چکیده:

هارمونیک پدیده ای جدید در سیستم‎های قدرت به شمار نمی‎رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دوره‎ها درسیستم‎های قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. وجود هارمونیکها در یک شبکه قدرت، سبب ایجاد تلفات و استهلاک در تجهیزات انتقال و توزیع و مصرف کنندگان نیرو می‌گردد و لذا مطالعه و کنترل آنها ضرورت دارد. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه‎های قبل نشان می‎دهد که مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است.

در این سمینار با ارائه مقدمه ای در مورد هارمونیک و منابع تولید آن، به بحث در مورد تاثیر هارمونیک بر روی مبدل های ac به dc پرداخته  شده است. در ادامه نیز روش های مختلف حذف هارمونیک ها، از جمله استفاده از فیلتر های اکتیو که مهمترین روش برای حذف هارمونیک ها در سال های اخیر است بیان شده است.

واژگان کلیدی: هارمونیک – یکسوساز – فیلتر اکتیو

فهرست

فصل ۱

مقدمه                                                                                                                 ۱

عوامل ایجاد هارمونیک                                                                                            ۲

  بررسی هارمونیک های مبدل های AC به DC                                                              ۵

فصل ۲

آثار سوء هارمونیک ها بر روی تجهیزات شبکه های قدرت                                                 ۱۷

مزایای فنی و اقتصادی کاهش هارمونیک ها                                                                  ۲۷

بررسی بر روش های شناسایی و جبران هارمونیک ها                                                       ۲۸

روش های حذف هارمونیک                                                                                      ۳۰

فیلترهای اکتیو وغیر اکتیو                                                                                        ۳۵

ویژگی های مطلوب تئوری و عملی فیلترهای اکتیو                                                           ۵۶

فصل۳

شبیه سازی و نتایج آن                                                                                            ۵۸

نتیجه گیری                                                                                                         ۶۷

مراجع                                                                                                                 ۶٨

فهرست نمودار

شکل۱-۱: طیف هارمونیکی یک محرکه ac از نوع CSI                                                   ۶

شکل۱-٢: طیف هارمونیکی برای یک محرکه ac که با استفاده از تکنیک PWM                    ۶

شکل ۱-۳: مبدل جریان مستقیم (DC) 6 پالسه                                                           ۷

شکل ۱-۴: مبدل ۶ پالسه                                                                                      ۷

شکل ۱-۵ : شکل موج هارمونیک های سوم و پنجم مبدل ۶ پالسه                                       ٨

شکل ۱-۶ : شکل موج هارمونیک های پنجم و هفتم مبدل ۶ پالسه                                      ۹

شکل١-٧ :      PWM ASD                                                                                ۱۰

شکل ١-٨ : ASD s بزرگ جریان متناوب                                                                    ۱۱

شکل ١-٩ : اثر سرعت     PWM ASDروی هارمونیک های جریان                                  ۱۲

شکل  ١ -١٠: مبدل شش پالسه                                                                               ۱۲

شکل ١-١١ شکل موج های ولتاژ dc مبدل ۶ پالسه                                                      ۱۳

شکل ١-١٢ تغییرات ولتاژ هارمونیک ششم                                                                 ۱۴

شکل٢-١  : پخش عادی جریانهای هارمونیکی                                                            ۲۰       شکل ٢-۲: شرایط ایجاد تشدید موازی                                                                      ۲۱

شکل ۲-٣: بانک خازنی که باعث ایجاد تشدید سری می شود                                           ۲۲

شکل ۵-١- شبکه K شینه با APLC متصل شده به شین m                                         ۳۳

شکل ۵-٢ – مبدل نوع جریان                                                                                ۳۴

شکل ۵-٣- مبدل سه سطحی                                                                                ۳۵

شکل ۵-۴:  آرایش های معمول برای فیلترهای غیر فعال                                                 ۳۶

شکل ۵-۵ : مشخصه فرکانسی سیستم ومجموعه فیلترهای هارمونیکی                                 ۴۳

