چکیده :
فصل اول: در این فصل به بررسی مقدماتی در مورد هارمونیک ها و کیفیت برق داشته و همچنین تعریفی از هارمونیک ارائه شده می نماید. در مورد بعضی از استانداردهای هارمونیکی نظیر THD و DIN نیز بحث می نماید.
فصل دوم: در مورد منابعی که هارمونیک ها را تولید می نمایند بحث می نمایند که هارمونیک ها می توانند از مصرف کننده های فشار ضعیف مانند کامپیوترها و لوازم خانگی باشند تا کوره های الکتریکی و مبدل های AC/DC بزرگ
فصل سوم: در مورد اثرات هارمونیک ها بر روی عملکرد 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 هارمونیکی نیز خواهد داشت.
فصل چهارم: فصل نهائی این پروژه راه کارهای ممکن جهت حذف هارمونیک ها را ارائه می نماید که می توان از روشهای چند پالسه، فیلترهای فعال و غیر فعال و روش تزریق جریان نام برد.
مقدمه :
با پیشرفت تکنولوژی و استفاده روز افزون از تجهیزات با تکنولوژی بالا مانند کامپیوترها و کنترل کننده های برنامه پذیر منطقی ( PLC) که وابستگی بیشتری به انرژی الکتریکی و کیفیت آن دارند، دیگر تنها استفاده از انرژی الکتریکی مورد پذیرش نبوده، بلکه کیفیت و خصوصیات برق تحویلی نیز مهم است. از سوی دیگر گسترش روز افزون استفاده از تجهیزاتی مانند کنترل کننده های سرعت، محرکه های تغییر دهنده فرکانس و خازن هایی که برای اصلاح توان راکتیو به کار می روند، همگی موجب کاش کیفیت برق و ایجاد مشکلات متعدد برای تجهیزات الکترونیکی می شود. لذا با در نظر گرفتن افزایش حساسیت تجهیزات و استفاده روز افزون از تجهیزاتی که موجب کاهش کیفیت برق می شوند، مبحث کیفیت برق روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می گردد.
شبکه قدرت ایده ال شبکه ای است که در آن انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ و جریان سینوسی در فرکانس ثابت و در سطوح ولتاژ مشخص از سوی نیروگاه ها به مراکز مصرف منتقل می شوند. اما در عمل وجود و تجهیزات با مشخصه غیر خطی و بخصوص ادوات الکترونیک قدرت در بخش های مختلف تولید، انتقال و مصرف انرژی الکتریکی، موجب پیدایش اعوجاجات هارمونیکی در شکل موج سینوسی جریان ولتاژ در شبکه قدرت می شود. این موضوع اهمیت آشنایی و مطالعه هارمونیک ها در شبکه قدرت را به عنوان یک شاخه جدید در مهندسی قدرت مطرح می نماید.
لذا در این پروژه سعی بر آن داشتم که از چگونگی تولید هارمونیک ها و اثرات آنها تا راه های کاهش هارمونیک ها مباحثی هر چند اندک بیان شود. امید بر آن است که حق مطلب ادا گردیده باشد.
مقدماتی هارمونیک ها
(1-1) کلیات
یکی از مسائل و مشکلات کیفیت برق در سیستم های توزیع و انتقال، مسئله هارمونیک ها می باشد که توجه زیادی را به خود جلب نموده است به طوری که مطالب بسیاری را در این خصوص می توان در کتب و مقالات گوناگون جستجو نمود.
اعوجاجات هارمونیکی باعث ایجاد مشکلات خاصی در شبکه های قدرت می شوند. از جلمه این مشکلات می توان به عدم عملکرد مناسب تجهیزات و نیز کاهش عمر و پایان آمدن راندمان دستگاه ها اشاره نمود.
در چنین حالتی مطالعه هارمونیک ها و ارائه یکسری قوائد و مقررات اجتناب ناپذیر خواهد بود. محدد نمودن اعوجاج هارمونیکی هم از نظر شرکتهای برق و هم از نظر مشترکین لازم می باشد. شرکتهای برق باید محدودیتهایی را ارائه نماید تا از آسیب دیدگی تجهیزات مشترکین، اعم از مشترکین خانگی و صنعتی جلوگیری شود. از طرف دیگر با توجه به اینکه ایجاد یک موج کاملاً سینوسی از طرف شرکتهای برق نمی تواند تضمین شود، لذا مشترکین باید اعوجاج ها تولید شده توسط تجهیزات خود را محدود نمایند.
مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک ها مشکلات زیادتری از شرکت های برق را تحمل می کنند. مشترکین صنعتی که از محرک های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره‌های قوس الکتریکی، کوره های القایی و نظایر آن استفاده می کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربه پذیر از بقیه مشترکین میباشند.
شرکتهای برق فرض می کنند که موج ولتاژ سینوسی تولید شده در مراکز تولید انرژی الکتریکی، بدون هارمونیک است. در اغلب اعوجاج ولتاژ در سیستم های انتقال کمتر از یک درصد است. به هر حال هر چه به سمت مشترکین نزدیک تر شویم، میزان اعوجاج هارمونیکی بیشتر خواهد شد از سوی دیگر در بعضی بارها، موج جریان، کاملاً از حالت سینوسی خارج شده و دارای اعوجاج زیادی می گردد.
با وجود اینکه در برخی مواقع اعوجاج در سیستم به صورت تصادفی است لیکن اغلب اعوجاج ها به صورت پریرودیک هستند بدین معنی که سیکل های متوالی تقریباً شبیه به هم بوده و ممکن است به آرامی تغییر کنند.
این مفهوم در اصل همان واژه هارمونیک را توصیف می کند. وقتی که استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین در مورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط شبکه های قدرت را برانگیخت. پیش بینی های مأیوس کننده ای از سرنوشت سیستمهای قدرت در صورت اجازه استفاده از این تجهیزات انجام گرفت.
در حالی که بعضی از این نگرانی ها احتمالاً بیش از آنچه اهمیت داشت مورد توجه قرار گرفت، لیکن بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد به دلیل پیگیری آنها روی این مسأله جدید می باشد. بررسی مسائل هارمونیک ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطه نظرات بسیاری را در خصوص کیفیت برق ایجاد نمود. به نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز هم مهمترین مسأله کیفیت برق می باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی، مغایر است.
بنابراین در این خصوص با پدیده های ناآشنایی روبه رو می شویم که نیاز به ابزارهای پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تحلیل آنها دارد. در اینجا باید تمایزی بین مسأله هارمونیک ها و حالتهای گذرا قائل شد. در واقع به جای بسیاری از اعوجاج‌ها که گذرا هستند هارمونیک ها مورد مؤاخذه قرار می گیرند.
اندازه گیری هر پدیده ممکن است شکل موج اعوجاجی به فرکانس های بسیار بالا را نشان دهد. گر چه اعوجاج ها گذرا نیز شامل مؤلفه های فرکانس بالا می باشد، اما حالت های گذرا و هارمونیک ها پدیده های متمایزی بوده و به صورت متفاوتی بررسی و تحلیل می گردند.
حالتهای گذرا، دارای فرکانس های بالایی می باشند و تنها لحظه ای پس از یک تغییر ناگهانی در سیستم قدرت به وجود می آیند. این فرکانسها لزوماً فرکانس هارمونیکی نیستند و به عنوان مثال می توانند فرکانس طبیعی سیستم در لحظه کلید زنی باشند که ارتباطی با فرکانس مؤلفه اصلی سیستم ندارد. طبق تعریف، هارمونیک ها در حالت ماندگار اتفاق می افتند و مضرب صحیحی از فرکانس مؤلفه اصلی می باشند.
