چند سوال که چرا باید از LED Driver استفاده کنیم؟

۱-  آیا استفاده ازمنابع تغذیه صنعتی براي روشن کردن Power LED ها مناسب هستند؟

 بیشتر منبع تغذیه هاي صنعتی براي استفاده LED ها به خصوص در محیط باز به چند دلیل مناسب نیستند:

اول، منبع تغذیه هاي صنعتی که خروجی ولتاژ ثابت دارند، درحالیکه براي LED ها بهتراست از درایوري با جریان ثابت استفاده کرد.

دوم، منبع تغذیه هاي صنعتی براي کار در دماي40 درجه سانتیگراد طراحی شده اند، در حالیکه ال اي دي درایورها اغلب به 70-60 درجه سانتیگراد بدون محدودیت به محیط باز یا بسته نیاز دارند.

همچنین بیشتر منبع تغذیه هاي صنعتی ضد آب و صاعقه نیستند که این موارد لازمه ال اي دي درایورها ها در محیط باز است

۲-  عوامل مهم در انتخاب یک ال اي دي درایور چیست؟

 اولین موضوع این است که بدانیم به ولتاژ ثابت نیاز داریم یا جریان ثابت. اگر منبع تغذیه مستقیم به ال اي دي متصل میشود، معمولا به جریان ثابت نیاز خواهیم داشت. بعد، ولتاژ و یا جریان خروجی باید به درستی مشخص شده باشد.

و بعد ورودي ولتاژ باید تعیین گردد. بیشتر LED Driver هاي موجود در ایران متناسب با ولتاژ برق ایران طراحی میشوند واغلب 220 ولت با بازه مثبت منفی 40 ولت میباشند.

همچنین درجه حرارت و درجه حفاظتی IP مهم است. براي روشنایی در محیط باز،حفاظت در برابر صاعقه اغلب جز عوامل مهم است. در نهایت، تطابق با استانداردهاي بهره وري، ایمنی و سازگاري الکترومغناطیسی باید ارزیابی شود

۳-  چگونه چندین Power LEDرا به هم متصل کنیم ؟ چه محدودیت ها و مزیت هایی در به هم متصل کردن LED ها وجود دارد؟

بیشتر پروژکتورهایی که با Power LED ها ساخته میشوند از تعداد قابل توجهی LED با روشنایی بالا ساخته شده اند. این ال اي دي ها ممکن است با روشهاي متفاوتی سیم کشی شده باشند که هرکدام مزیتها و محدودیتهاي خودش را دارد، در ادامه با چهار مورد از این سیم بندي ها آشنا میشویم:

حالت سري

 مسلما ساده ترین آرایش براي اتصال ال اي دي ها به صورت سري است، آند LED دوم به کاتد LED اول متصل می شود. یک منبع جریان تک و ثابت میتواند کل رشته را روشن کند. این روش براي تعداد محدود LED در یک رشته به خوبی کار میکند.از آنجایی که ولتاژ متناسب با تعداد LED ها در یک رشته است، رشته طولانی میتواند به نسبت ولتاژ بیشتري را بخواهد. با فرض این که ولتاژ معادل 3.5 ولت و رشته شامل 24 ال اي دي باشد، ولتاژي در حدود 84 ولت نیاز است. اگر یکی از LED ها پس از سوختن اتصال کوتاه شود، درولتاژ اعمالی روي هر LED تاثیر محدودي دارد و اگر پس از سوختن مدار باز شود، همه لامپ ها از کار می افتند. علی رغم ولتاژ بالا، شاید این موثرترین روش در روشن کردن لامپ ها در حال حاضر باشد.

حالت موازي

به منظور کم کردن سطح ولتاژ، چندین رشته میتواند به صورت موازي به هم متصل شوند. استفاده از 24 ال اي دي، که میتواند به 4 سري 6 تایی تقسیم کرد و بعد آنها را در رشته هایی به صورت موازي به هم متصل کنید. در حال حاضر ولتاژ کلی در حدود 21 ولت است اما نیاز به جریانی 4 برابر بیشتر براي روشن کردن لامپ ها دارد. اگر هر کدام از این ال دي ها در اثر سوختن مدار باز شود، یکی از رشته ها قطع می شود اما دیگر رشته ها روشن باقی می ماند. اگر هر یک از ال اي دي ها در اثر سوختن اتصال کوتاه شود، آن رشته نسبت به رشته هاي دیگر جریان بیشتري مصرف میکند. این شرایط به احتمال زیاد نتیجه اي با قابلیت اطمینان پایینی در نگه داري ال اي دي ها در رشته با ال اي دي هاي سوخته دارد و درمعرض استرس بالایی است.

ماتریس

براي پوشش دادن برخی از معایب روش موازي می باشد، در این روش امکان افزودن اتصالات بیشتر وجود دارد. در تنظیمات ماتریس، چندین ال اي دي به صورت موازي بهم متصل میشوند و بعد چندین دسته از موازي ها به صورت سري بهم متصل می شوند.بر طبق مثال بالا براي 24 ال اي دي، میتوان گروهاي 4 تایی که به صورت موازي متصل شدن را داشته باشیم و بعد آنها را یک توده کنیم. ولتاژ رشته ها همچنان همان 21 ولت است.و جریان درایور نیز ثابت خواهد ماند. مزیت این روش این است که اگر یکی از ال اي دي ها اتصال کوتاه شود ( و یا بسوزد) فقط 4 ال اي دي را از مدار خارج میکند و 20 ال اي دي باقی مانده بدون هیچ مشکلی به کارشان ادامه می دهند.از معایب این روش به اشتراك گذاشتن بار بین ال اي دي هاي موازي است که بستگی دارد چقدر ال اي دي ها از نظر کارایی با هم جور هستند.

رشته مستقل

مطمئنا بهترین روش استفاده از درایور چند کانالی با جریان ثابت است. در این روش هم از مثال قبلی استفاده میکنیم، در این روش از  درایور با4 خروجی براي اتصال 4 رشته 6 تایی از ال اي دي به صورت مستقل استفاده میکنم. در این صورت مشکل از کار افتادن یک ال اي دي را حذف می شود. در این روش، همه ال اي دي ها در امان می مانند. در این مورد درایورها به خاطر داشتن 4 کانال مستقل گران تر خواهند بود

–  مزایاي استفاده از درایورها با بهره وري بالا چیست؟

چند دلیل براي استفاده از اینگونه درایورها وجود دارد. اولین آن ذخیره انرژي است. همین باعث می شود تا ازدرایورها به درستی استفاده کنید. ذخیره انرژي به صورت موثر میتواند در طول عمر درایورها بسیار موثر باشد. براي مثال، نیروي اتلاف شده در ال اي دي درایور 100 ولتی در حدود 11.1 ولت است اگر از آن واحد 90 درصد مفید استفاده شده باشد، اما اگر به 25 ولت افزایش یابد از آن واحد 80 درصد مفید استفاده شده است. بر فرض اینکه طول عمر ال اي دي ها 40000 ساعت باشد، تفاوت انرژي ذخیره شده بین این دو واحد نسبت به طول عمر میتواند در حدود 556 کیلووات در ساعت باشد. با فرض هر کیلو وات ساعت 43 تومان صورت ذخیره انرژي را به مقدار 23900تومان نسبت به طول عمر می توان تعریف کرد. در برخی از برنامه هاي اقتصادي شرکتها ،سازمانها و… این ذخیره انرژي مهم است، درایورها با بهره وري پایین میتواند در مسیر سود دهی مشکل ایجاد کند و اگراز لامپها در داخل ساختمان استفاده شود به دلیل بهره وري پایین دما در درایور بالا رفته و مصرف انرژي سیستم تهویه هواي ساختمان افزایش پیدا میکند.

