امروز: پنجشنبه 9 فروردین 1403
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روشهای كاهش آن

بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روشهای كاهش آن دسته: برق
بازدید: 6 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 173 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 191

فصل اول در این فصل به بررسی مقدماتی در مورد هارمونیك ها و كیفیت برق داشته و همچنین تعریفی از هارمونیك ارائه شده می نماید در مورد بعضی از استانداردهای هارمونیكی نظیر THD و DIN نیز بحث می نماید

قیمت فایل فقط 26,000 تومان

خرید

فهرست

عنوان

صفحه

چكیده................................... 1

مقدمه................................... 2

فصل اول: شناخت و بررسی مقدماتی هارمونیكها   3

 (1-1) كلیات............................ 4

(1-2) اعوجاج هارمونیكی.................. 8

(1-3) اعوجاج ولتاژ و جریان.............. 10

(1-4) مقادیر مؤثر و اعوجاج ها هارمونیكی كل  12

(1-5) هارمونیك های مرتبه سه............. 14

فصل دوم : منابع تولید هارمونیكها........ 17

(2-1) مقدمه............................. 18

(2-2) منابع تغذیه تك فاز................ 18

(2-3) مبدل های قدرت سه فاز.............. 21

( 2-3-1 ) مبدل های AC/DC................ 21

(2-4) محرك های DC....................... 23

(2-5) محركه های AC...................... 24

(2-6) تجهیزات قوس زننده................. 26

(2-6-1) كوره های الكتریكی............... 28

(2-7) جبران كننده های استاتیكی توان راكتیو  31

(2-8) ترانسفورمرهای قدرت................ 33

(2-8-1) اشباع ناشی از افزایش ولتاژ...... 34

 (2-10) لامپهای تخلیه ای................. 35

(2-11) سایر منابع....................... 36

فصل سوم: آثار هارمونیكها................ 37

(3-1) مقدمه............................. 38

(3-2 ) خازنها........................... 39

(3-2-1) اثرات مستقیم.................... 39

(3-2-2) اثرات غیرمستقیم................. 40

(3-3) لامپ های روشنایی و المان‌های حرارتی. 44

 (3-4) موتورهای آسنكرون................. 45

(3-5) ماشنیهای سنكرون................... 48

(3-6) ترانسفورماتورها................... 49

(3-6-1) افزایش تلفات گردابی در هادیها... 49

(3-6-2) افزایش تلفات هیسترزیس........... 50

(3-6-3) افزایش تلفات گردابی در هسته..... 51

(3-6-4) كاهش توان نامی ترانسفورماتور.... 52

(3-7) عملكرد رله ها..................... 53

( 3-8) وسایل اندازه گیری الكتریكی....... 56

(3-8-1) توان حقیقی...................... 57

(3-8-2) توان راكتیو..................... 58

(3-8-3) توان ظاهری...................... 60

(3-9) كلیدهای فشار قوی.................. 63

(3-10) عایق ها.......................... 65

(3-11) فیوزها........................... 65

(3-12) سیستمهای مخابراتی................ 65

(3-13) تاثیرات دیگر هارمونیكها.......... 66

فصل چهارم: روشهای حذف هارمونیكها........ 67

(4-1) مقدمه............................. 68

(4-2) روشهای چند پالسه.................. 69

(4-2-1) چگونگی حذف هارمونیكها........... 73

(4-2-2) ترانسفورمرهای دو سیم پیچه....... 76

(4-2-3) ترانسفورمرهای تك سیم پیچه....... 79

(4-3) فیلترهای غیر فعال................. 79

(4-3-1) انواع فیلترهای غیر فعال......... 80

(4-3-2) پارامترهای غیر فعال............. 81

(4-3-3) طراحی فیلترهای تك تنظیمه........ 84

(4-3-4) طراحی فیلترهای دو تنظیمه........ 86

(4-3-5) طراحی فیلترهای بالا گذر.......... 87

(4-3-6) طراحی بهینه فیلترهای غیر فعال... 89

(4-3-7) ملاحظات لازم در طراحی و نصب فیلترهای غیر فعال 89

( 4-4) فیلترهای غیر فعال................ 94

( 4-4-1) فیلترهای فعال موازی............ 96

( 4-4-2) فیلترهای فعال هایبرید.......... 98

( 4-5) سایر روشها....................... 103

(4-5-1) روش میكروپروسسوری تزریق جریان... 103

( 4-5-2) استفاده از ماشین سنكرون با مدار تحریك رزونانس........................................ 106

منابع و مؤاخذ........................... 111



چكیده :

فصل اول: در این فصل به بررسی مقدماتی در مورد هارمونیك ها و كیفیت برق داشته و همچنین تعریفی از هارمونیك ارائه شده می نماید. در مورد بعضی از استانداردهای هارمونیكی نظیر THD و DIN نیز بحث می نماید.