شکل ۵-۶ : ترکیب مبنای فیلتر اکتیو سری                                                                 ۴۶

شکل۵-۷: فیلتر فعال موازی                                                                                   ۴٨

شکل۵-۸: فیلتر فعال موازی در کنار فیلتر غیر فعال موازی                                               ۴۹

شکل۵-۹ : سیستم هایبرید فیلتر فعال سری وغیر فعال موازی                                          ۵۰

شکل ۵-۱۰ :  فیلتر فعال سری وفیلتر غیر فعالی برای تصحیح ضریب توان                                ۵۲

   شکل ۵-۱۱ : فیلتر فعال سری هایبرید با فیلتر غیر فعال تنظیم شده                                     ۵۳

شکل ۵-۱۲ : سیستم هایبرید فیلتر غیرفعال بطور سری با فیلتر فعال قرار گرفته                          ۵۴

شکل ۵-۱۳: سیستم هایبرید فیلتر فعال موازی در هارمونیک های جریان غالب پنجم وهفتم            ۵۵

شکل ۵-۱۴: هزینه های فیلتر های فعال وغیرفعال برای صنعتی                                              ۵۶

شکل۷-۱ :بلوک دیاگرام فیلتر شبیه سازی شده در                                                 matlab۵٨

شکل۷-۲: زیر سیستم ها ی بلوک کنترل کننده توان راکتیو                                                  ۵۹

شکل ۷-۳ : شمای فیلتر شبیه سازی شده                                                                       ۵۹

شکل ۷-۴ : زیر سیستم های بار غیر خطی                                                                      ۶۰

شکل۷-۵ : جریان یکی از فاز های بار غیر خطی                                                                ۶۱

شکل ۷-۶ : شکل موج جریان منبع                                                                               ۶۱

شکل ۷-۷: شکل موج هارمونیک تزریق شده از طریق فیلتر                                                   ۶۲

شکل ۷-۸ : میزان THD جریان بار قبل اعمال فیلتر                                                          ۶۲

شکل ۷-۹: میزان THD جریان منبع بعد از اعمال فیلتر                                                      ۶۳

شکل ۷-۱۰: جریان سه فاز بار غیر خطی                                                                         ۶۳

شکل ۷-۱۱: جریان و ولتاژ منبع با تغییر مقادیر سلف وخازن                                                  ۶۴

شکل ۷-۱۲: THD منبع بعداز اعمال تغییرات در سلف وخازن فیلتر                                        ۶۵

شکل ۷-۱۳: شکل موج ولتاژ وجریان با تغییر قابل ملاحظه مقدار سلف و خازن                            ۶۵

شکل ۷-۱۴ : افزایش میزان THD  ناشی از تغییر مقادیر سلف وخازن                                      ۶۶

مقدمه:

هارمونیک به مولفه سینوسی  موج اطلاق می گردد که فرکانس آن مضرب صحیحی از فرکانس موج اصلی است.

شکل موجی که از وضعیت سینوسی منحرف می‌شود موج خراب یا موج مختلط نامیده می‌شود که این موج توسط سری فوریه به امواج سینوسی با فرکانس اصلی و با فرکانسهای دیگر که این فرکانسها ضرایب صحیحی از فرکانس موج اصلی است تجزیه می‌گردد. موج با فرکانس اصلی هارمونیک اول و بقیه امواج نیز هارمونیکهایی با مرتبه دو، سه و …. خوانده می‌شوند[١].

هارمونیک  پدیده ای جدید در سیستم‎های قدرت به شمار نمی‎رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دوره‎ها درسیستم‎های قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. البته عمدتا از سال ١٩٢٠ در شبکه مطرح است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه‎های قبل نشان می‎دهد که مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است[۲].

وجود هارمونیکها در یک شبکه قدرت، سبب ایجاد تلفات و استهلاک در تجهیزات انتقال و توزیع و مصرف کنندگان نیرو می‌گردد و لذا مطالعه و کنترل آنها ضرورت دارد.

