تحقیق و بررسی در مورد ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک

اختصاصی از سورنا فایل تحقیق و بررسی در مورد ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 2

 ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک

ترانسفورماتورهای مقاوم عامل K

هارمونیک های تولید شده توسط بارهای غیر خطی می توانند مشکلات حرارتی و گرمائی خطرناکی را در ترانسفورماتورهای توزیع استاندارد ایجاد نمایند . حتی اگر توان بار خیلی کمتر از مقدار نامی آن باشد ، هارمونیک ها می توانند باعث گرمای بیش از حد و صدمه دیدن ترانسفورماتورها شوند . جریان های هارمونیکی تلفات فوکو را بشدت افزایش می دهند . بهمین دلیل سازنده ها ، ترانسفورماتور های تنومندی را ساخته اند تا اینکه بتوانند تلفات اضافی ناشی از هارمونیک ها را تحمل کنند . سازنده ها برای رعایت استاندارد یک روش سنجش ظرفیت، بنام عامل Kرا ابداع کرده اند . در اساس عامل K نشان دهنده مقدار افزایش در تلفات فوکو است . بنابراین ترانسفورماتور عامل Kمی تواند باری به اندازه ظرفیت نامی ترانسفورماتور را تغذیه نماید مشروط براینکه عاملK بار غیر خطی تغذیه شده برابر با عامل K ترانسفورماتور باشد . مقادیر استاندارد عامل K برابر با 4 ، 9 ، 13 ، 20 ، 30 ، 40 ، 50 می باشند. این نوع ترانسفورماتورها عملا" هارمونیک را از بین نبرده تنها نسبت به آن مقاوم می باشند.

ترانسفورماتور HMT ( Harmonic Mitigating Transformer )

نوع دیگر از ترانسفورماتورهای سازگار با هارمونیک ترانسفورماتورهای HMT هستند که ازصاف شدن بالای موج ولتاژ بواسطه بریده شدن آن جلوگیری می کند. HMT طوری ساخته شده است که اعوجاج ولتاژ سیستم واثرات حرارتی ناشی از جریان های هارمونیک را کاهش می دهد. HMT این کار را از طریق حذف فلوها و جریان های هارمونیکی ایجاد شده توسط بار در سیم پیچی های ترانسفورماتور انجام می دهد.

چنانچه شبکه های توزیع نیروی برق مجهز به ترانسفورماتورهایHMT گردند می توانند همه نوع بارهای غیر خطی ( با هر درجه از غیر خطی بودن ) را بدون اینکه پیامدهای منفی داشته باشند، تغذیه نمایند. بهمین دلیل در اماکنی که بارهای غیر خطی زیاد وجود دارد از ترانسفورماتور HMT بصورت گسترده استفاده می شود .

مزایای ترانسفورماتورHMT :

·         می توان از عبور جریان مؤلفه صفر هارمونیک ها ( شامل هارمونیک های سوم ، نهم و پانزدهم ) در سیم پیچی اولیه ، از طریق حذف فلوی آنها در سیم پیچی های ثانویه جلوگیری کرد .

·         ترانسفورماتورهای HMT با یک خروجی در دو مدل با شیفت فازی متفاوت ساخته می شوند. وقتی که هر دو مدل با هم بکار می روند می توانند جریان های هارمونیک پنجم، هفتم، هفدهم و نوزدهم را درقسمت جلوئی شبکه حذف کنند .

·         ترانسفورماتورهای HMT با دو خروجی می توانند مولفه متعادل جریان های هارمونیک پنجم، هفتم ، هفدهم و نوزدهم را در داخل سیم پیچی های ثانویه حذف کنند .

·         ترانسفورماتورهای HMT با سه خروجی می توانند مولفه متعادل جریانهای هارمونیک پنجم، هفتم ، یازدهم و سیزدهم را در داخل سیم پیچی ثانویه حذف کنند .

·         کاهش جریان های هارمونیکی در سیم پیچی های اولیه HMT باعث کاهش افت ولتاژهای هارمونیکی و اعوجاج مربوطه می شود .

·                      کاهش تلفات توان بعلت کاهش جریان های هارمونیکی .

بعبارت دیگر ترانسفورماتورHMT باعث ایجاد اعوجاج ولتاژ خیلی کمتری در مقایسه با ترانسفورماتورهای معمولی یا ترانسفورماتور عامل K می شود .