فصل دوم: در مورد منابعی كه هارمونیك ها را تولید می نمایند بحث می نمایند كه هارمونیك ها می توانند از مصرف كننده های فشار ضعیف مانند كامپیوترها و لوازم خانگی باشند تا كوره های الكتریكی و مبدل های AC/DC بزرگ

فصل سوم: در مورد اثرات هارمونیك ها بر روی عملكرد تغییرات و دستگاهها می‌باشد و همچنین در مورد آثار مضر آنها بر روی خازنها، دامپرهای روشنایی، موتورها، ترانسها، رله ها و ... بحث می‌شود.

همچنین بحثی نیز در مورد توان هارمونیكی نیز خواهد داشت.

فصل چهارم: فصل نهائی این پروژه راه كارهای ممكن جهت حذف هارمونیك ها را ارائه می نماید كه می توان از روشهای چند پالسه، فیلترهای فعال و غیر فعال و روش تزریق جریان نام برد.


مقدمه :

با پیشرفت تكنولوژی و استفاده روز افزون از تجهیزات با تكنولوژی بالا مانند كامپیوترها و كنترل كننده های برنامه پذیر منطقی ( PLC) كه وابستگی بیشتری به انرژی الكتریكی و كیفیت آن دارند، دیگر تنها استفاده از انرژی الكتریكی مورد پذیرش نبوده، بلكه كیفیت و خصوصیات برق تحویلی نیز مهم است. از سوی دیگر گسترش روز افزون استفاده از تجهیزاتی مانند كنترل كننده های سرعت، محركه های تغییر دهنده فركانس و خازن هایی كه برای اصلاح توان راكتیو به كار می روند، همگی موجب كاش كیفیت برق و ایجاد مشكلات متعدد برای تجهیزات الكترونیكی می شود. لذا با در نظر گرفتن افزایش حساسیت تجهیزات و استفاده روز افزون از تجهیزاتی كه موجب كاهش كیفیت برق می شوند، مبحث كیفیت برق روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می گردد.

شبكه قدرت ایده ال شبكه ای است كه در آن انرژی الكتریكی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فركانس ثابت و در سطوح ولتاژ مشخص از سوی نیروگاه ها به مراكز مصرف منتقل می شوند. اما در عمل وجود و تجهیزات با مشخصه غیر خطی و بخصوص ادوات الكترونیك قدرت در بخش های مختلف تولید، انتقال و مصرف انرژی الكتریكی، موجب پیدایش اعوجاجات هارمونیكی در شكل موج سینوسی جریان ولتاژ در شبكه قدرت می شود. این موضوع اهمیت آشنایی و مطالعه هارمونیك ها در شبكه قدرت را به عنوان یك شاخه جدید در مهندسی قدرت مطرح می نماید.

لذا در این پروژه سعی بر آن داشتم كه از چگونگی تولید هارمونیك ها و اثرات آنها تا راه های كاهش هارمونیك ها مباحثی هر چند اندك بیان شود. امید بر آن است كه حق مطلب ادا گردیده باشد.

فصل اول

شناخت و بررسی


مقدماتی هارمونیك ها

(1-1) كلیات

یكی از مسائل و مشكلات كیفیت برق در سیستم های توزیع و انتقال، مسئله هارمونیك ها می باشد كه توجه زیادی را به خود جلب نموده است به طوری كه مطالب بسیاری را در این خصوص می توان در كتب و مقالات گوناگون جستجو نمود.

اعوجاجات هارمونیكی باعث ایجاد مشكلات خاصی در شبكه های قدرت می شوند. از جلمه این مشكلات می توان به عدم عملكرد مناسب تجهیزات و نیز كاهش عمر و پایان آمدن راندمان دستگاه ها اشاره نمود.

در چنین حالتی مطالعه هارمونیك ها و ارائه یكسری قوائد و مقررات اجتناب ناپذیر خواهد بود. محدد نمودن اعوجاج  هارمونیكی هم از نظر شركتهای برق و هم از نظر مشتركین لازم می باشد. شركتهای برق باید محدودیتهایی را ارائه نماید تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشتركین، اعم از مشتركین خانگی و صنعتی جلوگیری شود. از طرف دیگر با توجه به اینكه ایجاد یك موج كاملاً سینوسی از طرف شركتهای برق  نمی تواند تضمین شود، لذا مشتركین باید اعوجاج ها تولید شده توسط تجهیزات خود را محدود نمایند.