١- عوامل ایجاد هارمونیک ها:

در وسائل اندازه‌گیری الکتریکی علاوه بر خطای ناشی از موقعیت مکانی، درجه حرارت و فرسودگی و فرکانس خطای ناشی از آلودگی هارمونیکی یکی دیگر از عوامل مهم در خطای اندازه‌گیری می‌باشد[۹].

برای شناسایی میزان هارمونیک شاخص هایی وجود دارد یکی از آن شاخص ها THD١ است که در  شبکه های قدرت می‌توان بعنوان مقایسه کننده تلفات اهمی شبکه (افت انرژی) بین هارمونیک اول و مراتب دیگر هارمونیکها بکار برد[۶].

مجموع اغتشاش هارمونیکی و مقدار موثر

چندین نوع اندازه گیری معمولی برای نشان دادن حجم و اندازه هارمونیک یک شکل موج توسط یک عدد وجود دارد. یکی از معمولی ترین آن ها مجموع اغتشاش هارمونیکی (THD) می باشد، که می توان آن را برای ولتاژ یا جریان بدست آورد.

                                                                                             ١-١

که Mh مقدار موثر مولفه هارمونیک h ام از کمیت M می باشد.THD  مقدار موثر مولفه های هارمونیکی یک موج مغشوش شده است و نشانگر مقدار انرژی گرمایی هارمونیک ها نسبت به مقدار اصلی است. مقدار موثر مجموع یک موج، مجموع مولفه ها به تنهایی نیست، بلکه مجذور مجموع مربع آنها می باشد. رابطه THD با مقدار موثر شکل موج به قرار زیر است:

                                                                          ١- ٢

 کمیت مناسبی برای خیلی از کاربردها می باشد، ولی محدودیت آن باید مشخص شود. این ایده خوبی برای مشخص کردن حرارت اضافی ناشی از ولتاژ مغشوش شده دو سر یک بار مقاومتی می باشد، در این صورت می تواند نشان دهنده تلفات اضافی باشد که توسط جریان از هادی می گذرد. در هر صورت نمی توان شدت ولتاژ دو سر یک خازن را نشان داد زیرا این ولتاژ مربوط به مقدار پیک ولتاژ است نه به مقدار حرارت آن[۱۹].

ولتاژهای هارمونیکی تقریباً مربوط به مقادیر اصلی شکل موج در زمان نمونه برداری می باشند. از آنجا که ولتاژ فقط چند درصدی تغییر می کند، ولتاژ THD تقریباً همیشه عدد معنی داری خواهد بود. این حالت برای جریان وجود ندارد. یک جریان کوچک ممکن است دارای THD بزرگی باشد اما تهدید مهمی برای سیستم نخواهد بود. از آنجایی که بیشتر وسایل ثبت و اندازه گیری THD را بر اساس نمونه برداری حاضر گزارش می کنند، استفاده کننده ممکن است به اشتباه جریان را خطرناک قلمداد کند. بعضی تحلیل گرها برای اجتناب از این مشکل THD را به فرکانس اصلی و جریان پیک تا به فرکانس اصلی نمونه خاص ارجاع می دهند. به این اغتشاش، اغتشاش مصرف کل یا به کلام ساده TDD۱گفته می شود و به عنوان اساس برای راهنمایی در استاندارد 1992-419 IEEE بکار برده می شود[۱۹].

تخمین دقیق هارمونیک ها نیاز به درک دو موضوع جداگانه و کاملا وابسته به هم دارد. نخست، اثرات مشخصه غیر خطی ولتاژ-جریان بعضی از قطعات سیستم و یا به عبارتی وجود منابع هارمونیکی در سیستم قدرت است. در این زمینه مشکل اساسی شناخت دقیق منابع هارمونیکی می باشد. موضوع دوم، استخراج مدل هارمونیکی مناسب برای قطعات خطی غالب در سیستم به منظور محاسبه پخش بار هارمونیکی حاصل از اتصال آنها در شبکه می باشد که در اینجا مشکل اساسی کمبود اطلاعات در خصوص چگونگی ترکیب بارهای سیستم و میزان میرائی آنها در فرکانس های هارمونیکی می باشد. از موانع دیگر تخمین دقیق هارمونیک ها تعداد زیاد مشخصه های غیر خطی توزیع شده در سیستم ، دوگانگی فاز و تنوع بارها را می توان نام برد[١۰].

