هارمونیک

هارمونیک چیست؟

هارمونیک‌ها، ولتاژ و جریان‌های الکتریکی هستند که در شبکه قدرت بر اثر نوعی از بار‌های الکتریکی به وجود می‌آیند.

علت ایجاد هارمونیک

پیشرفت تکنولوژی در ساخت قطعات نیمه هادی (مثل دیود، تریستور یا SCR, IGBT, GTO و ...) باعث گردیده در انجام پروسه‌های اتوماتیک به جای استفاده از کنتاکتور‌ها و رله‌ها از کنترل کننده‌های نیمه هادی استفاده شود. این قطعات در منابع تغذیه دایمی مورد استفاده در بیمارستان ها، بانک ها، مراکز حفاظتی و ... نیز به وفور دیده می‌شوند. ویژگی اصلی این قطعات تغییر شکل و فرم جریان و تبدیل آن به موج‌هایی است که شکل سینوسی نداشته، اما دارای تناوب می‌باشند.
در جریان متناوب و عادی شبکه‌های قدرت، ولتاژ سینوسی در یک فرکانس خاص، معمولا ۵۰ یا ۶۰ هرتز است زمانی که یک بارالکتریکی خطی به سیستم متصل می‌شود، در این حالت جریان سینوسی با همان فرکانس ولتاژ شکل می‌گیرد. وقتی که یک بار غیر خطی مانند یکسوکننده‌ها به سیستم قدرت متصل می‌شود باعث به وجود آمدن جریانی می‌شوند که دقیقا سینوسی نیست.
محاسبه هارمونیک

محاسبات ریاضی (سری فوریه) ثابت کرده که هر موج متناوب از مجموعه‌ای از امواج سینوسی با فرکانس اصلی موج و مضارب آن تشکیل شده است. موج با فرکانس اصلی را موج اصلی و سایر امواج را با توجه به فرکانس آن‌ها، هارمونیک می‌نامند. به عنوان مثال هارمونیک سوم، پنجم، هفتم و... به عبارت دیگر در یک شبکه با فرکانس ۵۰ هرتز، هارمونیک سوم دارای فرکانس ۱۵۰ و هارمونیک پنجم دارای فرکانس ۲۵۰ هرتز خواهد بود.


شکل موج دارای اعوجاج، به تنهایی اطلاعاتی در مورد هارمونیک‌ها به دست نمی‌دهد. آنچه که طراح را در مورد آنالیز هارمونیک‌ها یاری می‌دهد نمودار طیف هارمونیک‌ها است.
دستگاه‌های اندازه گیری معمولی قادر به اندازه گیری هارمونیک‌ها نیستند. اندازه گیری در سیستم‌های هارمونیک توسط دستگاه‌های True RMS قابل انجام است. همچنین اندازه گیری طیف فرکانس‌ها توسط متخصصین و با استفاده از دستگاه‌های پاورآنالایزر انجام می‌شود.

 

مجموع اعوجاج هارمونی THD

مهمترین پارامتر اندازه گیری هارمونیک‌ها در شبکه قدرت THD یا (Total Harmonic Disturtion) است. در حقیقت THD بیانگر نسبت مجموع هارمونیک‌ها به مقدار پارامتر در فرکانس اصلی است و طبق رابطه زیر بیان می‌شود


در رابطه فوق Vn مقدار موثر یا RMS هارمونیک n. ام و n. = ۱ فرکانس اصلی می‌باشد.

تولید کننده‌های هارمونیک

متداول‌ترین تولید کننده‌های هارمونیک که همان بار‌های غیر خطی می‌باشند عبارتند از:

۱-UPS

۲-کنترل کننده دور موتور AC
۳- کنترل کننده موتور DC
۴-مبدل فرکانس
۵-دیمر روشنایی
۶-اینورتر
۷-شارژ باتری
۸-کوره قوسی
۹-دستگاه جوش قوسی
۱۰-بالاست الکترونیکی
۱۱-کوره القایی
۱۲-منبع تغذیه سوئیچینگ

مشکلات ناشی از هارمونیک‌ها

بسته به نوع، تعداد و مقدار هارمونیک‌های تولید شده توسط بار، مشکلات عمومی ایجاد شده در شبکه عبارت است از:

۱-گرم شدن بیش از حد هادی‌ها ۲-قوی وضعیف شدن نور لامپ‌های فلورسنت
۳-خرابی خازن‌ها
۴-گرم شدن و خرابی بیش از حد ترانسفورماتور‌ها و موتور‌ها
۵-چشمک زدن لامپ‌های گازی
۶-عمل کردن فیوز‌های اتوماتیک
۷-سوختن فیوز بدون دلیل ظاهری
۸-تداخل در ارتباطات راه دور
۹-تداخل خطوط تلفن
۱۰-خرابی دستگاه‌های اندازه گیری
۱۱-گرم شدن بیش از حد کلید‌ها
۱۲-قفل کردن کامپیوتر‌ها
امروزه بیشترین دغدغه الکتریکی صنعت، مقابله با هارمونیک‌ها و تبعات آن می‌باشد.