مشتركین برق در صورت وجود هارمونیك ها مشكلات زیادتری از شركت های برق را تحمل می كنند. مشتركین صنعتی كه از محرك های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، كوره‌های قوس الكتریكی، كوره های القایی و نظایر آن استفاده می كنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج  هارمونیكی ضربه پذیر از بقیه مشتركین میباشند.

شركتهای برق فرض می كنند كه موج ولتاژ سینوسی تولید شده در مراكز تولید انرژی الكتریكی، بدون هارمونیك است. در اغلب اعوجاج ولتاژ در سیستم های انتقال كمتر از یك درصد است. به هر حال هر چه به سمت مشتركین نزدیك تر شویم، میزان اعوجاج هارمونیكی بیشتر خواهد شد از سوی دیگر در بعضی بارها، موج جریان، كاملاً از حالت سینوسی خارج شده و دارای اعوجاج زیادی می گردد.

با وجود اینكه در برخی مواقع اعوجاج در سیستم به صورت تصادفی است لیكن اغلب اعوجاج ها به صورت پریرودیك هستند بدین معنی كه سیكل های متوالی تقریباً شبیه به هم بوده و ممكن است به آرامی تغییر كنند.

این مفهوم در اصل همان واژه هارمونیك را توصیف می كند. وقتی كه استفاده از مبدل های الكترونیك قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین در مورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیكی توسط شبكه های قدرت را برانگیخت. پیش بینی های مأیوس كننده ای از سرنوشت سیستمهای قدرت در صورت اجازه استفاده از این تجهیزات انجام گرفت.

در حالی كه بعضی از این نگرانی ها احتمالاً بیش از آنچه اهمیت داشت مورد توجه قرار گرفت، لیكن بررسی مفهوم كیفیت برق مدیون این افراد به دلیل پیگیری آنها روی این مسأله جدید می باشد. بررسی مسائل هارمونیك ها منجر به تحقیقاتی گردید كه نتایج آن نقطه نظرات بسیاری را در خصوص كیفیت برق ایجاد نمود. به نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیكی هنوز هم مهمترین مسأله كیفیت برق می باشد. مسائل هارمونیكی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم های قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلی، مغایر است.

 بنابراین در این خصوص با پدیده های ناآشنایی روبه رو می شویم كه نیاز به ابزارهای پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشكلات و تحلیل آنها دارد. در اینجا باید تمایزی بین مسأله هارمونیك ها و حالتهای گذرا قائل شد. در واقع به جای بسیاری از اعوجاج‌ها كه گذرا هستند هارمونیك ها مورد مؤاخذه قرار می گیرند.

اندازه گیری هر پدیده ممكن است شكل موج اعوجاجی به فركانس های بسیار بالا را نشان دهد. گر چه اعوجاج ها گذرا نیز شامل مؤلفه های فركانس بالا می باشد، اما حالت های گذرا و هارمونیك ها پدیده های متمایزی بوده و به صورت متفاوتی بررسی و تحلیل می گردند.

حالتهای گذرا، دارای فركانس های بالایی می باشند و تنها لحظه ای پس از یك تغییر ناگهانی در سیستم قدرت به وجود می آیند. این فركانسها لزوماً فركانس هارمونیكی نیستند و به عنوان مثال می توانند فركانس طبیعی سیستم در لحظه كلید زنی باشند كه ارتباطی با فركانس مؤلفه  اصلی سیستم ندارد. طبق تعریف، هارمونیك ها در حالت ماندگار اتفاق می افتند و مضرب صحیحی از فركانس مؤلفه اصلی می باشند.

