مقدمه
هارمونیک ها یکی از جنبه های مهم و پیچیده در مباحث برق و نیروی الکتریکی هستند. این ارتعاشات توسط اجزاء غیرخطی سیستم های الکتریکی ایجاد می شوند و می توانند اثرات غیرمطلوبی مانند افت انرژی، آسیب به تجهیزات و تداخل با سایر دستگاه ها را ایجاد کنند. یکی از راه حل های موثر برای مقابله با این اثرات، استفاده از فیلترهای هارمونیک است. به طور کلی می توان هارمونیک های موجود در سیستم ها را به دو دسته هارمونیک های جریان و ولتاژ تقسیم بندی کرد. در شرایطی که هارمونیک را نتوان کنترل کرد، باید برای کنترل بارهای غیرخطی، سیستم و تاسیسات خود را مجددا طراحی کنید. در این مقاله، درباره به نحوه عملکرد فیلتر هارمونیکی و راهکارهایی در جهت چگونگی کاهش هارمونیک ها توضیح می دهیم.
هارمونیک در برق چگونه ایجاد می شود؟
هارمونیک ها به ارتعاشاتی اطلاق داده می شود که فرکانس آن ها چند برابر یا مضرب فرکانس اصلی سیگنال باشند. به عنوان مثال، اگر یک سیگنال فرکانس اصلی ۵۰ هرتز داشته باشند، هارمونیک دوم آن ۱۰۰ هرتز، هارمونیک سوم آن ۱۵۰ هرتز و به همین ترتیب ادامه می یابند.
نحوه عملکرد فیلتر هارمونیک و عواملی که باعث ایجاد این نوع بارغیر خطی در تاسیسات می شوند شامل موارد:
اجزاء غیرخطی: اجزاء غیرخطی در سیستم های الکتریکی همچون دیودها، ترانزیستورها، و تجهیزات الکتریکی دیگر، می توانند علل ایجاد هارمونیک در سیگنال های الکتریکی باشند. اگر یک ترانسفورماتور به اشباع برسد (یعنی حالتی که حداکثر جریان از آن عبور می کند)، این اشباع می تواند باعث ایجاد هارمونیک های بیشتری در خروجی شود. ترکیب چند فرکانس مختلف در اجزاء غیرخطی می تواند نوسانات چندگانه ای را ایجاد کرده و هارمونیک های جدیدی را تولید کنند. رفتار دینامیکی اجزاء غیرخطی، مخصوصاً در حضور تغییرات سریع، می تواند نوسانات و هارمونیک های اضافی را ایجاد کنند.
تجهیزات الکتریکی: برخی تجهیزات الکتریکی نظیر موتورها و ماشین آلات الکتریکی نیز می توانند منابع اصلی هارمونیک باشند.
اشکال موج سینوسی ناقص: اگر اشکال موج های الکتریکی به طور کامل سینوسی نباشند، هارمونیک ها ایجاد می شوند، این امر معمولا در مواردی که تجهیزات به درستی طراحی نشده باشند، رخ می دهند.
نحوه عملکرد فیلتر هارمونیک
فیلترهای هارمونیک ابتدا هارمونیک ها را تشخیص می دهند، این تشخیص اغلب با استفاده از سنسورها و تجهیزات مانیتورینگ الکتریکی انجام می شود. فیلترها ابتدا سیگنال الکتریکی را اندازه گیری کرده و از میزان هارمونیک ها در سیگنال مطلع می شوند. بر اساس هارمونیک های شناسایی شده، فیلترها سعی می کنند جبرانی برای این ارتعاشات ایجاد کنند. این جبران معمولاً به وسیله تولید سیگنال هایی با فاز معکوس و مقدار برعکس آن انجام می شود. سیگنال جبران کننده به سیگنال اصلی افزوده می شود، به گونه ای که هارمونیک های مخرب سیگنال اصلی با هارمونیک های جبران کننده با یکدیگر از تاسیسات خارج شوند.