علاوه بر این، دماي پایین تناسب دارد با افزایش بهره وري درایورها که میتواند تاثیر مهمی در بهبود عمر محصول و *MTBF داشته باشد. انرژي هدر رفته در درایور که 90 درصد مفید کار کرده کمتر از درایوري است که 80 درصد مفید کار کرده. دوبرابر کردن گرما در درایورهاي با کارایی کمتر باعث میشود تا دماي اجزا به طور چشمگیري افزوده شود. طول عمر خازن هاي الکترولیتی در درایور به ازاي افزایش هر10 درجه سانتی گراد، در حدود 50 درصد کاهش می یابد. بنابراین، درایورها با بهره وري بالا 2 تا 4 برابر بیشتر از انتظار عمر میکنند. قابلیت تابعی از دماست، و کاهش دما، قابلیت اجزاي درایور را افزایش میدهد.

۵–  دلیل اهمیت استفاده از ال اي دي درایور با طول عمر طولانی چیست؟ و آنها چه تفاوتی با هم دارند؟

دو دلیل موجه در رابطه با سیستم روشنایی وجود دارد:

اول از همه ذخیره انرژي است. اگرچه، فناوري هاي دیگري در این زمینه براي پایین آوردن هزینه روشنایی وجود دارد.

دومین مورد، کاهش هزینه هاي نگهداري است که بسیار مهم است. ال اي دي ها مزیت طول عمر بیشتر را نسبت به دیگر فناوري هاي روشنایی دارند. کاهش هزینه جایگزینی و نگهداري میتواند عامل مهمی باشد. اگرچه، نوسانات برق ورودي میتواند تاثیر قابل توجهی در طول عمر درایور و LED ها داشته باشد و سیستم را در معرض خطر قرار دهد.

طول عمر ال اي دي درایورها عمدتا توسط خازن هاي الکترولیتی به کار رفته تعیین میشود. به همین دلیل براي دستیابی به طول عمر بیشتر در ال اي دي درایورها ، مهم است که از خازن ها الکترولیتی با کیفیت استفاده شود. و وقتی عمر خازن ها به نصف رسید به ازاي آن 10 درجه سانتیگراد به دماي کار دستگاه اضافه می شود، مدیریت دماي این اجزا بسیار مهم است. دو عامل کلیدي براي کاهش موثر دماي خازن ها، طرح راندمان بالا (اتلاف گرماي کمتر در درایور) و طرح حرارتی ( هدایت موثر یا انتقال گرما به محدوده اطراف) می باشد

۶– تفاوت بین MTBF و طول عمر در چیست؟

میانگین زمان بین خرابی (MTBF) یک تخمین آماري است که کل زمانی که یک واحد در حین کار، دوباره خراب می شود را نشان می دهد. این زمان مورد انتظار کارکرد هیچ واحدي را نشان نمیدهد. براي مثال، اگر 10000 واحد براي 1000 ساعت کار کنند و 10 تا خرابی داشته باشد، میانگین زمان بین خرابی به یک میلیونیم ساعت می رسد. البته به این معنی نیست که از هر واحد انتظار 114 سال کار را داشته باشید.

میزان کل کارکرد 10000*1000=10000000

میزان کل کارکرد تقسیم بر تعداد خرابی 10000000/10=1000000

تعداد روز ۱۰۰۰۰۰۰۰ / ۲۴ = ۴۱۶۶۶.۶۶۷

۴۱۶۶۶.۶۷/  ۳۶۵=۱۱۴.۱۵۵۲ تعداد سال

براي مثالی دیگر، اگر میانگین زمان بین خرابی محصولی 250000 ساعت تعیین شده و 1000 دستگاه در حال کار کردن باشند ،به طور متوسط انتظار می رود اگر دستگاه ها هر روز 8 ساعت روشن باشند هر ماه یک خرابی، واگر همیشه روشن باشند هر10 روز یک خرابی داریم.

در مقابل، طول عمر نشان میدهد که یک محصول انتظار می رود چه مدت در شرایط عادي عملیاتی دوام بیاورد. این دوره مدت زمان بین آغاز کار دستگاه تا شروع فرسایش آن می باشد. این زمان توسط عمر مورد انتظار اجزاي استفاده شده در مونتاژ یک واحد تعیین می شود. ضعیف بودن طول عمرمورد انتظار یک اجزا تمام محصول را تحت تاثر قرار میدهد. در منابع تغذیه، خازن هاي الکترولیتی کمترین طول عمر را دارند .MTBF تنها در طی عمر عادي عملیاتی محصول قابل ارائه می باشد

۷– PFC چیست و چرا در تعیین ال اي دي درایورها مهم هستند؟

ضریب توان (خلاصه PF) نسبت توان حقیقی به توان اسمی است در سیستم توان AC و به صورت اعدادي بین 0 و1 بیان می شود. توان حقیقی، توان کشیده شده توسط بار است درحالیکه توان اسمی محصول جریان بار و ولتاژ بار است. تا وقتی که ولتاژ و جریان از محدوده بیرون باشد این محصول به طور قابل توجهی بزرگتر از توان حقیقی است

PFC  اختصار اصلاح ضریب توان است. به منظور نگه داشتن ضریب توان بالا، منبع تغذیه سوئیچینگ ( شامل ال اي دي درایور) باید به نوعی از اصلاح ضریب توان بهره ببرد.

این موضوع بسیار مهم است زیرا بار با ضریب توان کم، جریان بیشتري را میکشد تا بار با ضریب توان بالاتر براي انتقال توان حقیقی یکسان. بنابراین نتیجه ضریب توان پایین ، تلفات زیاد توان در خط تولید میباشد. استانداردهاي زیادي براي تعیین سطح موثر و مورد نیاز براي اصلاح ضریب توان در منبع تغذیه سوئیچینگ و یا ال اي دي درایور وجود دارد

۸–  چرا از ال اي دي درایور محافظت میشود؟ آیا ضروري است؟

هدف از محافظت به دو قسم است. اول، درجه حفاظتی (IP) را در واحد با فراهم کردن مانعی ضد آب براي ممناعت از ورود آب به زیر محیط اجزا بالا می برد. این روش کاربرد زیادي براي پروژکتورها در محیط بیرون مثل چراغ هاي خیابانی دارد.

دوم، از عایق ها معمولا خیلی بهتر از هوا میتوان حرارت را انتقال داد، عایق حرارت تولید شده توسط ال اي دي درایور را به سطح دستگاه انتقال می دهد. این کار به پایین آوردن حرارت اجزا به شدت کمک میکند و به طور قابل توجهی باعث افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان درایورها می شود.عایق می تواند به نوعی دماي عملیاتی بعضی از ال اي دي درایورهاي پروژکتورها را در حدود 40-20 درجه سانتیگراد کاهش دهد. معمولا عایق حرارتی استفاده شده در ال اي دي درایورها چسب سیلیکونی به همراه کاور آلومینیومی میباشد.