تحقیق و بررسی در مورد اثر هارمونیک ها بر خازن ها

اختصاصی از سورنا فایل تحقیق و بررسی در مورد اثر هارمونیک ها بر خازن ها دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

اثر هارمونیک ها بر خازن ها

نقش خازنها به عنوان المان های الکتریکی و الکترونیکی کارآمد در صنایع مربوط به تولید و انتقال و توضیع امروزی غیر قابل انکار است بگونه ای که دیگر هرگز نمی توان چنین صنایعی را بدون وجود خازنهای نیرو متصور شد.از این رو شناخت کامل خازنها و عوامل تاثیر گذار برآنها و حفظ و نگهداری و نظارت دقیق بر آنها ، برای افزایش طول عمر خازن ها و کار کرد بهینه آنها امری است الزامی و اجتناب ناپذیر.

کلید واژه- خازن قدرت ، فرکانس ، هارمونیک ها.

مقدمهدرسالهای اولیه هارمونیکها در صنایع چندان رایج نبودند.به خاطر مصرف کننده های خطی متعادل. مانند : موتورهای القایی سه فاز،گرم کنندها وروشن 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 6 / 12 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. در این مقاله سعی شده است تا بزبانی هرچه ساده تر توضیحی در مورد نحوه عملکرد هارمونیک ها و راه کاری برای دوری از تاثیر گذاری آنها بر خازنها ی نیرو ارائه شود.

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 3 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 3 هریک تلاش می کنند که دیگری را خنثی نمایند. ولی در مدت زمانی که بار نا متعادل است این هارمونیک های زوج و مرتبه 3 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. برای فهم بهتر تاثیر هارمونیک ها ، شکل زیر تاثیر تخریب هارمونیک پنجم بر شکل موج سینوسی را نشان می دهد :

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 (Magnetic Interfrence) و همچنین موجب افزایش اتلاف در شبکه های توزیع می شوند. هارمونیکهای جریان وابسته به بار اند ، در حالی که سطح هارمونیکهای ولتاژ به پایداری سامانه تغذیه و هارمونیکهای بار (هارمونیکهای جریان) بستگی دارد. عموما هارمونیک های ولتاژ از هارمونیک های جریان کمتر خواهند بود.    

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 حای 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 که در شکل زیر نشان داده شده است.

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.شکل داده شده زیر رفتار امپدانس خالص در وضعیت تشدید سری را نشان 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

هارمونیک ها و کیفیت برق

اختصاصی از سورنا فایل هارمونیک ها و کیفیت برق دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل:خقی

تعدادصفحات:111 صفحه

مقدماتی هارمونیک ها

(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.

مقاله در مورد تحلیل هارمونیک در مبدل های قدرت

اختصاصی از سورنا فایل مقاله در مورد تحلیل هارمونیک در مبدل های قدرت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه163

بخشی از فهرست مطالب

چکیده................................................................................................................ 1

مقدمه ................................................................................................................ 2

فصل 1 کلیات .................................................................................................... 4

• تعریف هارمونیک ........................................................................................................................... 5
• ضریب اعوجاج کلی ....................................................................................................................... 7

فصل 2  مبدل های قدرت ..............................................................................0 1

• مقدمه ............................................................................................................................................. 11
• کاربردهای اینورتر ........................................................................................................................ 14

فصل 3  علل ایجاد هارمونیک ....................................................................... 21

• منابع ایجاد هارمونیک ................................................................................................................ 22
• مبدل های الکتریکی قدرت ....................................................................................................... 24
• منابع جدید تولید هارمونیک ..................................................................................................... 32
• صرفه جویی انرژی و کنترل موتورها ....................................................................................... 34
• مدولاسیون ضربه ای منقطع (PBM) ...................................................................................... 38

فصل 4   اثرات هارمونیک .............................................................................. 41

• اثرات هارمونیک ............................................................................................................................ 42
• اثرات هارمونیک بر خازن ها ...................................................................................................... 49
• اثرات هارمونیک بر ماشین های آسنکرون ............................................................................. 53
• اثرات هارمونیک بر عملکرد رله ها ........................................................................................... 54
• اثرات هارمونیک بر کلیدها ......................................................................................................... 58
• اثرات هارمونیک ب عایق ها ...................................................................................................... 59
• اثرات هارمونیک بر فیوزها ......................................................................................................... 60
• اثرات هارمونیک بر سیستم های مخابراتی ............................................................................ 60
• تاثیرات دیگر هارمونیک ها ........................................................................................................ 61