موجهای اعوجاج یافته كه دارای هارمونیك هستند، به طور پیوسته وجود داشته و یا حداقل برای چندین ثانیه باقی می مانند. گذرا ها معمولاً در طی چندین سیكل از بین می روند. حالت گذرا در ارتباط با یك تغییر در سیستم مانند كلید زنی خازن ها رخ می‌دهد، در حالی كه هارمونیك‌ها همراه با عملكرد پیوسته بار به وجود می آیند. حالتی كه این تمایز را از بین می برد برق دار كردن ترانسفورماتور است. این پدیده گذرا به شمار می آید ولی موج اعوجاجی قابل ملاحظه ای را به مدت چند ثانیه تولید می كند. می تواند موجب ایجاد تشدید در سیستم شود. اعوجاج هارمونیكی یك پدیده جدید در سیستم های قدرت به شمار نمی‌رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از ادوار در شبكه های جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تكنیكی دهه‌های قبل نشان می دهد كه مقالات مختلفی در رابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیكی شناخته شده، ترانسفورماتور ها بودند و اولین مشكل در سیستم‌های تلفن به وجود آمد. استفاده گروهی و به تعداد زیاد از لامپهای قوس الكتریك نیز به دلیل مؤلفه های هارمونیكی، خود توجهات بسیاری را برانگیخت ولی اهمیت هیچكدام از موارد فوق به اندازه اهمیت مسأله مبدل های الكترونیك قدرت در سالهای اخیر نبوده است. اعوجاج های هارمونیكی تولید شده در شبكه های قدرت منشأ داخلی دارند. برای مثال ژنراتورها، ترانسفورماتورها و تجهیزات تریستوری كنترل شده مانند پست های تبدیل كه در سیستم های HVDC استفاده می‌شوند می‌توانند باعث ایجاد اعوجاج های هارمونیكی گردند. خوشبختانه در طی این سالها پژوهشگران متوجه شده‌اند كه اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد. به نحوی كه بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشكل ناشی از هارمونیكها برای سیستم قدرت بسیار كم خواهد بود گر چه این هارمونیك ها می توانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستم های قدرت، مشكلات زمانی بروز می كنند كه خازن های موجود در شبكه باعث ایجاد تشدید در یك فركانس هارمونیكی گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها، بسیار بیش از مقادیر معمول خواهد بود. امكان ایجاد ای مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف نیز وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم های صنعتی به دلیل درجه بالایی از تشدید رخ می دهد.

(1-2) اعوجاج هارمونیكی

اعوجاج هارمونیكی در شبكه  های قدرت ناشی از عناصر غیر خطی است. عنصر غیر خطی عنصری است كه جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمی باشد. افزایش چند درصدی ولتاژ ممكن است باعث شود كه جریان دو برابر شده و نیز شكل موج جریان فرم دیگری به خود بگیرد. این حالت، مورد ساده ای از تولید اعوجاج در سیستم قدرت می باشد.

همانطور كه مشاهده می شود هر شكل موج اعوجاجی پریودیك را می توان به صورت جمع موجه ای سینوسی بیان نمود. یعنی هنگامی كه شكل موج از یك سیكل به سیكل دیگر تغییر نكند، این موج را می توان به صورت جمع امواج سینوسی خالص كه در آن فركانس هر موج، ضریب صحیحی از فركانس اصلی موج اعوجاجی است را نمایش داد.

این موجهای سینوسی كه فركانس آنها ضریب صحیحی از فركانس اصلی می‌باشند را هارمونیك های مؤلفه اصلی می نامند. جمع این سینوسی ها به سری فوریه مربوط است، زیرا این مفهوم ریاضی اولین بار توسط فوریه ریاضیدان فرانسوی مورد توجه قرار گرفت.

مزیت اصلی استفاده از سری فوریه در نمایش شكل موجهای هارمونیكی، سادگی به دست آوردن پاسخ سیستم به یك ورودی سینوسی است. همچنین در این حالت تكنیكهای معمولی حل شبكه در حالت ماندگار نیز قابل استفاده خواهد بود. در این روش، سیستم برای هر هارمونیك جداگانه بررسی شده و سپس خروجی ها در هر فركانس تركیب می گردند با پاسخ لازم یعنی شكل موج خروجی به دست آید.

وقتی كه دو نیم سیكل مثبت و منفی یك موج شبیه یكدیگر باشند، سری فوریه فقط شامل هارمونیك های فرد است. این مطالب مطالعه روی هارمونیك ها را ساده تر می سازد، زیرا اغلب وسایل  هارمونیك زا در برابر هر دو نیم سیكل مثبت و منفی رفتار یكسانی را از خود نشان می دهند. در حقیقت وجود هارمونیك های زوج اغلب نشان دهنده اشكالی در سیستم است. این اشكال می تواند ناشی از بار و یا ترانسدیوسر (كه برای اندازه گیری استفاده می شود) باشد. استثنائاتی در این مورد

مانند یكسو كننده های نیم موج و كوره های قوس الكتریك كه در آن بروز قوس به صورت اتفاقی می باشد نیز وجود دارد.

معمولاً، دامنه هارمونیك های مرتبه بالا( بالاتر از 50 ام) در سیستم های قدرت ناچیز می باشند. البته این هارمونیك ها می توانند سبب اختلال در عملكرد وسایل الكتریكی قدرت پایین شوند، لیكن معمولاً آسیبی به سیستم های قدرت وارد نمی آورند.

