وقتی که دو نیم سیکل مثبت و منفی یک موج شبیه هم هستند سری فوریه فقط شامل هارمونیکهای فرد است . بارهای غیر خطی منبع تولید هارمونیکهای جریان هستند و باعث تزریق این هارمونیکها به شبکه قدرت می شوند در حالیکه هارمونیکهای جریان ایجاد شده توسط بار در نهایت باعث اعوجاج ولتاژ می گردند و مقدار هارمونیک جریان تزریق شده به سیستم می بایستی در نقطه اتصال مشترک به شبکه کنترل گردد.
چندین معیار برای نشان دادن مقادیر هارمونیکهای یک موج وجود دارد از معروف ترین آنها می توان اعوجاج هار مونیکی کل () را برای ولتاژ و جریان محاسبه نمود که در آن مقدار موثر هارمونیک ام کمیت می باشد(حسینیان، ۱۳۸۳).

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

کمیتی مفید برای بسیاری ازز کاربردها می باشد ولی دارای محدودیتهایی است این کمیت می تواند بصورت نسبت هارمونیکها به مولفه اصلی بیان می شود که اگر مولفه اصلی نداشته باشیم بینهایت می شود این شرایط زمانی به وجود می آیند که ولتاژ و جریان با فرکانس نامی شبکه به صورت الکترونیکی یا توسط کلید زنی مدوله می شوند . برای جلوگیری از این مشکل شاخص اعوجاج هامونیکی () بصورت زیر تعریف می شود(حسینیان، ۱۳۸۳).
که دو شاخص و بصورت زیر با یکدیگر مرتبط می شوند.
در صورتی که اعوجاج کم باشد و برابر هستند.
از عوامل تولید هارمونیک می‌توان موارد زیر را نام برد:
تولید موج غیر سینوسی توسط ماشینهای سنکرون ناشی از وجود شیارها و عدم توزیع یکنواخت سیم پیچی استاتور
عدم یکنواختی در رلوکتانس ماشینهای سنکرون
توزیع غیر سینوسی فوران مغناطیس در ماشینهای سنکرون
جریان مغناطیسی ترانسفورماتورها
بارهای غیر خطی مانند دستگاه های جوشکاری
کوره های قوس الکتریکی و القائی
عناصر نیمه هادی و تجهیزات مرتبط با آنها (درایو،SVC و . . .)
که در شرکتهای فولاد می توان به وجود کوره قوس الکتریکی و SVC به عنوان بزرگترین منبع تولید هارمونیک نام برد. مشخصه ولتاژ - جریان کوره های قوس الکتریکی غیر خطی می‌باشد. بر اثر آرک جریان قوس افزایش و در نتیجه ولتاژ آن کاهش می یابد که مقدار جریان توسط امپدانس کابلها ، امپدانس سیستم، امپدانس ترانس و راکتور ( در صورت وجود) محدود می شود و در چنین حالتی قوس برای بخشی از سیکل کاری خود به صورت یک مقاومت منفی ظاهر می شود(جی میلر تی، ۱۳۷۲).
آثار هارمونیکها بر روی سیستم قدرت و تجهیزات آن به قرار زیر است:
شکست عایقی بانکهای خازنی و افزایش جریان وتوان راکتیو بانکهای خازنی
تداخل در سیستم های کنترل کلید زنی و اندازه گیری
تلفات اهمی و تلفات هسته بیشتر و ایجاد حرارت در ماشینهای الکتریکی
شکست عایقی کابلها
تداخل سیستم های مخابراتی و PLC
ایجاد خطا در دستگاه های اندازه گیری
ایجاد نوسانات مکانیکی
عدم عملکرد مناسب سیستم های کنترل
عملکرد نا مناسب و پاسخ اشتباه رله ها
عملکرد نا مناسب مدارات آتش سیستم های الکترونیک قدرت
یکی از کمیتهای مورد استفاده در تحلیل هارمونیکی امپدانس اتصال کوتاه نقطه ای از شبکه که در آن خازن نصب شده است می باشد مقدار امپدانس اتصال کوتاه از رابطه زیر بدست می‌آید (حسینیان، ۱۳۸۳).
یک کمیت فازوری است که معمولا بصورت راکتیو فرض می شود. راکتانس به صورت خطی با فرکانس تغییر می کند. راکتانس هارمونیک hام را می توان از راکتانس مولفه اصلی یعنی بدست آورد
از راه های از بین بردن هارمونیکها را می توان اتصال به یک منبع بزرگتر و فیلتر گذاری را نام برد که فیلترهای موازی با اتصال کوتاه کردن جریان هارمونیکی تا حد امکان اعوجاج را کاهش می دهند. که می توان به فیلترهای غیر فعال و فعال اشاره نمود.
فیلترهای غیر فعال از مقاومت، خازن و اندوکتانس ساخته می شوند که دارای دو نوع است نوع اول جریان هامونیکی را جذب و از شبکه خارج میکند و نوع دوم با تنظیم عناصرش به منظور ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیک مشخص از عبور جریان هارمونیکی به دیگر بخشها جلوگیری می کند شکل زیر چند نوع از این فیلترها را نشان می دهد(سی دوگان و همکاران، ۱۳۷۸).
شکل ۲-۲: آرایش انواع فیلترهای غیر فعال