۹– درجه ضد آب بودن در ال اي دي درایورها چطور مشخص شده؟

درجه حرارتی بر حسب محیط، نوع حفاظت را مشخص میکند. درجه حفاظتی (IP) معمولا دو عدد دارد که اولی درباره حفاظت در برابر اجسام و یا مواد جامد است و دومی براي حفاظت دربرابر مایعات (آب) است. عدد اول بین6-0 تعریف شده که 6 به طورکامل از ورود گرد و خاك جلوگیري میکند. دومین عدد از 8-0 تعریف شده که در مقالات بعد به‌طور مبسوط درباره آن شرح داده خواهد شد.

3-2- هارمونیکها

1-3-2- مقدمه

بروز هارمونيك در سيستم‎هاي برق اولين پيامد عناصر غيرخطي در شبكه است. به‎‎‎خاطر گسترش فزاينده استفاده از عناصر غيرخطي در سيستم‎‎هاي برق، مانند راه‎‎اندازها (درايورهاي تنظيم سرعت) و مبدل‎‎هاي الكترونيكي قدرت، مقدار هارمونيك شكل موج جريان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگيري افزايش يافته است و بنابراين اهميت موضوع كاملاً مشخص است.

بررسي مسائل هارمونيك‎‎ها منجر به تحقيقاتي گرديد كه نتايج آن نقطه ‎‎نظرات متعددي درمورد كيفيت برق بود. به ‎‎نظر برخي از محققين، اعوجاج هارمونيكي هنوز مهمترين مسئلـه كيفيت برق مي‎‎باشد. مسائل هارمونيكي با بسياري از قوانين معمولي طراحي سيستم‎هاي قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلي مغاير است. بنابراين مهندس برق با پديده‎‎هاي ناآشنايي روبرو مي‎‎شود كه نياز به ابزار پيچيده و تجهيزات پيشرفته براي حل مشكلات و تجزيه و تحليل آنها دارد. گرچه تحليل مسائل هارمونيكي مي‎‎تواند دشوار باشد، ولي خوشبختانه همة سيستم قدرت داراي مشكل هارمونيكي نيست و فقط درصد كمي از فيدرهاي مربوط به سيستم‎هاي توزيع تحت‎‎تأثير عوامل ناشي از هارمونيك‎‎ها قرار مي‎‎گيرند. مشتركين برق در صورت وجود هارمونيك‎ها مشكلات زيادتري از شركت‎هاي برق را تحمل مي‎كنند. مشتركين صنعتي كه از محركه‎‎هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت، كوره‎‎هاي قوس الكتريكي، كوره‎‎هاي القايي، يكسوكننده‎‎ها ، اينورترها، دستگاه‎‎هاي جوش و نظاير آن استفاده مي‎‎كنند، نسبت به مسائل ناشي از اعوجاج هارمونيكي ضربه‎‎پذيرتر از بقية مشتركين مي‎باشند.

اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد در سيستم‎هاي قدرت به شمار نمي‎رود. نگراني ناشي از اعوجاج در بسياري از دوره‎ها درسيستم‎هاي قدرت الكتريكي جريان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوي منابع و مطالب تكنيكي دهه‎هاي قبل نشان مي‎دهد كه مقالات مختلفي در رابطه با اين موضوع انتشار يافته است. اولين منابع هارمونيكي شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولين مشكل نيز در سيستم‎هاي تلفن پديد آمد. استفاده گروهي از لامپ‎هاي قوس الكتريك به‎‎‎دليل مؤلفه‎هاي هارمونيكي توجهات خاصي را برانگيخت ولي اين مسائل به اندازه اهميت مسئله مبدل‎هاي الكترونيك قدرت در سال‎هاي اخير نبوده است.

خوشبختانه در طي اين سال ها پژوهشگران متوجه شده اند كه اگر سيستم انتقال به نحو مناسبي طراحي گردد، به‎‎نحوي كه بتواند مقدار توان مورد نياز بارها را به راحتي تأمين نمايد، احتمال ايجاد مشكل ناشي از هارمونيك‎ها براي سيستم قدرت بسيار كم خواهدبود، گرچه اين هارمونيك‎ها مي‎توانند موجب مسائلي در سيستم‎هاي مخابراتي شوند. اغلب در سيستم‎هاي قدرت مشكلات زماني بروز مي‎كنند كه خازن‎هاي موجود در سيستم باعث ايجاد تشديد در يك فركانس هارمونيكي گردند. در اين شرايط اغتشاشات و اعوجاجات، بسيار بيش از مقادير معمول مي‎گردند. امكان ايجاد اين مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولي شرايط بدتر در سيستم‎هاي صنعتي به‎دليل درجه زيادي از تشديد رخ مي‎دهد.

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.

2-3-2- علت ايجاد اعوجاج هارمونيكي:

اعوجاج هارمونيكي در سيستم‎هاي قدرت ناشي از عناصر غيرخطي مي‎باشد. عنصر غيرخطي عنصري است كه جريان آن متناسب با ولتاژ اعمالي نمي‎باشد افزايش چند درصدي ولتاژ ممكن است باعث شود كه جريان دوبرابر شده و نيز موج جريان شكل ديگري به خود بگيرد. اين مورد ساده اي از منبع توليد اعوجاج در سيستم قدرت مي‎باشد.

هر شكل موج اعوجاجي پريوديك را مي‎توان به صورت جمع موج‎هاي سينوسي بيان نمود. يعني وقتي كه شكل موج از يك سيكل به سيكل ديگر تغيير نكند، اين موج را مي‎توان به صورت جمع امواج سينوسي خالص كه درآن فركانس هر موج سينوسي، مضرب صحيحي از فركانس اصلي موج اعوجاجي است نمايش داد. اين موج‎هاي سينوسي كه فركانس آن‎ها ضريب صحيحي از فركانس اصلي مي‎باشند، هارمونيك‎هاي مؤلفه اصلي گويند. جمع اين موج‎هاي سينوسي به سري فوريه معروف است اين مفهوم رياضي اولين بار توسط فوريه رياضيدان فرانسوي مورد توجه قرار گرفت.

3-3-2 منابع هارمونیک:

پيدايش عناصر نيمه هادي و المان‎‎هاي غيرخطي نظير ديود ، تريستور و … و استفادة فراوان از آنها در شبكه‎‎هاي قدرت عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستم‎هاي قدرت به‎وجود آورد. كاربرد اين عناصر را مي‎توان در تجهيزات و سيستم‎هاي قدرت زير ديد:

– كوره‎هاي قوس الكتريكي و القايي

– يكسوكننده‎‎ها و مبدل‎‎هاي الكترونيك قدرت
– تجهيزات مورد استفاده در كنترل‎‎كننده‎هاي سرعت ماشين‎هاي الكتريكي
– كاربرد SVC بعنوان ابزار مهمي دركنترل توان راكتيو
– بارهاي غيرخطي شامل دستگاه‎‎هاي جوشكاري
– جريان مغناطيسي ترانسفورماتور
از سوي ديگر عوامل زير را نيز مي‎توان به عنوان توليدكنندة هارمونيك در نظر گرفت:

– توليد شكل موج غير سينوسي توسط ماشين‎هاي سنكرون ناشي از وجود شيارها و عدم توزيع يكنواخت سيم‎‎پيچي‎هاي استاتور

– توزيع غير سينوسي فوران مغناطيسي در ماشين‎هاي سنكرون

همچنين صنايع زير را مي‎توان از جمله عوامل توليد هارمونيك در شبكه‎هاي الكتريكي محسوب نمود:
– صنايع شامل مجتمع‎هاي شيميايي و پتروشيمي و نيز صنايع ذوب آلومينيم كه از يكسوكننده‎هاي پرقدرت براي توليد برق DC مورد نيـاز انجام فرآيندهاي شيميـائي و ذوب آلومينيـم استفـاده مي‎كنند. با توجـه به قـدرت بالا، اين يكسـوكننده‎ها هارمونيك قابل ملاحظه‎اي در شبكة قدرت به وجود مي‎آورند.