اگر سیستم قدرت را به عناصر سری و موازی ( همچنانكه در عمل هستند) تقسیم كنیم، بخش عمده ای از عناصر غیر خطی در سیستم قدرت جزء عناصر موازی محسوب می شوند (بارها). امپدانس های سری در سیستم قدرت ( امپدانس اتصال كوتاه بین منبع و بار) معمولاً خطی می باشند. شاخه موازی ( امپدانس مغناطیس كننده ) در معادل ترانسفورماتور، منبع تولید هارمونیك می باشد. این جمله به این معنا نیست كه تمام مشتركین كه اعوجاج هارمونیكی بر آنها اعمال می شود. خود منبع تولید هارمونیك هستند بلكه باید گفت كه اعوجاج هارمونیكی بعضی از مشتركین و یا از تركیبی از آنها معمولاً می توانند عامل تولید هارمونیك باشد.

(1-3) اعوجاج ولتاژ و جریان

كلمه هارمونیك غالب بدون هیچگونه كلمه توصیفی دیگر و به تنهایی استفاده می شود. برای مثال، بسیار شنیده می شود كه یك محركه موتور با قابلیت تنظیم سرعت یا یك كوره القایی به دلیل وجود هارمونیك ها نمی توانند به شكل مناسبی كار كنند. چرا این مسأله پدید آمده است؟ جواب می تواند یكی از موارد زیر باشد:

-  هارمونیك ولتاژ آنقدر زیاد است كه سیستم كنترل زاویه آتش به خوبی عمل نمی كند.

-  هارمونیك جریان زیادتر از ظرفیت بعضی از تجهیزات در شبكه تغذیه ( مانند ترانسفورماتور و موتور) است كه باید در زیر قدرت نامی خود كار كنند.

-   هارمونیك ولتاژ زیاد است زیرا هارمونیك جریانی ناشی از آن وسیله زیاد می باشد.

همچنانكه این موارد نشان می دهد دلایل و اثرات جداگانه ای برای ولتاژ و جریان و همچنین روی بعضی روابط بین این دو وجود دارد. بنابراین، واژه ها هارمونیك به تنهایی مبهم بوده و نمی توان به كمك آن به صورت دقیق یك مسئله را توصیف كرد.

بارهای غیر خطی، منبع تولید هارمونیك های جریان هستند و باعث تزریق این هارمونیك ها به شبكه قدرت می شوند. برای بیشتر مطالعات، كافی است كه بارهای تولید كننده هارمونیك در سیستم را به صورت منبع جریان مدل سازی نمود. البته استثنائاتی در این زمینه وجود دارد كه در ادامه توضیح داده خواهد شد. اعوجاج ولتاژ در اثر عبور جریان اعوجاجی از امپدانس سری و خطی سیستم انتقال می گردد.

گرچه در این جا فرض شده است كه منبع فقط شامل ولتاژ با فركانس اصلی است، لیكن جریان های هارمونیكی عبور كننده از امپدانس سیستم باعث ایجاد افت ولتاژ برای هر هارمونیك خواهد شد. و در نتیجه باعث ایجاد ولتاژ هارمونیكی در دو سربار می گردد. مقدار اعوجاج ولتاژ بستگی به امپدانس جریان دارد. با فرض این كه اعوجاج شینه در حد قابل قبولی باقی بماند ( مثلاً كمتر از 5 درصد)، مقدار جریان هارمونیكی تولید شده توسط بار تقریباً برای هر سطح باری ثابت است.

در حالی كه هارمونیك های جریان ایجاد شده توسط بار در نهایت باعث اعوجاج ولتاژ می گردند. لیكن باید اشاره نمود كه بار هیچگونه كنترلی روی اعوجاج ولتاژ ندارد. یك بار یكسان در دو محل مختلف یك سیستم قدرت دو مقدار متفاوت اعوجاج ولتاژ ایجاد می كند. درك این حقیقت پایه ای برای تقسیم مسئولیت ها در كنترل هارمونیك ها خواهد بود. مقدار هارمونیك جریان تزریق شده به سیستم می بایستی در نقطه اتصال مشترك به شبكه كنترل گردد.

با فرض این كه  هارمونیك جریان تزریقی در حد مجاز است، اعوجاج ولتاژ را می توان با كنترل بر روی امپدانس سیستم در حد مجاز قرار داد.

قیمت فایل فقط 26,000 تومان

خرید

برچسب ها : هارمونیک , سیستم های فشار قوی , ولتاژ و جریان , ترانسفورمر

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر