فصل اول
آشنایی با هارمونیکها وسریهای فوریه
1-1- مقدمهاز دیر باز مسئله هارمونیک ها و تلفات ناشی از آنها مورد توجه بوده است .هارمونیکها در دهه 1920 هنگامیکه شکل موجهای تغییر یافته در خطوط انتقال مشاهده شد تشخیص دهده شدند.در آن هنگام موضوع اصلی تاثیر هارمونیکها در ماشینهای سنکرون و القایی سیمهای ارتباطی (تلفن) و خازنهای قدرت بودند.
نتیجه بعضی از تحقیقات آن زمان در مورد یک خط انتقالkv220 و400 کیلو متری و همچنین یک موتور القایی به شرح زیر می باشد:
- چنانچه ولتاژ خط هادی 7 درصد هارمونیک سوم باشد ولتاژ انتهای خط در حالت بی باری دارای 53 درصد هارمونیک سوم خواهد بود.
- هارمونیک سوم در انتهای خط در بار کامل از 53 درصد به 29درصدکاهش پیدا می کند.
در صورت وجود هارمونیک ضریب قدرت در طرف ژنراتور خط انتقال برابر 848% می باشد (در حالیکه بدون وجود هارمونیک ضریب قدرت 96% می باشد.).
- در طرف مصرف کننده (وقتی که خط ولتاژ انتقال دارای هارمونیک است)ضریب قدرت برابر 82/0 میباشد.در حالیکه توسط دستگاههای اندازه گیری 75/0 اندازه گیری می شود.
- برای یک موتور القایی که در سال 1930 ساخته شده است هارمونیکها باعث لرزش و سروصدای زیادی شده اند.
- توان ورودی و همچنین جریان روتور با تغییر مقادیر هارمونیکها تغییر می کردند.
- همین امر باعث گردیده مطالعاتی در زمینه بررسی اثرات کاهش و حذف هارمونیکها انجام شود.
با توسعه علم الکترونیک و پیشرفت تکنولوژی ساخت نیمه هادی و کاربردشان این مسئله وارد مرحله تازه ای گردیده و تاثیر هارمونیکهایی که از طریق اینورترها کانورترها سیکلو کانورترها و... به سیستم قدرت وارد شده و موجب تلفات قابل ملاحظه ای می گشتند مورد توجه قرار گرفته و نحوه عملکرد این سیستم ها با چنین منابعی مورد بررسی بیشتر قرار گرفت .
گشتاور راه اندازی و بار کامل جریان و حرارت مهمترین عواملی هستند که در یک موتور القایی توسط هارمونیکها تحت تاثیر قرار می گیرند.همچنین هارمونیکها سبب ایجا د نوسان و اغتشاش در ماشین شده و می توانند در ولتاژ خروجی ژنراتورهای ACظاهر شده وموجب اعوجاج شکل موج می گردند.
وجود جریانهای هارمونیک در سیم بندی استاتور وروتورحتی هنگامیکه تلفات پوستی ناچیز باشد موجب افت توان و افزایش تلفات می گردند و نیز به دلیل شار نابرابری که در روتور القا می کنند باعث افت گشتاور شده و از محدوده سرعت قابل استفاده موتور می کاهند.
همچنین موجب کاهش راندمان موتور می گردند به عنوان مثال اگر راندمان در بار کامل در حالت عادی (کار با منبع سینوسی) حدود 90% باشد تلفات ناشی از هارمونیکها بین 10 تا 5/12 درصد کل تلفات بوده وراندمان موتور حدود 2 درصد افت خواهد داشت.
ترانسها نیز به طرق مختلف تحت تاثیر هارمونیکها قرار می گیرند. جریانهای هارمونیک می توانند به طور جدی راندمان ترانس را کاهش دهند و موجب تلفات قابل ملاحظه ای در ترانس گردند.
درترانسهایی که به عنوان جزئی از یک سیستم حفاظت به کار میروند(ترانسهای جریان و ولتاژ)جریانهای هارمونیک می توانند موجب اعوجاج در شکل وموج گشته و سبب تریپ مدار گردند. در ترانسهای سه فاز علاوه بر افت راندمان از اتصال ستاره-ستاره عبور کرده و وارد سیستم قدرت می شوند.
هارمونیکها مشکلات دیگری نیز ایجاد می کنند که بعضی از آنها عبارتند از:
- خرابی بانکهای خازنی به علت شکست عایقی یا افزایش بار
- تداخل هارمونیکها با کنترل بار مصرف کننده ها ((ripple control وسیستم PLCاین تداخل ها باعث عملکرد نا درست سیستم کنترل از راه دور واندازه گیری می شوند
- اضافه ولتاژ هضافه جریان در سیستم به علت رزونانس سیستم در ها رمونیکهای ولتاژ و جریان در شبکه
- شکست عایقی کابلها در نتیجه اضافه ولتاژ اضافه ولتاژ ناشی از هار مونیکها
- تداخل با سیستم ارتباطات
- عملکرد نادرست رله ها ,بخصوص در سیستم کنترل و حفاظت استاتیتیکی و میکروپروسسوری
- تداخل در کنترل کننده های موتورهای بزرگ و سیستم تحریک ژنراتورها
- عملکرد ناپایدار مدار آتش در کنترل کنندهایی که براساس مقدار ولتاژ صفر عمل می کنند
در این فصل ابتدا به بررسی سریهای فوریه که ابزاری برای آنالیز هارمونیکها و تاثیراتشان می باشند پرداخته و سپس منابعی که می توانند منجر به تولید هارمونیکها شوند و در پایان به جزئیاتی در مورد تاثیر هارمونیکها بر برخی از تجهیزات خواهیم پرداخت .
پـــایــان نــامه بررسی فیلترها و آثار هارمونیکها بر موتور های AC