استفاده از سيستم‎هاي الكترونيك قدرت در سيستم حمل و نقل برقي مانند اتوبوس برقي و متروها باعث مي‎شود سطوح زيادي از هارمونيك به سيستم توزيع تزريق شود.

بارهاي غيرخطي مانند كوره‎هاي قوس الكتريكي كه در صنايع ذوب‎‎آهن استفاده مي‎شود از عوامل توليد هارمونيك در مقياس بزرگ مي‎باشند.

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 12 پالس در واقع 15 تا 20 درصد مقادیر نشان داده شده برای کانورتر 6 پالسه است.

4-3-2- 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.

5-3-2- 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 110 درصد نامی ولتاژ کرست خازن تجاوز ننماید (ولتاژ نامی خازن * 4/1 *1/1 )، 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.

6-3-2- کنترل، حفاظت و اندازه گیری:

الف) Ripple و جریان کریر سیستم:

دستگاه های گیرنده کنترل Ripple سیستم ها که در رنج 290 تا 1650 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 5 تا 10 کیلوهرتز و تا 300 به 400 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.

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

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

3- 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 20% هارمونیک پنجم موجب 10 تا 15% 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.

7-3-2- 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 60 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:

1- شبکه های حلقوی طولانی تر تلفن

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

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

4- تکثیر وسایل کنترل کننده تریستوری

5- اضافه شدن جریانهای اتصال زمین در سیستم زمین

8-3-2- اثر هارمونیک ها بر خازن ها:

درسالهاي اوليه، هارمونيكها در صنايع چندان رايج نبودند. به خاطر مصرف كننده هاي خطي متعادل. مانند : موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها و روشن كننده هاي ملتهب شونده تا درجه سفيدي و ….. اين بارهاي خطي جريان سينوسي اي در فركانسي برابر با فركانس ولتاژ مي كشند. بنابراين با اين تجهيزات اداره كل سيستم نسبتا با سلامتي بيشتري همراه بود. ولي پيشرفت سريع در الكترونيك صنعتي در كاربري صنعتي سبب بوجود آمدن بارهاي غير خطي صنعتي شد. در ساده ترين حالت ، بارهاي غيرخطي شكل موج بار غير سينوسي از شكل موج ولتاژ سينوسي رسم مي كنند (شكل موج جريان غير سينوسي). پديدآورنده هاي اصلي بارهاي غير خطي درايوهاي AC / DC ، نرم راه اندازها ، يكسوسازهاي 6 / 12 فاز و … مي باشند. بارهاي غيرخطي شكل موج جريان را تخريب مي كنند. در عوض اين شكل موج جريان شكل موج ولتاژ را تخريب مي نمايد. بنابراين سامانه به سمت تخريب شكل موج در هر دوي ولتاژ و جريان مي شود.

9-3-2- اساس هارمونيك ها :

اصولا هارمونيك ها آلوده سازي شكل موج را در اشكال سينوسي آنها نشان مي دهند. ولي فقط در مضارب فركانس اصلي . تخريب شكل موج را مي توان در فركانس هاي مختلف (مضارب فركانس اصلي) بعنوان يك نوسان دوره اي بوسيله آناليز فوريه تجزيه و تحليل كرد. در حال حاضر هارمونيكهاي فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه هاي مختلف ضرايب فركانس هاي مختلف در سامانه هاي الكتريكي موجودند كه مستقيما تجهيزات سامانه الكتريكي را متاثر مي سازند. در معنايي وسيعتر هارمونيكهاي زوج و مرتبه 3 هريك تلاش مي كنند كه ديگري را خنثي نمايند. ولي در مدت زماني كه بار نا متعادل است اين هارمونيك هاي زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژي شديد مي شوند. با تمام احوال هارمونيك هاي فرد اول مانند هارمونيك پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و …. عملكرد اين تجهيزات الكتريكي را تحت تاثير قرار مي دهند.

هارمونيك هاي ولتاژ و جريان تاثيرات متفاوتي بر تجهيزات الكتريكي دارند. ولي عموما بيشتر تجهيزات الكتريكي به هارمونيكهاي ولتاژ بسيار حساس اند. تجهيزات اصلي نيرو مانند موتورها، خازن ها و غيره بوسيله هارمونيكهاي ولتاژ متاثر مي شوند. به طور عمده هارمونيكهاي جريان موجب تداخل مغناطيسي می شود.

تشديد:

اساسا تشديد سلفي – خازني در همه انواع بارها مشاهده مي شود. ولي اگر هارمونيك ها در شبكه توضيع شايع نباشند تاثير تشديد فرونشانده مي شود.

در هر تركيب سلفي – خازني چه در حالت سري و چه در حالت موازي ، در فركانسي خاص تشديد رخ مي دهد كه اين فركانس خاص فركانس تشديد ناميده مي شود. فركانس تشديد فركانسي است كه در آن رآكتنس خازني (Xc) و رآكتنس القايي (XL) برابر هستند.

براي تركيبي مثالي براي بار صنعتي كه شامل اندوكتانس بار و يا رآكتنس ترانسفورماتور كه بعنوان XL عمل مي كند و رآكتنس خازن تصحيح ضريب توان كه بصورت Xc خودنمايي مي كند فركانس تشديدي برابر با LC خواهيم داشت . رآكتنس خازني متناسب با فركانس كاهش مي يابد (توجه : Xc با فركانس نسبت عكس دارد). در حالي كه رآكتنس القايي متناسب با آن افزايش مي يابد (توجه XL با فركانس نسبت مستقيم دارد).اين فركانس تشديد به سبب متغير بودن الگوي بار متغير خواهد بود. اين مساله براي ظرفيت خازني ثابت كل براي اصلاح ضريب توان پيچيده تر است. براي درك صحيح اين پديده لازم است دو نوع وضعيت تشديد شامل حالت تشديد سري و حالت تشديد موازي مورد توجه قرار گيرند. اين دو امكان در زير توضيح داده مي شوند.

تشديد سري:

يك تركيب سري رآكتنس سلفي – خازني ، مدار تشديد سري شكل مي دهد.

