هارمونیک به چه معناست؟

هارمونیک ها بخشی جدایی ناپذیر از شبکه برق هستند و منابع تولید هارمونیک هر روز به شبکه اضافه می شوند. بنابراین آگاهی از هارمونیک ها، منابع تولید آنها و تأثیر آنها بر تجهیزات الکتریکی بسیار بااهمیت است. در تعریف هارمونیک می توان گفت اگر جریان یا ولتاژ از حالت سینوسی خارج شود و یا در سیسنوسی کامل نباشد، دچار هارمونیک شده است. امواج هارمونیک در فرکانس‌های خاصی عمل می‌کنند که همان ترتیب فرکانس موج اصلی است. هارمونیک ها ولتاژهای سینوسی با فرکانس هایی هستند که فرکانس آنها مضربی صحیح از فرکانس اسمی سیستم (50 هرتز) است. به طور کلی، هر موج تناوبی را می توان به عنوان مجموعه ای از امواج سینوسی تعریف کرد.

هارمونیک چیست؟

هارمونیک (Harmonics) به سادگی به معنای ولتاژها و جریان های الکتریکی ناخواسته است که در فرکانس های خاصی در یک سیستم قدرت الکتریکی رخ می دهد. فرکانس هارمونیک معمولاً مضربی از فرکانس واقعی سیگنال ولتاژ یا جریان سینوسی سیستم است. وجود هارمونیک ها باعث کاهش کیفیت توان و اختلال در عملکرد سیستم می شود. هارمونیک ها معمولا به دو دسته اصلی طبقه بندی می شوند:

1. هارمونیک ولتاژ: نوسانات یا تغییرات ناخواسته در ولتاژ یک سیستم الکتریکی که امواج سینوسی با فرکانس های خاص ایجاد می کند.

2. هارمونیک‌ جریان: نوسانات یا تغییرات ناخواسته در شکل موج یک جریان الکتریکی که باعث ایجاد جریان های سینوسی نامتقارن و نامتعادل در یک سیستم می شود.

تاثیرات ناخواسته هارمونیک

– افزایش مقدار موثر جریان ها
– افزایش جریان جریان از نقطه مرکزی سیستم.
– اشباع ترانس
– ایجاد اختلال در کارکرد تجهیزات جریان ضعیف
– تریپ های ناخواسته

دلایل ایجاد هارمونیک در سیستم‌های برق

هارمونیک در سیستم های الکتریکی می تواند به دلایل مختلفی رخ دهد. یکی از دلایل اصلی این مشکل وجود وسایل الکتریکی غیر خطی مانند ماشین های متحرک، ماشین های تغییر فرکانس و تجهیزات الکترونیکی است که می توانند شکل موج های جریان و ولتاژ را تغییر دهند. عوامل دیگری مانند اتصال چندین دستگاه الکتریکی به یک خط برق و همچنین تولید هارمونیک های ناشی از سیستم های توزیع و انتقال نیرو نیز می تواند باعث تشکیل هارمونیک در سیستم قدرت شود. علاوه بر این، استفاده از وسایل الکترونیکی مانند کلیدهای برق و اینورترها می تواند باعث ایجاد هارمونیک شود. این هارمونیک ها می توانند باعث ایجاد مشکلاتی مانند دماهای بالا، افزایش اتلاف توان و کاهش عمر مفید تجهیزات به دلیل قطع جریان الکتریکی شوند.

تولید کننده‌های هارمونیک

رایج ترین تولید کنندگان هارمونیک که بارهای غیر خطی هستند عبارتند از:

1- یو پی اس
2- کنترل کننده دور موتور AC
3- کنترل کننده موتور DC
4- مبدل فرکانس
5- دیمر روشنایی
6- اینورتر
7- شارژ باتری
8- کوره قوسی
9- دستگاه جوش قوسی
10- بالاست الکترونیکی
11- کوره القایی
12- منبع تغذیه سوئیچینگ

کنترل هارمونیک چگونه است؟

هارمونی ها زمانی مشکل ساز می شوند که یکی از حالت های زیر را داشته باشند:

1. منبع تولید هارمونیک جریان بالایی دارد.
2. جریان هارمونیک مسیر طولانی تری دارد زیرا مسیر طولانی تر باعث اعوجاج ولتاژ بیشتر می شود.

با این حال، روش های اصلی کنترل هارمونیک عبارتند از:

کاهش مقدار جریان تولید شده توسط بار در هارمونیک ها

فیلترهایی را برای ایجاد مسیری برای هارمونیک ها یا جلوگیری از ورود هارمونیک ها به سیستم یا وارد کردن جریان هارمونیک به خانه اضافه کنید.

تغییر پاسخ فرکانسی سیستم با استفاده از فیلترها، اندوکتانس ها و خازن ها

تأثیرات هارمونیک بر سیستم برق

هارمونیک ها می توانند اثرات مخربی بر سیستم های برق داشته باشند، از جمله:

اتلاف انرژی و کاهش کارایی

وجود هارمونیک باعث افزایش تلفات در سیستم و کاهش کارایی و راندمان تجهیزات می شود. این امر منجر به هدر رفتن انرژی و افزایش هزینه های تولید و انتقال برق می شود.

گرمای اضافی و خرابی تجهیزات

جریان های هارمونیک گرمای زیادی در تجهیزات ایجاد می کند و می تواند عمر مفید آن را در طول زمان کوتاه کند.

پدیده های رزونانس و نوسانات اضافه ولتاژ

تداخل هارمونیک می تواند باعث ایجاد پدیده رزونانس در سیستم شود که تأثیر قابل توجهی بر ولتاژ دارد.

ایجاد نویز و مشکلات ارتباطی

هارمونیک ها باعث ایجاد تداخل در ارتباطات تلفن، رادیو، تلویزیون و داده ها می شوند.

خطا در عملکرد تجهیزات حفاظتی

هارمونیک ها می توانند باعث فعال شدن نامناسب تجهیزات حفاظتی و قطع برق ناخواسته شوند.

اعوجاج هارمونیک کل یا THD چیست؟

اعوجاج هارمونیک کامل یا THD (Total Harmonic Distortion) واحدی برای اندازه گیری سطح اعوجاج در موج ناشی از وجود هارمونیک است. THD نسبت مولفه هارمونیک کل به شکل موج اصلی است که به صورت درصد بیان می شود و نشان می دهد که چقدر شکل موج با یک موج سینوسی مطابقت دارد. هر چه مقدار THD کمتر باشد، کیفیت موج سینوسی بهتر و تاثیر منفی و اتلاف انرژی بر شبکه الکتریکی کمتر می شود. طبق استاندارد، بهتر است این عدد کمتر از ده درصد باشد. هارمونیک های ایجاد شده توسط بارهای غیر خطی می توانند باعث تلفات در ترانسفورماتورها، موتورها، خطوط انتقال و همچنین اختلال در عملکرد سیستم های کنترل و حفاظت شوند.