125,000 تومان
در ادامه بخش هایی از موضوعات بحث شده در این سمینار آمده است.
تعریف هارمونیک
بنا به تعریف شبکه قدرت ایدهآل، شبکه ای است که در آن انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فرکانس ثابت و سطح ولتاژ مشخصی از سوی نیروگاه ها به مراکز مصرف منتقل گردد.
از اين رو، كاركرد صحيح و مطلوب این گونه تجهيزات، مورد نظر افراد میباشد و كيفيت توان به عنوان يكي از شاخصه هاي رشد صنعتي، توجه مهندسان برق را به خود جلب كرده است. يكي از مشكلات كيفيت توان، اعوجاج هارمونیکها میباشد. بروز هارمونیکها در سیستمهای قدرت ناشي از استفاده از عناصر غيرخطي در شبكه میباشد. مسائل هارمونيكي با بسياري از قوانين طراحي سیستمهای قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلي متغير است. هارمونیکها حالتهای متناوبي هستند، كه فركانس آنها مضرب صحيحي از فركانس اصلي میباشد.
۱- اثرات هارمونیک
اثراتي همانند گرم شدن موتورها و خرابي عايق بندي آن، ايجاد اغتشاش و نويز در سیستمهای مخابراتي، كاركرد نامطلوب بارهاي حساس و افزايش تلفات ترانسفورماتورها از جمله اثرات وجود هارمونیکها در شبكه میباشد. در ابتدای استفاده از انرژی الکتریکی، در چرخه توليد و توزيع اين مشكلات ديده میشد، اما با پيشرفت تكنولوژي در سالهای اخير و استفاده از مبدلهای الكترونيك قدرت به عنوان منبع موثر در توليد اعوجاج هارمونيكي افزايش چشمگيري داشته است. پيشرفت الكترونيك قدرت و بالطبع آن وجود بارهاي غير خطي سبب اصلي بروز اين اعوجاجات شدهاند. در بخشهای وسيع، میتوان به كارخانه هاي فولاد، ذوب آهن، HVDC ها، و وسايل حمل و نقل الكتريكي همانند مترو اشاره كرد. اما در سطوح کوچکتر، كاربرد روزافزون كامپيوترها باعث ايجاد مشكلاتي شده است. منابع تغذیه كامپيوترها كه از عناصر نيمه هادي و کلید زنی استفاده میکنند و به دليل تعداد زيادي وسايل در ادارات و مجتمعهای تجاري، مشكلات جديد هارمونيكي را پديد آوردهاند. جهت بهبود كيفيت توان، روشهایی همچون حفاظت از بارهاي حساس، جلوگيري از عبور جريان هارمونيكي بارهاي غير خطي به درون شبكه و طراحي بارها به گونه اي كه هارمونيك كمتري توليد كنند، مد نظر قرار گرفته است. بارهاي حساس را جهت حفاظت، میتوان با استفاده از ترانسفورماتور و يا UPS از شبكه ايزوله كرد. فيلترهاي پسیو (سري و موازي) را براي جلوگيري از عبور جريان هارمونيكي در مدار قرار میدهند. عملكرد اين گونه فيلترها حساس بوده و ممكن است مشكلات هارمونيكي را دوچندان كند. با پيشرفت علم، يكي از تکنیکهای حذف هارمونیکها، انتقال هارمونیکها به فرکانسهای بالا میباشد. كاربرد اين مبدلها، در فيلترهاي اكتيو است. فيلترهاي اكتيو سري و موازي و تركيب اين دو جزء بهبود دهنده هاي فعال خطوط قدرت میباشند. قيمت بالا، تلفات زياد و تداخل الكترومغناطيسي از معايب اين فيلترهاست. فيلتر اكتيو سري، معادل با منبع ولتاژ كنترل شده و فيلتر اكتيو موازي، معادل با منبع جریان كنترل شده میباشد.