به خاطر تركيب سري سلف و خازن ، در فركانس تشديد امپدانس كل به پايين ترين سطح كاهش مي يابد و اين امپدانس در فركانس تشديد طبيعتي مقاومتي دارد. بنا براين در فركانس تشديد رآكتنس خازني و رآكتنس سلفي (القايي) برابر هستند.اين امپدانس پايين براي توان ورودي در فركانس تشديد ، افزايش تواني جريان را نتيجه مي دهد.

در كاربري صنعتي رآكتنس ترانسفورماتور قدرت به علاوه خازنهاي اصلاح ضريب توان در سمت ولتاژ پايين به عنوان يك مدار تشديد موازي براي سمت ولتاژ بالاي ترانسفورماتور عمل مي كند. اگر اين فركانس تشديد تركيب سلف و خازن بر فركانس هارمونيك شايع در صنعت منطبق شود ، بخاطر بستري با امپدانس پايين ارائه شده توسط خازن ها براي هارمونيك ها ، منجر به افزايش تواني جريان خازن ها خواهد شد. از اين رو خازن هاي ولتاژ پايين در سطحي بسيار بالا اضافه بار پيدا خواهند كرد كه همچنين اين عمل موجب تحميل بار اضافي بر ترانسفورماتور مي شود. اين پديده منجر به تخريب ولتاژ در شبكه ولتاژ پايين مي شود.

تشديد موازي:

یك تشديد موازي تركيبي از رآكتنس خازني و القايي است. در اينجا رفتار امپدانس برعكس حالت تشديد موازي خواهد بود. در فركانس تشديد امپدانس به مقداري بالا افزايش مي يابد. اين ، منجر به بوجود آمدن مدار تشديد موازي ميان خازن هاي اصلاح ضريب توان و اندوكتانس بار مي شود كه نتيجه آن عبور ولتاژ بسيار بالا هم اندازه امپدانس ها و جريان هاي گردابي بسيار بالا درون حلقه خواهد بود.

در كاربري صنعتي خازن اصلاح ضريب توان مدار تشديد موازي با اندوكتانس بار تشكيل مي دهد.هارمونيك هاي توليد شده از سمت بار رآكتنس، شبكه را افزايش مي دهند. كه موجب بلوكه شدن هارمونيك هاي سمت تغذيه مي شود.اين منجر به تشديد موازي اندوكتانس بار و اندوكتانس خازني مي شود. مدار LC (سلفي – خازني) موازي ، شروع به تشديد ميان آنها مي كند كه منجر به ولتاژ بسيار بالا و جريان گردابي بسيار بالا در درون حلقه مدار سلف – خازن (LC) مي شود. نتيجه اين امر آسيب به تمام سمت ولتاژ پايين سامانه الكتريكي است.

ايزوله كردن تشديد موازي از ايزولاسيون تشديد سري نسبتا پيچيده تر است.اساسا اين امر بخاطر تنوع بار صنعتي از زماني به زمان ديگر است كه موجب تغيير فركانس تشديد مي شود.

اين تغيير مداوم فركانس تشديد ممكن است موجب تطبيق فركانس تشديد بر فركانس هارمونيك شود كه ممكن است منجر به ولتاژ بالا و جريان بالا كه سبب نقص و خرابي تجهيزات الكتريكي مي شوند ، گردد.بنابراين در هر دو تشديد موازي و سري خازنهاي قدرت متاثر هستند كه بكار گيري دستگاه هاي حفاظتي و ايمني را براي خازنها ايجاب مي نمايد. اين امر درك صحيح بر خازنهاي قدرت را قبل از از اعمال تصحيح بخاطر تاثير هارمونيك ها و تشديد ايجاب مي نمايد.

اعوجاج هارمونیکی

اعوجاج هارمونیک کل یا THD یک پارامتر کیفی بوده و نمایانگرآن است که یک شکل موج یا سیگنال تا چه حد به شکل موج سینوسی نزدیک می‌باشد. مقدار THD بر حسب درصد بیان شده و هرچه میزان THD کمتر باشد شکل موج سینوسی دارای کیفیت بهتری بوده و بلندگو، آمپلی فایر، یوپی‌اس و یا دیگر تجهیزات قادر خواهند بود تا سیگنال‌ها را با کیفیت بهتر انتقال دهند. به طور مثال یک نوازنده ویولن را در نظر بگیرید؛ هر چه این فرد بتواند یک نت را صاف، بدون نویز و یا بدون صداهای مزاحم دیگر بنوازد آنگاه می‌توانیم بگوییم او سیگنالی با اعوجاج هارمونیکی کمتری تولید کرده است.

عوامل ایجاد هارمونیک‌ها

یکی از عوامل ایجاد هارمونیک‌ها به کارگیری المان‌ها و بارهای غیرخطی در سیستم است که باعث ایجاد سیگنال‌های غیرسینوسی جریان و ولتاژ در شبکه قدرت شده که خود موجب پیدایش اعوجاج در موج اصلی جریان و ولتاژ می‌گردد. با گسترش بارهای غیرخطی، اعوجاج ولتاژ در سیستم‌های قدرت شکل می‌گیرد که با انتقال از منبع به سمت بارها به علت امپدانس سیستم میزان آن افزایش می‌یابد. در زیر به سه دسته اساسی از عوامل ایجاد هارمونیک‌ها اشاره می‌گردد. مبدل‌های الکترونیکی قدرت شامل مبدل‌های الکترونیکی قدرت مانند یکسوکننده‌ها و اینورترها می‌باشد. به عنوان نمونه جریان و هارمونیک منبع تغذیه سوئیچینگ که در ورودی شبکه‌ای با حدود ۳۰ کامپیوتر قرار دارد در شکل شماره ۱–۲ آورده شده است. جریان ورودی در شبکه‌هایی با بار کامپیوتری که غیرخطی می‌باشند آنچنانکه در زیر نشان داده شده است از هارمونیک بالایی برخوردار است. با توجه به میزان هارمونیک بالای جریان ورودی این بارها لزوم استفاده از یوپی‌اس‌ها با THD پایین برای حذف وکاهش این هارمونیک‌ها قابل درک است. وسایل فرومغناطیسی این دسته شامل ترانس‌ها و ماشین‌های الکتریکی می‌باشند. تجهیزات تخلیه‌ای شامل لامپ‌های فلورسنت، لامپ‌های بخار سدیم و کوره‌های القایی. از دیگر عوامل تولید هارمونیک‌ها می‌توان به شارژرهای باتری، مبدل‌های فرکانسی، درایورهای سرعت قابل تنظیم (PWM)، بانک‌های خازنی، کامپیوترها، کوره‌های قوس و غیره اشاره نمود.

