …. عملکرد این تجهیزات الکتریکی را تحت تاثیر قرار می دهند.

هارمونیک های ولتاژ و جریان تاثیرات متفاوتی بر تجهیزات الکتریکی دارند. ولی عموما بیشتر تجهیزات الکتریکی به هارمونیکهای ولتاژ بسیار حساس اند. تجهیزات اصلی نیرو مانند موتورها، خازن ها و غیره بوسیله هارمونیکهای ولتاژ متاثر می شوند. به طور عمده هارمونیکهای جریان موجب تداخل مغناطیسی می شود.

تشدید:

اساسا تشدید سلفی خازنی در همه انواع بارها مشاهده می شود. ولی اگر هارمونیک ها در شبکه توضیع شایع نباشند تاثیر تشدید فرونشانده می شود.

در هر ترکیب سلفی خازنی چه در حالت سری و چه در حالت موازی ، در فرکانسی خاص تشدید رخ می دهد که این فرکانس خاص فرکانس تشدید نامیده می شود. فرکانس تشدید فرکانسی است که در آن رآکتنس خازنی (Xc) و رآکتنس القایی (XL) برابر هستند.

برای ترکیبی مثالی برای بار صنعتی که شامل اندوکتانس بار و یا رآکتنس ترانسفورماتور که بعنوان XL عمل می کند و رآکتنس خازن تصحیح ضریب توان که بصورت Xc خودنمایی می کند فرکانس تشدیدی برابر با LC خواهیم داشت . رآکتنس خازنی متناسب با فرکانس کاهش می یابد (توجه : Xc با فرکانس نسبت عکس دارد). در حالی که رآکتنس القایی متناسب با آن افزایش می یابد (توجه XL با فرکانس نسبت مستقیم دارد).این فرکانس تشدید به سبب متغیر بودن الگوی بار متغیر خواهد بود. این مساله برای ظرفیت خازنی ثابت کل برای اصلاح ضریب توان پیچیده تر است. برای درک صحیح این پدیده لازم است دو نوع وضعیت تشدید شامل حالت تشدید سری و حالت تشدید موازی مورد توجه قرار گیرند. این دو امکان در زیر توضیح داده می شوند.

تشدید سری:

یک ترکیب سری رآکتنس سلفی خازنی ، مدار تشدید سری شکل می دهد.

به خاطر ترکیب سری سلف و خازن ، در فرکانس تشدید امپدانس کل به پایین ترین سطح کاهش می یابد و این امپدانس در فرکانس تشدید طبیعتی مقاومتی دارد. بنا براین در فرکانس تشدید رآکتنس خازنی و رآکتنس سلفی (القایی) برابر هستند.این امپدانس پایین برای توان ورودی در فرکانس تشدید ، افزایش توانی جریان را نتیجه می دهد.

در کاربری صنعتی رآکتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهای اصلاح ضریب توان در سمت ولتاژ پایین به عنوان یک مدار تشدید موازی برای سمت ولتاژ بالای ترانسفورماتور عمل می کند. اگر این فرکانس تشدید ترکیب سلف و خازن بر فرکانس هارمونیک شایع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستری با امپدانس پایین ارائه شده توسط خازن ها برای هارمونیک ها ، منجر به افزایش توانی جریان خازن ها خواهد شد. از این رو خازن های ولتاژ پایین در سطحی بسیار بالا اضافه بار پیدا خواهند کرد که همچنین این عمل موجب تحمیل بار اضافی بر ترانسفورماتور می شود. این پدیده منجر به تخریب ولتاژ در شبکه ولتاژ پایین می شود.

تشدید موازی:

یک تشدید موازی ترکیبی از رآکتنس خازنی و القایی است. در اینجا رفتار امپدانس برعکس حالت تشدید موازی خواهد بود. در فرکانس تشدید امپدانس به مقداری بالا افزایش می یابد. این ، منجر به بوجود آمدن مدار تشدید موازی میان خازن های اصلاح ضریب توان و اندوکتانس بار می شود که نتیجه آن عبور ولتاژ بسیار بالا هم اندازه امپدانس ها و جریان های گردابی بسیار بالا درون حلقه خواهد بود.

در کاربری صنعتی خازن اصلاح ضریب توان مدار تشدید موازی با اندوکتانس بار تشکیل می دهد.هارمونیک های تولید شده از سمت بار رآکتنس، شبکه را افزایش می دهند. که موجب بلوکه شدن هارمونیک های سمت تغذیه می شود.این منجر به تشدید موازی اندوکتانس بار و اندوکتانس خازنی می شود. مدار LC (سلفی خازنی) موازی ، شروع به تشدید میان آنها می کند که منجر به ولتاژ بسیار بالا و جریان گردابی بسیار بالا در درون حلقه مدار سلف خازن (LC) می شود. نتیجه این امر آسیب به تمام سمت ولتاژ پایین سامانه الکتریکی است.

ایزوله کردن تشدید موازی از ایزولاسیون تشدید سری نسبتا پیچیده تر است.اساسا این امر بخاطر تنوع بار صنعتی از زمانی به زمان دیگر است که موجب تغییر فرکانس تشدید می شود.

این تغییر مداوم فرکانس تشدید ممکن است موجب تطبیق فرکانس تشدید بر فرکانس هارمونیک شود که ممکن است منجر به ولتاژ بالا و جریان بالا که سبب نقص و خرابی تجهیزات الکتریکی می شوند ، گردد.بنابراین در هر دو تشدید موازی و سری خازنهای قدرت متاثر هستند که بکار گیری دستگاه های حفاظتی و ایمنی را برای خازنها ایجاب می نماید. این امر درک صحیح بر خازنهای قدرت را قبل از از اعمال تصحیح بخاطر تاثیر هارمونیک ها و تشدید ایجاب می نماید.

۲

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

شما می‌توانید از این دستورات HTML استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>