در سیستمهای قدرت، هارمونیکها اجزایی با فرکانسهای متفاوت بالاتر از فرکانس اصلی شکل موج ولتاژ یا جریان هستند که نویز در خط برق در نظر گرفته میشوند. هارمونیک ها در سیستم قدرت نا خواسته هستند و در اثر عواملی مانند بارهای غیر خطی در شبکه برق ایجاد می شوند. اغلب هارمونیک ها در سیستم الکتریکی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: هارمونیک های ولتاژ و هارمونیک های جریان. حذف هارمونیک ها در سیستم های قدرت با استفاده از فیلتر هارمونیک بسیار مهم است. در غیر این صورت، اتصالات موجود باید برای تحمل بارهای غیر خطی اصلاح شوند که عملا غیرممکن است و هزینه های زیادی را به همراه دارد.
یکی از عوامل اصلی ایجاد هارمونیک های جریان در مبدل های فرکانس (VSD) به اصطلاح غیر خطی بودن بار است. به طور مشابه، هارمونیک های ولتاژ معمولاً به دلیل اعوجاج ولتاژ ناشی از هارمونیک های جریان از طریق امپدانس منبع هستند. در ادامه با فروشگاه برق صنعتی آذر نیرو همراه باشید تا اطلاعات بیشتری در مورد فبلتر هارمونیک به شما بدهیم.
منظور از فیلتر هارمونیک چیست؟
فیلترهای هارمونیک (Harmonic Filter) دستگاه ها و تجهیزاتی برای کاهش هارمونیک ها به محدوده قابل قبول بر اساس استانداردهای موجود در سیستم الکتریکی هستند. این فیلتر در نقاط استراتژیک مدار عملیاتی برای حذف یا کاهش اعوجاج هارمونیک و رزونانس استفاده می شود. به طور کلی، اعوجاج هارمونیک می تواند ناشی از جریان بیش از حد در داخل و خارج از لوازم خانگی باشد. فیلترهای هارمونیک از هارمونیک های فرکانس بالا جلوگیری می کنند و در نتیجه به تجهیزات آسیب می رسانند و هزینه ها را کاهش می دهند. بنابراین از این تجهیزات در صنایعی مانند گرمایش و تهویه مطبوع، نفت، گاز، معدن، فاضلاب و … برای جلوگیری از آسیب دیدن قطعات و یا کاهش هزینه برق مصرفی مصرف کنندگان استفاده می شود.
فیلتر هارمونیک را می توان با انواع قطعات الکترونیکی مانند مقاومت، خازن و سلف طراحی کرد تا جریان های هارمونیک غیر ضروری را مسدود کرده و به زمین منتقل کند. این فیلترها در درجه اول برای مسدود کردن هارمونیک های فرکانس خاص بالاتر از فرکانس اصلی طراحی شده اند. عملکرد اصلی فیلتر هارمونیک کاهش اعوجاج با انحراف امواج هارمونیک به خطی با امپدانس کم است. این فیلترها در فرکانس پایه خازنی هستند، بنابراین برای تولید توان راکتیو مورد نیاز از طریق مبدل ها و بهبود ضریب توان استفاده می شوند.
هارمونیک چیست؟
در سیستم های قدرت، هارمونیک ها به صورت اعداد مثبت مضرب فرکانس پایه تعریف می شوند. هارمونیک ها ولتاژها یا جریان هایی هستند که در فرکانس اصلی رخ می دهند. اغلب به عنوان نویز در خط قدرت در نظر گرفته می شوند. هارمونیک ها در سیستم قدرت به دو نوع هارمونیک جریان و هارمونیک ولتاژ طبقه بندی می شوند. هارمونیک های جریان توسط بارهای غیر خطی مانند VSD ها (درایوهای سرعت متغیر) القا می شوند. بارهای غیر خطی جریان را از خط قدرت می گیرند که یک موج سینوسی کامل نیست. شکل موج جریان غیر سینوسی میتواند مجموعهای پیچیده از سینوسیهای ساده باشد که در یک عدد صحیح از فرکانس اصلی خط برق در نوسان هستند. در بیشتر موارد هارمونیک های ولتاژ توسط هارمونیک های جریان ایجاد می شوند. هارمونیک های ولتاژ در اثر نوسانات ولتاژ در نتیجه هارمونیک های جریان و امپدانس منبع ایجاد می شوند.