اثرات هارمونیک‌ها

برای بررسی تأثیر زیان‌بار هارمونیک‌ها می‌توان آنها را به دو دسته کلی تقسیم نمود:

• هارمونیک‌های جریان
• هارمونیک‌های ولتاژ

هارمونیک‌ها باعث افزایش جریان خازن‌ها، تلفات در ترانسفورمرها، موتورها، هادی‌ها و اختلال در عملکرد سیستم‌های کنترل، حفاظتی و ارتباطی می‌گردند. هارمونیک‌های ایجاد شده توسط بارهای غیرخطی می‌توانند بر روی بارهای مرتبط در محل اتصال تأثیر زیادی بگذارند. تأثیر اصلی هارمونیک‌های ولتاژ به صورت زیر طبقه‌بندی می‌گردد گرم شدن اضافی ماشین‌ها و کابل‌های برق خرابی بانک‌های خازنی اثرات هارمونیک‌های جریان را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی نمود: ایجاد تداخل در سیستم‌های مخابراتی که میزان تداخلات بستگی به مسیر و اندازه هارمونیک‌ها دارد. ایجاد تلفات اضافی در ترانس‌ها و ماشین‌های الکتریکی افزایش تلفات در خطوط انتقال از موارد دیگر تأثیر هارمونیک‌ها در وسائل اندازه‌گیری می‌باشد. همچنین هارمونیک‌ها باعث عملکرد نامناسب رله‌ها، کلیدها، فیوزها و سیستم‌های فرمان از راه دور می‌گردند. در یک نتیجه‌گیری کلی می‌توان اثرات هارمونیک‌ها را به چهار دسته اصلی تقسیم نمود. اثرات بر عایق‌های تجهیزات اثرات گرمایی بر تجهیزات عملکرد نامناسبتجهیزات شبکه قدرت تأثیر روی مدارهای ارتباطی

حذف هارمونیک‌ها

یکی از کاربردی‌ترین روش حذف هارمونیک‌ها استفاده از فیلترها است. وظیفه اصلی یک فیلتر جلوگیری از عبور جریان‌های هارمونیکی و یا کاهش آن‌ها در مسیر اصلی است فیلترها به دو دسته کلی اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند. در این جا به چند نوع فیلتر و دیگر روش‌های اصلاح اثرات منفی هارمونیک‌ها در سیستم اشاره می‌نمائیم. به کار بردن مدارات PFC یا تصحیح ضریب توان که برای حذف هارمونیک‌های جریان و به دنبال آن کاهش هارمونیک ولتاژ در سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرند و وظیفه آنها به حداقل رساندن اعوجاج و کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان به صورت یک شبیه‌سازمقاومت است (فیلتر اکتیو). اضافه نمودن فیلتر شنت در سیستم که کاملاً پاسخ آن را تغییر داده و در اکثر موارد، پاسخ را بهبود می‌بخشد. فیلتر شنت هارمونیک‌های جریانی را در نزدیکی منبع تولید اعوجاج اتصال کوتاه نموده و بدین ترتیب علاوه بر برطرف شدن جریان هارمونیک، ضریب قدرت نیز اصلاح می‌گردد همچنین به دلیل صرفه اقتصادی این روش یکی از رایج‌ترین فیلترهای قابل اجرا است. اضافه نمودن رآکتور خطی یا ترانسفورمر به صورت سری به طور قابل توجهی هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهد. رآکتور را بین خازن‌های اصلاح ضریب قدرت و منبع تغذیه قرار می‌دهند تا رزونانس‌های به وجود آمده بین اندوکتانس سیستم و خازن‌های اصلاح ضریب قدرت را بدون تغییر ظرفیت خازن‌ها حذف نماید. تغییر ظرفیت خازن‌ها، که یکی از کم هزینه‌ترین روش‌ها برای سیستم برق شهر و مصرف‌کننده صنعتی است. تغییر مکان خازن به نقطه‌ای دیگر از سیستم که دارای امپدانسی متفاوت است. برداشتن خازن‌ها و به دنبال آن پذیرش اتلاف بالا، ولتاژ کمتر و Power Factor Penalty. در صورتی که این روش بصورت تکنیکالی عملی باشد، از جمله گزینه‌های مطلوب اقتصادی می‌باشد. با پیشرفت ادوات نیمه‌هادی و امکان استفاده از کنترلرهای پیچیده می‌توان حداکثر کنترل را بر روی شکل موج‌های جریان ورودی و یا ولتاژ خروجی یوپی‌اس اعمال نمود.

استانداردهای هارمونیک‌ها

جریان‌های هارمونیک تزریق شده توسط یکی از مصرف‌کنندگان به سیستم می‌تواند بر روی دیگر مصرف‌کنندگان نیز تأثیر منفی داشته باشد. به همین دلیل استانداردهایی برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک‌های جریان توسط هر مصرف‌کننده تألیف شده است. این استانداردها برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک مصرف‌کنندگان در سیستم می‌باشند و بیانگر این است که مصرف‌کنندگان نباید اعوجاج ولتاژ غیرقابل قبول را در سیستم تولید نمایند. همچنین محدودیت‌هایی را نیز برای تمامی اعوجاج‌های هارمونیک ولتاژ تولید شده توسط سیستم اعمال می‌نمایند.

جریان‌های هارمونیک تزریق شده توسط یکی از مصرف‌کنندگان به سیستم می‌تواند بر روی دیگر مصرف‌کنندگان نیز تاثیر منفی داشته باشد. به همین دلیل استانداردهایی برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک‌های جریان توسط هر مصرف‌کننده تالیف شده است. این استانداردها برای محدود نمودن میزان تزریق هارمونیک مصرف‌کنندگان در سیستم می‌باشند و بیانگر این است که مصرف‌کنندگان نباید اعوجاج ولتاژ غیر قابل قبول را در سیستم تولید نمایند. همچنین محدودیت‌هایی را نیز برای تمامی اعوجاج‌های هارمونیک ولتاژ تولید شده توسط سیستم اعمال می‌نمایند.

اصطلاحات استارتاپی که همه‌ی ما باید با آن‌ها آشنا شویم

مفاهیم مهندسی روشنایی

• تشعشع(Glare)

      وقتی جسمی درخشان در میدان دید ما قرارمی گیرد، تصویرایجاد شده در چشم ما  معمولاً روشنتر از بعد از تطبیق چشم به نظر می رسد.

• شدت روشنایى (Illuminance)
1- در واقع چگالی شار درخشندگی بر روی سطح است، که بوسیله واحدFootcandle یا لوکس (Lux در واحدمتریک) اندازه گیری می شود. فرم معمول این خاصیتIlluminance  است.
2-Illuminance  در واقع برای اندازه گیری مقدار خاصیت شار درخشندگی که در سطح ظاهر می شود، است.   Illuminance متاثر از شدت ثبوت نور در جهت سطح و فاصله منبع نور با سطح و زاویه تلاقی نور رسیده به سطح است. به هرحال شدت روشنایى فاکتوری است که با چشم اندازه گیری نمی شود ولی معمول ترین ملاک در طراحی های نوری است.

• لومن Lumen))
واحد پایه ربای اندازه گیری نور است. یک شمع سر میز شام حدود 12 لومن و یک حباب 60 واتی سفید با قدرت بیشتری در حدود 855 لومن، نور صاتع می کند.
اگر ما یک منبع نقطه ای نور یک کندلا در مرکز کره ای به شعاع یک فوت باشد که در حدود یک فوت مربع گشودگی در سطح آن دارد، مشابه چراغی است که یک لومن نور صاتع میکند.
شدت نور: لومن
شار نوری عبوری از واحد زاویه فضایی (استرادیان) شدت نور نام دارد که بر حسب کاندلا سنجیده می شود. زاویه فضایی، زاویه ای است که از مرکز یک کره دیده می شود و سطح آن را در بر می گیرد. اندازه زاویه فضایی برابر است با نسبت اندازه سطح به مجذور شعاع کره. شدت نور در هر نقطه از فضا مستقل از دوری و نزدیکی به منبع نور به یک میزان است اما در جهت های مختلف نسبت به آن مقادیر متفاوتی دارد.
لومن : مقدار نور مرئی که از یک منبع روشنائی دریافت میشود یا میزان شار نوری که از هر استاردیان زاویه فضائی خارج میشود.