فصل 5  روش های کاهش هارمونیک ........................................................... 62

• مقدمه ............................................................................................................................................ 63
• فیلترهای پسیو ............................................................................................................................ 64
• فیلترهای اکتیو ............................................................................................................................ 64
• مدولاسیون پهنای پالس ........................................................................................................... 71
• انواع روش های مدولاسیون عرض پالس ............................................................................... 78
• حذف هارمونیک به کمک ترانسفورمر .................................................................................... 88
• تحلیل مدولاسیون سینوسی .................................................................................................... 89
• نکات تکمیلی ............................................................................................................................... 98
• اینورتر 3 فاز ................................................................................................................................. 99
• مبدل های چندسطحی ............................................................................................................ 115
• حذف هارمونیک های مرتبه پائین در اینورترهای چند سطحی ..................................... 116

فصل 6   شبیه سازی در نرم افزار MATLAB .......................................... 133

• مقدمه ........................................................................................................................................... 134
• شرح مدار .................................................................................................................................... 134

نتیجه گیری ........................................................................................................................................ 147

منابع ......................................................................................................................................................... 148

چکیده

در این پروژه به بررسی انواع هارمونیک های ناشی از عناصر غیر خطی همچون مبدل های الکترونیک قدرت،راه اندازها و درایورهای تنظیم سرعت در پروژه های قدرت و بررسی علل آنها و همچنین روش های کاهش و حذف این هارمونیک ها پرداخته شده است.

1-1 مقدمه

استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید. بسیاری از مهندسان برق در مورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط سیستم های قدرت به بحث و تبادل نظر پرداختند

پیش بینی های نگران کننده ای از سرنوشت سیستم های قدرت در صورت اجازه استفاده از این تجهیزات انجام گرفت . در حالی که بعضی از این پیش بینی ها بیش از حد قلمداد می شد ، ولی بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون آنها ، بدلیل پیگیری درباره این مسئله نوظهور می باشد . بروز هارمونیک ها در سیستم های قدرت ناشی از استفاده عناصر غیرخطی در شبکه می باشد . عناصر غیر خطی در سیستمهای برق ، مانند :

راه اندازها ، درایورهای تنظیم سرعت ، مبدل های الکترونیک قدرت و غیره مقدار هارمونیک شکل موج جریان و ولتاژ بطور چشمگیری افزایش یافته که در نتیجه منجر به تحقیقاتی شد که نتایج آن نقطه نظرات متعددی در مورد کیفیت برق بود .

به نظر برخی از محققان ، اعواج هارمونیکی هنوز مهم ترین مسئله کیفیت برق می باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایر است . بنابراین مهندسین برق با پدیده های نا آشنایی روبرو می شوند که لازمه دانستن ریاضی خاص و نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تجزیه تحلیل آنها دارد . اگر چه تحلیل مسائل هارمونیکی می تواند دشوار باشد اما درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستمهای توزیع تحت تاثیر عوامل ناشی از هارمونیک ها قرار می گیرند.

مصرف کننده های برق خود هم می توانند تولید کننده هارمونیک باشند و هم در صورت وجود هارمونیک مشکلات زیادتری از تولید کننده های برق تحمل می کنند . اعوجاج هارمونیکی در بسیاری از دوره ها در سیستم های قدرت جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است .

جستجوی کتب و منابع و مطالب تکنیکی دهه های قبل و اخیر نشان می دهد که مقالات مختلفی در رابطه با این موضوع انتشار یافته است . اولین منابع هارمونیکی ترانسفورماتورها بودند و نخستین مشکل نیز در سیستم های تلفن پدید آمد.

استفاده از لامپ های قوس الکتریکی بدلیل مولفه های خاص هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدل های الکترونیک قدرت درسالهای اخیر نبوده است. با پیشرفت تکنولوژی در سالهای اخیر استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت نیز افزایش چشمگیری داشته است. در طی سالهای اخیر پژوهشگران متوجه شده اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی شود به نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تامین کند ، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیک ها برای سیستم های قدرت بسیار کم خواهد بود ، گرچه این هارمونیک ها موجب مسائلی در سیستم های مخابراتی می شوند . اغلب در سیستم های قدرت مشکلات زمانی بروز  می کنند که خازنهای موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی شوند . در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها ، بسیار بیشتر از مقادیر معمول می گردند امکان ایجاد این مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم های صنعتی بدلیل درجه زیادی از تشدید رخ می دهد .