انواع فیلتر هارمونیک کدامند؟
با ما همراه باشید تا انواع فبلتر های هارمونیک را به شما معرفی کنیم:
1.فیلترهای پسیو
هنگامی که به دنبال جبران در فرکانس اصلی هستید، یک فیلتر حفاظتی با اعوجاج هارمونیک بالا در شبکه های تغذیه استفاده می شود. هدف جلوگیری از اضافه بار خازن با هدایت این جریان های هارمونیک به مدار اصلی است. فیلترهای محافظ با قرار دادن یک راکتور با خازن ساخته می شوند. در این زمینه، مقدار مختصات فرکانس، مقدار بین فرکانس اساسی و فرکانس پایینترین هارمونیک موجود است که معمولاً به ترتیب هارمونیک پنجم تنظیم میشود. این فیلتر دارای امپدانس القایی بالا برای فرکانس های هارمونیک است.
2.فیلترهای فعال
این فیلترها زمانی استفاده می شوند که هدف اصلی جبران توان راکتیو در فرکانس شبکه نباشد و هدف کاهش اعوجاج هارمونیک منبع تغذیه سیستم باشد. از جمله مشکلات ایجاد شده توسط هارمونیک ها پرهیز از این مشکلات مهم است که در زیر به آنها اشاره می شود:
🟣تداخل مخابراتی
🟣اعوجاج ولتاژ منبع تغذیه
🟣اختلالات سیستم الکترونیکی
🟣مشکل در سیستم کنترل و رله های ایمنی
🟣خرابی ترانسفورماتورها و موتورها به دلیل گرم شدن بیش از حد به دلیل از بین رفتن هسته
🟣گرمای بیش از حد فیوز های حفاظتی در نقطه منتهی به جرقه و انفجار
لازم به ذکر است امپدانس کلیه فیلترها خازنی و زیر فرکانس تعیین شده است که تاثیر کمی دارد و جبران در فرکانس اصلی انجام می شود. نصب فیلتر ساختار سیستم منبع تغذیه را تغییر می دهد، بنابراین طراحی فیلتر باید بر اساس طراحی دقیق و مطالعه کل سیستم باشد.
3.فیلترهای ترکیبی
فیلتر پسیو به صورت مدار سری LC ساخته می شود که فرکانس آن معمولاً 5، 7 و 11 است. در واقع فیلتر فعال الکترونیکی و میکرو پردازش شده است و هارمونیک های درجه 2 تا 50 را کنترل می کند. آخرین نوع فیلتر ترکیبی از فیلترهای پسیو و فعال است و کنترل هارمونیک را در محدوده بین مرتبه 2 و 25 انجام می دهد.
✅کلام آخر
فیلترهای هارمونیک علاوه بر کنترل نویز باید دارای استانداردهای ایمنی در سیستم الکترونیکی نیز باشند. فیلترهای هارمونیک در خطوط داده، خطوط برق ثانویه برای تجهیزات ارتباطی دیجیتال، صدا و تصویر، مادربردهای کامپیوتر، چاپگرها، درایوهای دیسک سخت، رام های CD و DVD و آداپتورهای AC استفاده می شود. هارمونیک در سیستم های قدرت یک عدد مثبت ضرب در فرکانس پایه است. هارمونیک جریان یا ولتاژی است که در فرکانسهای اصلی مختلف رخ میدهد و اغلب به آن نویز در خط برق میگویند.