پروژه شبیه سازی فیلتر اکتیو شنت در سیملوینک متلب
اولین پیامد وجود عناصر غیر خطی در شبکه، بروز هارمونیکها در سیستم قدرت میباشد، که با توجه به گسترش فزاینده استفاده از این عناصر در سیستمهای قدرت مانند مبدلهای الکترونیکی قدرت و راهاندازها (درایورهای تنظیم سرعت و ولتاژ) مقادیر هارمونیک در شکل موجهای جریان و ولتاژ به طور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع را به مراتب بیشتر از قبل حساس و آشکار نموده است. این امر منجر به تحقیقات و بررسی مسائلی در مورد هارمونیکها گردید که نتایج آن به وجود آمدن نقطه نظرات متعددی در مورد کیفیت برق بود و به نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز به عنوان مهمترین مسئله کیفیت برق مطرح میباشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستمهای قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایرت دارد.بنابراین مهندسین برق با پدیده های ناشناخته زیادی روبرو هستند که برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آنها نیازمند ابزار و تجهیزات پیشرفته ای میباشند. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی بسیار دشوار و پیچیده است ولی خوشبختانه همه سیستمهای قدرت دارای مشکلات هارمونیکی نیستند و فقط درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستمهای توزیع تحت تاثیر عوامل ناشی از هارمونیکها قرار میگیرند.
مشتركين برق در صورت وجود هارمونيكها مشكلات و خسارات زيادي از شركتهاي برق را تحمل ميكنند. مشتركين صنعتي كه از محركههاي موتور با قابليت تنظيم سرعت، كورههاي قوس الكتريكي، كورههاي القايي، یکسو کنندهها، اينورترها، دستگاههاي جوش و نظاير آن استفاده ميكنند، نسبت به مسائل ناشي از اعوجاج هارمونيكي ضربهپذیر تر از بقیه مشتركين ميباشند.اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد در سيستمهاي قدرت به شمار نميرود. نگراني ناشي از اعوجاج در بسياري از دورههای سیستم 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 به دلیل 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 سالها پژوهشگران متوجه شدهاند كه اگر سيستم انتقال به نحو مناسبي طراحي گردد، به نحوي كه بتواند مقدار توان مورد نياز بارها را به راحتي تأمين نمايد، احتمال ايجاد مشكلات ناشي از هارمونيكها براي سيستم قدرت بسيار كم خواهد بود، 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 و امكان ايجاد اين مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولي شرايط بدتر در سيستمهاي صنعتي به دلیل درجه زيادي از تشديد رخ ميدهد.
سطوح هارمونیکهای جریان و ولتاژ در سیستم توزیع، دائم در حال افزایش هستند. یک دلیل مهم استفاده گسترده از وسایلی است که تولید هارمونیک مینمایند. وسایل کنترل کننده تریستوری، 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 میشوند و عموماً به سبب قیمت پایینتر، بازده بیشتر و نگهداری ساده تر جایگزین دیگر وسایل شدهاند. دلیل دیگر افزایش هارمونیکها، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور های توزیع است که کاربرد پذیری آنها عملاً بیشتر و بیشتر میشود.بعنوان دلیل سوم استفاده از خازنهای شنت را میتوان نام برد، خازنها در هیچ شرایطی تولید هارمونیک نمینمایند. اما نصب خازنهای 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 میسازد و تمایل به سوی ظرفیت بیشتر و ولتاژ بالاتر سیستمهای توزیع در سطوح هارمونیک اثر خواهد گذاشت. پوششهای وسیع سیستمها همراه با تمایل به سوی حلقه های شبکه طویلتر مدار تلفن، رویارویی 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 کانورترهای قدرت با ظرفیت بالاتر از این فیدرها در نتیجه مقدار بیشتر منابع و جریان هارمونیک از شبکه نیرو کشیده خواهد شد.
بانکهای خازن تصحیح کننده ضریب قدرت به تعداد زیادتر یا در اندازه بزرگتر منجر به ترکیبات بیشتر پارامترهای مدار برای تولید حلقه های رزونانس میشوند، ایستگاه های کششی قدرت (مانند مترو، تراموا) برای ترانزیت سریع از سیستمهای توزیع تغذیه شده، به علت آمیختن با بارهای تجاری و مسکونی عموماً سطوح هارمونیک محیطی را افزایش میدهند.