فصل اول

کلیات

1-2 تعریف هارمونیک :

امروزه واژه هارمونیک در رابطه با مسائل سیستم قدرت بسیار بکار می رود . جهت درک بیشتر به پاره ای از مفاهیم مربوط به هارمونیک های سیستم قدرت پرداخته می شود.

اساسا هر موج متناوبی می تواند بوسیله مجموعه ای از موج های سینوسی توصیف گردد که این مجموعه بنام سری فوریه (ریاضی دان معروف فرانسوی 1830-1768) است .

  (1-2-1)

سری مربوطه به دو بخش قابل تفکیک می باشد .

(1-2-2)

(1-2-3)

فرکانس هر یک از موج های سینوسی این مجموعه ضریب صحیحی از فرکانس موج تناوبی اولیه یا پایه می باشد . هر جمله از این سری بعنوان یک هارمونیک فرکانس پایه تعریف می گردد . جمله ای که فرکانس آن همان فرکانس پایه است هارمونیک اول یا بعضی اوقات پایه نامیده می شود و جمله ای که فرکانس آن دو برابر فرکانس پایه است هارمونیک دوم و بقیه به همین صورت نام گذاری می گردند . فرکانس 60 هرتز به این معنی می باشد که 60 بار در ثانیه نوسان دارد.

شکل موج افزایش یافته تا ماکزیمم مقدار بالا رفته سپس تا صفر کاهش پیدا می کند و در ادامه این کاهش تا ماکزیمم مقدار منفی کاهش پیدا می کند و سپس دوباره به صفر برمی گردد .

بر آورد هر کدام از این تغییرات که اتفاق می افتد به تابعی به نام شکل موج سینوسی نشان داده شده در شکل زیر برمی گردد این تابع در مقدار زیادی از آثار طبیعی اتفاق می افتد از قبیل حرکت رفت و برگشت آونگ یا ارتعاش رشته های ویلون زمانی که آنرا به صدا درمی آورند . فرکانس های مختلف هارمونیک به فرکانس بنیادی و اصلی وابسته می باشند .

شکل 1-1 شکل موج سینوسی پایه

برای مثال : هارمونیک دوم در یک سیستم 60 هرتز برابر 60×2 یعنی 120 هرتز ، هارمونیک سوم برابر 180 هرتز و هارمونیک n ام برابر n×60  هرتز می باشد.

شکل زیر نشان می دهد که چگونه یک سیگنال با دو هارمونیک در اسیلوسکوپ ظاهر می شود.

شکل 1-2 جمع دو هارمونیک

در مدل کردن فرکانس های مختلف با استفاده از سری فوریه 2 پروسه مختلف وجود دارد.

(Frequency Fourier Transform) FFT  برای تبدیل فوریه پیوسته و DFT ( (Discrete Fourier Transformبرای تبدیل فوریه گسسته استفاده می شود.

رابطهDFT  به صورت زیر می باشد :

(1-2-4)

N  یک عدد صحیح برای دوره T و x(n) دامنه برای هرK  می باشد .

K=  0 , 1 , 2 , … , N-1

این روش تحلیل ، زمانی کاربرد درست و صحیح دارد که سیگنال ترکیب شده با سیگنال اصلی و پایه باشد و سیگنال هارمونیک در یک رنج فرکانسی که نایکتوئیثت نامیده می شود قابل دسترسی باشد. برای مثال : اگر شکل موج ولتاژ شامل 60 هرتز و 200 هرتز باشد ، FFT  تبدیل فوریه پیوسته نمی تواند فرکانس 200 هرتز را تشخیص دهد زیرا تنها می تواند ضرایب صحیح 60 هرتز یعنی 240 و 180 را تشخیص دهد.

در نتیجه فرکانس 240 هرتز اندکی در 180 هرتز و اندکی در 240 هرتز ظاهر می شود 

1-3 ضریب اعوجاج کلی :

(1-3-1)                     

بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روشهای کاهش آن

اختصاصی از سورنا فایل بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روشهای کاهش آن دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)تعداد صفحات96

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.