• تشعشع (Luminance)
شدت درخشندگی(روشنایی فوتومتریک) هر سطح در یک جهت مشخص به ازای یک واحد مشخص از آن سطح که در همان جهت مشاهده می شود، که با واحد Candela/m^2  اندازه گیری می شود.
شار درخشندگی (Luminous flux)
اندازه تمام نوری است که بوسیله منبع نور تولید می شود. در واقع مقدار نوری است که سطح جسم را بدون در نظر گرفتن جهت آن ترک می کند. یک لامپ 100واتی معمولی نئون، در حدود 1700لومن و یک لامپ 400 وات بخار سدیمی پر فشار درحدود 50000 لومن نور ساطع می کند. نرخ شار درخشندگی هر لامپ بوسیله شرکت های سازنده آن عرضه شده است و لیست مقدار لومن های لامپ های معمولی را می توان در    Lamp Matrix یافت.

• شدت درخشندگی(Candelas)
شدت درخشندگی در واقع شدت امتداد نوری است که در یک جهت مشخص ساطع می شود. در واقع شدت درخشانی یک سیستم نوری در نمودارهای گرافیکی خاصی که منحنی های تغییراتی کندلا یا  Candela  power نامیده میشوند مشخص می شوند. هم نمودارها قطبی وهم کارتزین در صنایع نوری برای این هدف به کار می روند. این اطلاعات معمولا در جدولهای رقومی مورد دسترس است.

• Lux شدت روشنایی
واحد اندازه گیری Illuminanceدر دستگاه متریک است. و در واقع مقدار نور واقع در صفحه ای متر مربعی است که در آن به طور یک نواخت شار نوری یک لومن بر آن بتابد. در واقع 76/10 لوکس مساوی با یک Foot candle است. یک لوکس مساوی با 09/0 Foot candle است. و یک دلوکس مساوی ده لوکس است

1-76/10 لوکس= 1 Foot candle
2- 1 لوکس= 09/0 Foot candle
3- 1 دلوکس= 10 لوکس

چگالی سطحی شار نوری تابیده به یک سطح را شدت روشنایی می نامند که بر حسب لوکس سنجیده می شود. میزان شدت روشنایی لازم برای کاربردهای مختلف، در مراجع پیشنهاد می شود. این پیشنهادات بر اساس دقت پیچیدگی کارهایی که باید انجام شود، ارائه می گردد.
به عنوان مثال برای کارهای ساده ای مانند راه رفتن در راهرو شدن روشنایی مورد نیاز 120 لوکس و در مورد کارهایی مانند مونتاژ ماشین ها و ابزار بسیار ریز که میزان دید انسان اهمیت زیادی دارد، شدت روشنایی بالا در حدود 1000 لوکس مورد نیاز است.
لوکس : واحد شدت روشنائی را به لوکس نشان میدهند و یک لوکس واحد روشنائی تولید شده از فلوی نور یکنواخت یک شمع در سطح یک متر مربع است .
شدت روشنائی در بعضی از محلهای آشنا
سطح خیابان                           30 لوکس
اطاق نشیمن                           100 لوکس
اطاق کار                                300 لوکس
سطح زمین در خورشید زمستان    10000 لوکس
سطح زمین در خورشید تابستان    100000 لوکس

•     شار نوری
شار نوری بیان کننده آهنگ تابش نور از یک منبع نوری است و بر حسب لومن اندازه گیری می شود. یعنی اگر یک منبع نقطه ای نور، با شدت یک کاندلا، درمرکز کره ای به شعاع یک متر قرار بگیرد، سطحی با مساحت یک متر مربع در داخل این کره، شار نوری ای برابر یک لومن دریافت خواهد کرد. هرچه لومن تولید شده توسط یک منبع نور به ازای هر وات توان ورودی بیشتر باشد منبع نور بازدهی بیشتری دارد.

• توزیع شدت نور:
منحنی پخش نور در مختصات قطبی، میزان شدت نور یک لامپ یا چراغ را در صفحه ای نشان می دهد که دقیقاً از مرکز لامپ یا چراغ می گذرد.
شدت نور در زوایای مختلف اطراف یک لامپ در جدولی نشان داده می شود. از آن جا که در بسیاری از حالات، توزیع شدت نوردر اطراف یک چراغ متقارن نیست، منحنی شدت نور را برای صفحات مختلف رسم می کنند. سه صفحه معمول عبارتند از: صفحه عمود بر محور لامپ, صفحه موازی با محور لامپ و صفحه با زاویه 45 درجه نسبت به محور لامپ. پس از انتخاب صفحات، منحنی شدت نور هر صفحه را می توان تهیه کرد. لامپ و ترکیب لامپ و چراغ هر کدام منحنی منحصر به فرد و مخصوص خود را دارد. منحنی شدت نور به طراحی چراغ، جنس پوشش چراغ و نوع بالاست بستگی دارد.

• درخشندگی:
عبارت است از نسبت شدت نور منبع (یا شی بازتابنده نور) به مساحت بخش تابنده منبع (یا مساحت آن بخش از شی که نور را باز می تاباند) هر چه مساحت سطح درخشان کوچک تر باشد، درخشندگی آن بیشتر است.
درخشندگی بر حسب کاندلا بر متر مربع (استیلب) یا کاندلا بر سانتیمتر مربع (نیت) سنجیده می شود. درخشندگی مناسب برای چشم انسان در محدوده 65 تا 6500 نیت است.
درخشندگی یا تراکم نور : اگر دو منبع نورانی که شدت نور برابر ولی اندازه فیزیکی مختلف داشته باشند، اگر به طور پشت سر هم رویت شود منبعی که کوچک تر است درخشنده تر به نظر میرسد. واحد درخشندگی کاندیلا بر متر مربع است (نیت) . یک کاندیلا 60 برابر کوچک تر از شدت نور ساطع شده از یک سانتیمتر مربع سطح جسم سیاه در درجه حرارت 2045 کلوین در جهت عمود بر سطح است .

• بهره وری:
رابطه نور خروجی را با توان ورودی توصیف می کند. بهره وری به صورت لومن بر وات بیان میشود. حداکثر مقدار بهره وری برابر 680 لومن بر وات است که از یک لامپ فرضی که هیچ گونه تلفات ندارد و همه تشعشع آن در طول موج 555/0 میکرون صورت می گیرد به دست می آید. در مورد لامپهای التهابی 8 تا 20 لومن بر وات است که پایین ترین بهره وری را در میان لامپها دارند، برای لامپهای فلورسنت تا حدود 90 لومن بر وات، برای لامپهای جیوه ای تا حدود 50 لومن بر وات و برای لامپهای سدیمی تا بیشتر از 100 لومن بر وات است که بالاترین بهره وری را در میان لامپها دارند.

• چگالی توان ورودی:
مقدار توان بکار رفته برای مقاصد روشنائی در محدوده ای مشخص یا در کل ساختمان را تعریف می کنند و بر حسب وات بر واحد سطح w/m2 بیان می شود.