اولین منابع هارمونیکی شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند همچنین استفاده گروهی از کوره های قوس الکتریکی به‎‎‎دلیل مؤلفه‎های هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدل‎های الکترونیک قدرت در سال‎های اخیر نبوده است]۲[.

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

–          کوره‎های قوس الکتریکی و القایی
–          یکسوکننده‎‎ها و مبدل‎‎های الکترونیک قدرت
–          تجهیزات مورد استفاده در کنترل‎‎کننده‎های سرعت ماشین‎های الکتریکی
–          بارهای غیرخطی شامل دستگاه‎‎های جوشکاری
–          جریان مغناطیسی ترانسفورماتورها
این کار باعث تولیدکننده هارمونیک در موارد ذیل می شود:
–          تولید شکل موج غیر سینوسی توسط ماشین‎های سنکرون بدلیل وجود شیارها و عدم توزیع یکنواخت سیم‎‎پیچی‎های استاتور
–          توزیع غیر سینوسی فوران مغناطیسی در ماشین‎های سنکرون
همچنین صنایع زیر را می‎توان از جمله عوامل تولید هارمونیک در شبکه‎های الکتریکی محسوب نمود:
–     صنایع شامل مجتمع‎های شیمیایی و پتروشیمی و نیز صنایع ذوب آلومینیم که از یکسوکننده‎های پرقدرت برای تولید برق dc مورد نیـاز انجام فرآیندهای شیمیـائی و ذوب آلومینیـم استفـاده می‎کنند. با توجـه به قـدرت بالا، این یکسـوکننده‎ها هارمونیک قابل ملاحظه‎ای در شبکه قدرت تزریق می نمایند.
–    بارهای غیرخطی مانند کوره‎های قوس الکتریکی که در صنایع ذوب‎‎آهن استفاده می‎شود از عوامل تولید هارمونیک در مقیاس بزرگ می‎باشند[١۳].

هارمونیکهای ناشی از این بارهای غیر خطی دائمی‌ هستند که در مقابل اینها برخی از منابع هارمونیک وجود دارند که هارمونیکهای گذرا در شبکه بوجود می‌آورند، مانند کلیدزنی ها و اتصال کوتاه‌ها. در ایران و سایر کشورهای در حال توسعه، میزان استفاده از مدارات الکترونیکی در مراکز صنعتی، روز به روز در حال افزایش است. پس می‌توان انتظار داشت که در صورت عدم اتخاذ روشی مناسب جهت کنترل آلودگی هارمونیکی، در آینده‌ای نه چندان دور، شاهد صدمات و دردسرهای ناشی از این آلودگی باشیم.

علاوه بر منابعی که تاکنون معرفی شده اند، تجهیزات دیگری نیز وجود دارند که به نوبه خود در ایجاد اعوجاج در شکل موج های ولتاژ و جریان موثرند ولی به دلیل قدرت نسبتاً کم این تجهیزات در مطالعات مربوط به هارمونیک های سیستم قدرت به صورت مجزا در نظر گرفته نمی شوند. اعوجاج حاصل از این تجهیزات هنگامی اهمیت پیدا می کند که به صورت گروهی از یک محل تغذیه شوند. بعضی از این تجهیزات به شرح زیر می باشند:

– اینورترهای تک فاز و سه فاز

– مبدل های فرکانسی

– منابع تغذیه سوئیچینگ

– گیرنده های تلویزیونی

– سیستم های HVDC۱]١۴[.


مقطع : کارشناسی ارشد

تعداد صفحات فایل : 80

بلا فاصله (اتوماتیک) بعد از پرداخت وجه فایل به ایمیلی که در مرحله بعد وارد می کنید ارسال می شود


خرید فایل پی دی اف یا اسکن شده


خرید فایل word و pdf

 

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت  مشورت کنید