مقالات عمومی
اعوجاج های هارمونیکی
اعوجاج های هارمونیکی
اعوجاج هارمونیکی، به جهت عملکرد قطعات یا تجهیزات غیر خطی در سیستم قدرت ایجاد می شوند، قطعه یا دستگاه با عملکرد غیر خطی، دستگاهی است که در آن جریان متناسب با ولتاژ اعمال شده، نباشد. شکل زیر این مفهوم را در حالتی که یک ولتاژ سینوسی اعمال شده به یک مقاومت خطی ساده، نشان می دهد که در آن ولتاژ و جریان بر اساس منحنی نشان داده شده، تغییر می کنند، در حالی که ولتاژ اعمال شده کاملا سینوسی است، جریان خروجی انحراف دارد.
افزایش چند درصدی ولتاژ، ممکن است باعث دو برابر شدن جریان شود و شکل موج را کاملا تغییر دهد. این نوع قطعات، مهمترین دلیل ایجاد هارمونیک ها در سیستم های قدرت هستند.
در شکل بعد نشان داده شده است که هر شکل موج دوره ای و انحراف یافته را می توان بصورت مجموع سینوسی هایی ، بیان نمود. هنگامیکه یک شکل موج از یک سیکل به سیکل بعدی یکسان است، می توان آنرا به شکل امواج سینوسی خالص و مجزا نمایش داد که در آن فرکانس هر موج سینوسی مضربی صحیح از فرکانس اصلی است که تحریف شده است. به این مضرب ها هارمونیک فاندامنتال می گویند. از این رو که رفتاری شبیه به همان مفهوم دارند، این نام را به خود اختصاص داده اند.
از مجموع سینوسی ها ، به سری فوریه یاد می شود که به نام ریاضیدان مشهوری که آنرا کشف نمود، نامگذاری شده است. به این دلیل ، از مفاهیم سری فوریه در تجزیه و تحلیل و تشریح هارمونیک ها، استفاده می شود.
اکنون می توان سیستم را بطور جداگانه در هر هارمونیک تجزیه و تحلیل نمود. علاوه بر این، یافتن پاسخ سینوسی از هر هارمونیک بطور جداگانه در مقایسه با کل شکل موج های انحراف یافته، بسیار ساده تر است. سپس خروجی ها در هر فرکانس با هم ترکیب می شوند تا یک سری فوریه جدید تشکیل دهند که در صورت تمایل، شکل موج خروجی را می توان با استفاده از آن محاسبه نمود.
اغلب فقط بزرگی هارمونیک مورد توجه قرار می گیرد، زمانیکه شکل موج های نیم سیکل منفی و نیم سیکل مثبت یکسان هستند، سری فوریه فقط شامل هارمونیک های مرتبه فرد است.
این روش یک ساده سازی جهت مطالعات و تجزیه و تحلیل سیستمهای قدرت می باشد زیرا اغلب دستگاه ها یا قطعات تولید هارمونیک معمولی در هر دو قطب، شکل موج یکسانی دارند، در واقع وجود هارمونیک یکنواخت اغلب نشانه ای از وجود مشکل است.
معمولا هارمونیک های مرتبه بالا(مرتبه 25 تا 50) در تحلیل های سیستم قدرت، چشم پوشی می شوند. هارمونیک ها معمولا باعث خطری در سیستمهای قدرت نمی شوند ولی در سیستمهای مبتنی بر الکترونیک و کامپیوتر، اختلال ایجاد می کنند.
از طرفی جمع آوری اطلاعات مفید و دقیق جهت مدل سازی سیستم های قدرت در این فرکانس ها، بسیار دشوار است.
مشکل دیگر زمانی پیش می آید که رزونانس های سیستم در محدوده فرکانس های هارمونیک وجود داشته باشند، این رزونانس ها می توانند در سوییچینگ های گذرا و لحظه ای در مبدل های برق الکترونیکی، ایجاد تحریک نمایند که در نهایت باعث ایجاد شکل موج های ولتاژی با چندین نقطه صفر می شوند که باعث اخلال در مدارهای زمان بندی می شود.
اگر سری قدرت بصورت عناصر سری و شنت به تصویر کشیده شود، می توان انتظار رفتارهای غیر خطی در عنا عناصر شنت را داشت. امپدانس سری سیستم یعنی امپدانس اتصال کوتاه منبع و بار، خطی است. در ترانسفورماتورها نیز منبع تولید هارمونیک شاخه شنت(امپدانس مغناطیسی) مدل T است.