• دمای رنگ(کلوین):
دمای رنگ بر اساس رنگ تابیده شده از جسمی سیاه در دمای معیین تعریف شده است و بر حسب درجه کلوین بیان میشود. دمای رنگ بیشتر از 4000 درجه کلوین به عنوان نور سرد و دمای رنگ پایین تر از 3000 درجه کلوین به عنوان نور گرم در نظر گرفته می شود .

اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:

محور افقی:  (Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS که نوع رایج آن می باشد.

محور عمودی: (Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی ایرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره های توربینهای بادی را تامین نمایند.

توربینهای محور افقی  

ویژگی روتورهای توربینهای محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می باشد. جریان هوا روی مقطع ایرودینامیکی شکل پره هاحرکت می کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می گردد. ناسل توربینهای محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می باشد. مساحتی که هر کدام از پره ها جاروب می کنند از این فرمول بدست می آید:

که در آن D قطر روتور می باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیما روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربینهای محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. به طوری که کل ناسل می تواند به سمت باد بچرخد.  در توربینهای کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستمهای متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می چرخد.

توربینهای محور عمودی

این توربینها به دو نوع اصلی تقسیم بندی می شوند: Savnoius و Darrieus.

Savnoius مانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می کند در حالی که Darrieus از تیغه هایی مشابه توربینهای محور افقی استفاده می کند. توربینهای محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می گیرند که از مزیتهای آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربینها می توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربینها، باد را از هر جهت مهار می کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربینها به طور خودکار مانند توربینهای محور افقی شروع به کار نمی کنند.

توربین کلاسیک Darrieus از نوع تخم مرغی شکل

توربین 5 پره ای از نوع H-type از انواع توربینهای Darrieus

انواع روتورهای Darrieus

توربین از نوع Savnoius

این نوع توربین در سال 1922 میلادی توسط مهندسی فنلاندی اختراع گردید و در سال 1929 این اختراع به ثبت رسید. این توربین از حداقل 2 نیم استوانه تشکیل شده است.

چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ

توربینهای بادی برپایه نیروی درگ مانند یک بادبان باز عمل می کنند و نیروی باد سطح مورد نظر را جلو می برد. اولین توربینهای بادی که در ایران باستان مورد استفاده قرار می گرفت با این رویکرد کار می کردند. روتور Savonius یک نمونه بسیار ساده از آسیابهای بادی بر پایه نیروی درگ می باشد. این توربینها به چرخش در می آیند چراکه نیروی درگ در ناحیه باز و مقعر این روتورها بسیار بزرگتر و بیشتر از قسمت بسته و محدب آنها می باشد.

چرخش توربینهای بادی بر پایه نیروی لیفت

با استفاده از نیروی لیفت انرژی بیشتری نسبت به نیروی درگ بدست می آید. ولی تنها نیاز آن سطحی ایرودینامیکی شکل می باشد شبیه چیزی که در بالهای هواپیما استفاده می شود. این مقطع ایرودینامیکی برای ایجاد اختلاف فشار بین سطح بالا و پایین و ایجاد یک نیروی خالص عمود بر جهت باد می باشد.

اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی

• روتور: روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.

• پره: یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.

• برج: سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.

• ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.

• سیستم انتقال قدرت: سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین‌های بادی مورد استفاده قرارمی‌گیرد: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای. برای توربین‌های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW 500) مزیت وزن و سایز در گیربکس‌های سیاره‌ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس‌های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین‌های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی‌باشد.

• ژنراتور:  پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون

• گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.

• ترمز:  در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( 1 الی 5 کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.

• سیستم کنترل:  برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.

• سیستم هیدرولیک:  سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

هارمونیک از زمان اولین ژنراتورها در سیستم های قدرت وجود داشت.با این حال ،به علت کوچک بودن اجزای هارمونیک اثرات این نوع امواج بر روی سیستمها قبل از سال 1960 به دلیل فقدان بارهای غیر خطی قابل اغماض میباشد. تقریبا در همین زمان ، یک نوع متفاوت از بار الکترونیکی منابع به عنوان بار غیر خطی مطرح گشت. با آغاز این دوران ،بارهای غیر خطی که در حال حاضر شامل بالاستهای الکترونیکی، منابع تغذیه کامپیوتر ، دستگاه های فکس، کوره های قوس الکتریکی هستند محبوبیت بیشتری یافتند .

اعوجاج هارمونیکی (Harmonic Distortion) اثرات مضری بر روی تجهیزات الکتریکی دارند. اعوجاج هارمونیکی بطور ناخواسته می تواند باعث افزایش جریان در سیستم های قدرت و در راستای آن افزایش دما در هادی خنثی و ترانسفورماتورهای توزیع شده شود.

بالا بودن فرکانس هارمونیک نیز باعث از دست رفتن هسته های اضافی در موتور و در راستای آن منجر به افزایش حرارت در هسته اصلی موتور میشود.بالا بودن فرکانس هارمونیک در مرتبه بالاتر نیز می توانید باعث ایجاد تداخل در خطوط انتقال ارتباطات شود .

افزایش درجه حرارت و تداخل تا حد زیاد ، می تواند باعث کاهش طول عمر تجهیزات الکترونیکی و منجر به صدمه دیدن سیستم های قدرت شود.

درک تمامی ابعاد مربوط به اعواج هارمونیکی به علت پیچیدگی آن کم و بیش سخت و گیج کننده می باشد. اما در کل میتوان اعواج هارمونیکی را به این صورت بیان کرد:یک سیستم قدرت با یک بارالکتریکی را در نظر بگیرید

حال یکی از دو نوع بار خطی و غیر خطی را در سیستم فرض کنید که ما در اینجا بار خطی سینوسی در نظر گرفته ایم شکل زیر این نوع بار را بدون خطا نشان میدهد.

در صورت خطا دار بودن موج سینوسی این موج میتواند به صورت زیر تغییر شکل دهد

هرچقدر که میزان خطا در شکل موج بر اساس ولتاژ بیشتر باشد بههمان اندازه شکل موج سینوسی تغییر پیدا خواهد کرد.

اعواج هارمونیک دارای فرکانس میباشند که به عنوان مضرب صحیح برای فرکانس اصلی در نظر گرفته میشوند به عنوان مثال وقتی شما فرکانس را 60Hz و اجزای هارمونیک را 2nd ,3rd,4th ,5th معرفی میکنید در واقع مقادیر فرکانس به ترتیب 120Hz, 180Hz, 240Hz, 300Hz میباشد

اعواج هارمونیک که نشان دهنده ای درجه ای انحراف یک شکل موج از شکل موج سینوسی خالص می باشد از مجموع اجزای هارمونیک بدست می آید. زمانی که هارمونیک موج سینوسی صفر میباشد یعنی هیچ خطایی د رآن وجود ندارد.

با کاهش میزان هارمونیک و THD میتوان طول عمر و نحوه عملکرد سیستمهای قدرت را بهبود بخشید.

مقدار THD در دستگاههای UPS معمولا باید کمتر از 5% باشد که این مقدار در یو پی اس نیروسان کمتر از 0.05 و بیشتر از 0.02 میباشد.