بیشتر صنایع آلومینیوم در فرآیند تولیدات خود از سیستمهای DC استفاده مینمایند. این تأسیسات هارمونیک بالا را تولید میکنند. خلاصه آنکه کوچکترین تردیدی باقی نمیگذارد که هارمونیکها بدون کنترل در سیستمهای قدرت در حال افزایش و توسعه میباشند.
در این بخش سعی خواهد شد ضمن شناسائی منابع تولید هارمونیک به صورت فشرده، به اثرات زیان آور آنها بر روی دستگاهها و روشهای کنترل و همچنین تقلیل آنها نیز اشاره گردد. منابع تولید هارمونیک را میتوان به سه گروه تقسیم بندی نمود.
۱-۳-منابع وابسته به عناصر نیمه هادی
با استفاده روز افزون از عناصر نيمه هادي و المانهاي غيرخطي نظير ديود، تريستور و … در شبكههاي قدرت عامل جديدي براي ايجاد هارمونيك در سيستمهاي قدرت به وجود آمده است. كاربرد اين عناصر را ميتوان در تجهيزات الکتریکی و سيستمهاي قدرت زير به عنوان برخی از منابع تولید هارمونیک مشاهده کرد :
سیستمهای انتقال HVDC دارای دو ایستگاه مبدل در ابتدا و انتهای خط DC میباشند که یکی در حالت یکسوکنندگی و دیگری در وضعیت اینورتری کار میکند که این ایستگاه های مبدل حاوی پلهای سه فاز تریستوری میباشند و همانگونه که میدانیم این پلها یکی از مهمترین تولید کنندگان هارمونیک میباشند. ولی به دلیل عدم وجود سیستم HVDC در شبکه سراسری برق ایران فعلاً از این نوع هارمونیکها در امان هستیم.
۲-۳- منابع هارمونیک غیر وابسته به عناصر نیمه هادی
در ماشینهای القایی مهمترین هارمونیکها عمدتاً به دلیل تغییر در مقاومت مغناطیسی ایجاد شده به واسطه شیارها در روتور استاتور تولید میشوند. 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 کاربردی حذف کامل ترتیبهای پایینتر هارمونیک را نشان نمیدهند، زیرا مدار ترانسفورماتور و نامتعادلی در آتش تریستور وجود داشته که در ملاحظات تئوریکی طرحهای اصلاحی در نظر گرفته نمیشود.
هارمونیکهای مرتبه سوم یکی از مهمترین موضوعات در سیستمهای با اتصال ستاره زمین شده است که جریان در نوترال آنها وجود دارد. دو مشکل عمده که ممکن است در سیستم قدرت به وجود آید شامل اضافه بار نوترال و تداخلات تلفنی میباشد. چيزي كه اغلب در ارتباط با وسايل شنيده ميشود بد كار كردن آنها است. زيرا ولتاژهاي فاز به نول توسط افت ولتاژ با هارمونيكهاي مضرب سوم كه در سيستم نول به وجود ميآيد به طور بدي مغشوش خواهد شد. در شکل (۲-۵) جريانهاي زياد نول در مدارهايي كه بار تك فاز غيرخطي دارند را نشان میدهد. در این شکل فرض بر اين است كه مولفههاي هارمونيك اصلي و سوم وجود خواهند داشت. با جمع جريانها در گره N ، جزء جريان اصلي در نول صفر خواهد شد، ولي جزءهاي هارمونيك مضرب سوم ، سه برابر جريانهاي هارمونيك مضرب سه فاز ميباشد، زيرا فازور زمان آنها به طور طبيعي روي هم قرار خواهد گرفت.
این سمینار دارای فایل شبیه سازی در سیمولینک متلب می باشد. در صورت تمایل برای دریافت آن با مدیر سایت تماس حاصل فرمایید.