برخی از فیلترها از سیستم‌های کنترل پیشرفته برای تنظیم پارامترهای خود به منظور بهینه سازی جبران هارمونیک ها استفاده می کنند، این کنترل ها به طور پویا تغییرات در شبکه را مدیریت می کنند.
اثرات هارمونیک بر تاسیسات
اندازه گیری دقیق فرکانس: هارمونیک ها می توانند باعث اندازه گیری نادرست فرکانس سیگنال شوند که در نتیجه ممکن است به اشتباه در انجام عملیات و تصمیم گیری منجر شود.
از دست رفتن انرژی: هارمونیک ها باعث از دست رفتن انرژی در سیستم های الکتریکی می شوند و ممکن است در مصرف انرژی ناکارآمدی را ایجاد کنند.
تغییر شکل امواج: هارمونیک ها می توانند شکل امواج سیگنال را تغییر داده و اطلاعات نادرستی را ارسال کند.
آسیب به تجهیزات: این ارتعاشات ممکن است به تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی آسیب برسانند و عمر مفید آن ها را کاهش دهند.
راهکارهای هوشمندانه در جهت کاهش اثرات هارمونیک
استفاده از فیلترهای هارمونیک: این فیلترها برای حذف هارمونیک ها از سیگنال های الکتریکی استفاده می کنند.
طراحی بهینه تجهیزات: با طراحی بهینه تجهیزات، اثرات غیرخطی کاهش یافته و ایجاد هارمونیک ها کاهش می یابند. در طراحی ترانسفورماتورها، انتخاب مواد بهینه و کاهش افت هارمونیکی از مسائل مهم است. از ترانسفورماتورهای خاصی با قابلیت تحمل بهتر نوسانات و هارمونیک ها می توان استفاده کرد. در انتخاب تجهیزات الکتریکی، اجزاء خطی که به تغییرات خطی جریان و ولتاژ حساس نیستند، می توانند به کاهش هارمونیک ها کمک کنند.
مدیریت بار: سیستم های مدیریت بار می توانند کمک کنند تا تغییرات ناگهانی در بار الکتریکی و افت هارمونیکی را کنترل کنند و تأثیر آن ها را کاهش دهند.
استفاده از سیستم های مانیتورینگ: سیستم های مدیریت هوشمند با قابلیت های مانیتورینگ و کنترل پویا می توانند به تشخیص و کنترل هارمونیک ها بپردازند و تنظیمات مورد نیاز را اجرا کند.
استفاده از فیلتر هارمونیک برای کنترل جریان بارهای غیر خطی
هارمونیک ها به عنوان یک جنبه مهم در مباحث الکترونیک قابلیت ایجاد اثرات نامطلوب را در سیستم های الکتریکی را دارند. با استفاده از فناوری ها و روش های مناسب، می توان این اثرات را به حداقل رساند و عملکرد سیستم های الکتریکی را بهبود بخشید. طراحی بهینه تجهیزات با توجه به این نکات می تواند به حداقل رساندن اثرات هارمونیک و افزایش بهره وری سیستم های الکتریکی کمک کند. استفاده از تکنولوژی ها و روش های مدرن به همراه توجه به جزئیات طراحی، از اهمیت ویژه ای در این زمینه برخوردار است. یکی از بهترین راهکارها برای مدیریت جریان های غیر بار خطی، استفاده از فیلترهای هارمونیکی می باشد.
مجموعه صنعت ارگ خاورمیانه با فعالیت در زمینه بهینه سازی و کاهش مصرف انرژی کوره قوس الکتریکی، قادر است با استفاده از فیلترهای هارمونیکی از ایجاد بارهای غیرخطی در تاسیسات شما جلوگیری کند. برای دریافت مشاوره تخصصی در این زمینه، می توانید با شماره های درج شده در سایت تماس بگیرید.
نظر خود را بنویسید