فیلترهای غیر فعال معمولا بر روی شینه جایی که آن ثابت باشد قرار می گیرد.
فیلترهای فعال از تجهیزات الکترونیک قدرت می باشد این گونه تجهیزات در شرایطی که فیلترهای غیر فعال موفق نباشند استفاده می گردند اینگونه تجهیزات می توانند در یک زمان بیش از یک هارمونیک را کنترل نمایند و به صورت خاص برای بارهای بزرگ و اعوجاج زا استفاده می شوند.
ایده اصلی این تجهیزات وارد نمودن بخشی از موج سینوسی است که در آن جریان بار غیر خطی وجود ندارد شکل زیر این مفهوم را نشان می دهد یک کنترل کننده الکترونیکی و لتاژ و جریان خط را مانیتور کرده و بنحوی عمل میکند که ولتاژ و جریان یا جریان را بصورت سینوسی در آورد. دو روش برای اینکار وجود دارد در روش اول یک راکتور استفاده خواهد شد که انرژی در آن ذخیره شده و در لحظه مناسب این انرژی به صورت جریان به سیستم تزریق می گردد. در روش دوم از یک خازن استفاده می شود در حالیکه جریان بار توسط بارهای غیر خطی اعوجاجی شده جریان دیده شده توسط سیستم شبیه سینوسی می گردد فیلترهای علاوه بر هارمونیکها ضریب قدرت را نیز تصحیح می‌کنند(حسینیان، ۱۳۸۳).
شکل ۲-۳: استفاده از فیلتر هارمونیکی برای بارهای غیر خطی
حد قابل قبول هارمونیکهای ولتاژ در سیستم های ولتاژ پائین و ولتاژ متوسط مطابق جدول زیر می‌باشد.
جدول ۲-۳: حد قابل قبول هارمونیکهای ولتاژ در سیستم های ولتاژ پائین و ولتاژ متوسط
حدود قابل قبول هارمونیکهای ولتاژ در شبکه مطابق جدول زیر می باشد.
جدول ۲-۴: حدود قابل قبول هارمونیکهای ولتاژ در شبکه
۲-۲-۳- اصلاح ضریب قدرت
در سیستم قدرت ac ایده ال ولتاژ و فرکانس در هر نقطه از تغذیه ثابت وبدون هارمونیک و ضریب توان واحد خواهد بود در یک سیستم ایده ال هر بار مصرفی طوری طراحی گردیده که در یک ولتاژ معین تغذیه بهترین عملکرد را داشته باشد.
جبران بار عبارت است از مدیریت توان راکتیو به منظور بهبود بخشیدن به کیفیت تغذیه در سیستم های قدرت می باشد. اصلاح ضریب قدرت بدین معناست که توان راکتیو مورد نیازبار به جای آنکه از نیروگاه دور تامین گردد در محل نزدیک به بار تولید گردد اغلب بارهای صنعتی دارای ضریب توان پس فاز هستند یعنی توان راکتیو جذب می کنند بنا براین جریان بار مقدارش از توان واقعی بیشتر خواهد بود تنها توان اکتیو به انرژی مفید تبدیل می شود و جریان اضافی نشان دهنده تلفاتی است که باعث هزینه اضافی بر روی کابلها می شود. همجنین دلیل کافی برای تامین توان راکتیو از ژنراتورها این است که زنراتورها وشبکه قادر نیستند در ضریب بهره واحد کار کنند زیرا کنترل ولتاژ در سیستم تغذیه بسیار مشکل خواهد شد(جان و وارن، ۲۰۰۰).
۲-۲-۳-۱- روش جبران سازی
تجهیزاتی که برای کنترل توان راکتیو و ولتاژ بکار میروند جبران کننده می نامند. توازن قدرت راکتیو در سیستم تضمینی بر ثابت بودن ولتاژ، و کنترل توان راکتیو بمنزله کنترل ولتاژ می باشد.
به طور کلی کنترل توان راکتیو و ولتاژ با سه روش زیر اجرا می شود:
با تزریق قدرت راکتیو به سیستم توسط جبران کننده های موازی(مانند خازن، راکتور، کندانسور سنکرون و جبران کننده های استاتیک)
با جابجا کردن توان راکتیو توسط تپ ترانسفورماتورها
از طریق کم کردن راکتانس القائی خط انتقال با نصب خازن سری
شکل زیر یک بار تک فاز با ادمیتانس که از ولتاژ V تغذیه می شود را نشان می دهد. جریان بار و برابر است با
شکل ۲-۴: معادل بار تک فاز
و هر دو فازور هستند که در شکل زیر بعنوان مرجع نشان داده شده است جریان بار دارای مولفه اهمی همفاز با و مولفه راکتیو که با دارای اختلاف فاز ۹۰ درجه است که این نشان دهنده بار القایی است زاویه بین و برابر است که به عنوان ضریب توان شناخته می شود.

شکل ۲-۵: نمایش فازوری توان ها
توان ظاهری که به بار تحویل داده می شود برابر است با بنابراین توان ظاهری دارای مولفه حقیقی یعنی توان مفیدی که به حرارت،کارمکانیکی، نور ویا اشکال دیگر انرژی تبدیل می شود و یک مولفه راکتیو ، توانی که به اشکال محثلف انرژی تبدیل نمی شود ولی وجودش نیاز ذاتی باراست. تلفات انرژی در کابلها با ضریب افزایش می یابد. از اینرو مقادیر نامی کابل بایستی افزایش یابد (حسینیان، ۱۳۸۳).