موجهای اعوجاج یافته که دارای هارمونیک هستند، به طور پیوسته وجود داشته و یا حداقل برای چندین ثانیه باقی می مانند. گذرا ها معمولاً در طی چندین سیکل از بین می روند. حالت گذرا در ارتباط با یک تغییر در سیستم مانند کلید زنی خازن ها رخ می‌دهد، در حالی که هارمونیکها همراه با عملکرد پیوسته بار به وجود می آیند. حالتی که این تمایز را از بین می برد برق دار کردن ترانسفورماتور است. این پدیده گذرا به شمار می آید ولی موج اعوجاجی قابل ملاحظه ای را به مدت چند ثانیه تولید می کند. می تواند موجب ایجاد تشدید در سیستم شود. اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستم های قدرت به شمار نمی‌رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از ادوار در شبکه های جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه‌های قبل نشان می دهد که مقالات مختلفی در رابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناخته شده، ترانسفورماتور ها بودند و اولین مشکل در سیستمهای تلفن به وجود آمد. استفاده گروهی و به تعداد زیاد از لامپهای قوس الکتریک نیز به دلیل مؤلفه های هارمونیکی، خود توجهات بسیاری را برانگیخت ولی اهمیت هیچکدام از موارد فوق به اندازه اهمیت مسأله مبدل های الکترونیک قدرت در سالهای اخیر نبوده است. اعوجاج های هارمونیکی تولید شده در شبکه های قدرت منشأ داخلی دارند. برای مثال ژنراتورها، ترانسفورماتورها و تجهیزات تریستوری کنترل شده مانند پست های تبدیل که در سیستم های HVDC استفاده می‌شوند می‌توانند باعث ایجاد اعوجاج های هارمونیکی گردند. خوشبختانه در طی این سالها پژوهشگران متوجه شده‌اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد. به نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیکها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهد بود گر چه این هارمونیک ها می توانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستم های قدرت، مشکلات زمانی بروز می کنند که خازن های موجود در شبکه باعث ایجاد تشدید در یک فرکانس هارمونیکی گردند. در این شرایط اغتشاشات و اعوجاج ها، بسیار بیش از مقادیر معمول خواهد بود. امکان ایجاد ای مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف نیز وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم های صنعتی به دلیل درجه بالایی از تشدید رخ می دهد.
...
فهرست
عنوان
صفحهچکیده................................... 1
مقدمه................................... 2
فصل اول: شناخت و بررسی مقدماتی هارمونیکها 3
(1-1) کلیات......................................... 4
(1-2) اعوجاج هارمونیکی........................ 8
(1-3) اعوجاج ولتاژ و جریان..................... 10
(1-4) مقادیر مؤثر و اعوجاج ها هارمونیکی کل 12
(1-5) هارمونیک های مرتبه سه.............. 14
فصل دوم : منابع تولید هارمونیکها.......... 17
(2-1) مقدمه...................................... 18
(2-2) منابع تغذیه تک فاز....................... 18
(2-3) مبدل های قدرت سه فاز.............. 21
( 2-3-1 ) مبدل های AC/DC................ 21
(2-4) محرک های DC........................ 23
(2-5) محرکه های AC....................... 24
(2-6) تجهیزات قوس زننده............................ 26
(2-6-1) کوره های الکتریکی.......................... 28
(2-7) جبران کننده های استاتیکی توان راکتیو 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 هارمونیکها........................... 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 آسنکرون......................... 45
(3-5) ماشنیهای سنکرون......................... 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) کاهش توان نامی ترانسفورماتور.... 52
(3-7) عملکرد رله ها............................... 53
( 3-8) وسایل اندازه گیری الکتریکی........... 56
(3-8-1) توان حقیقی............................. 57
(3-8-2) توان راکتیو................................ 58
(3-8-3) توان ظاهری.............................. 60
(3-9) کلیدهای فشار قوی...................... 63
(3-10) عایق ها................................... 65
(3-11) فیوزها...................................... 65
(3-12) سیستمهای مخابراتی................ 65
(3-13) تاثیرات دیگر هارمونیکها.............. 66
فصل چهارم: روشهای حذف هارمونیکها... 67
(4-1) مقدمه...................................... 68
(4-2) روشهای چند پالسه.................... 69
(4-2-1) چگونگی حذف هارمونیکها......... 73
(4-2-2) ترانسفورمرهای دو سیم پیچه.... 76
(4-2-3) ترانسفورمرهای تک 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 تک 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 میکروپروسسوری تزریق جریان.. 103
( 4-5-2) استفاده از ماشین سنکرون با مدار تحریک رزونانس ... 106
منابع و مؤاخذ ..........................................111
178 ص فایل Word
+ 6ص فهرست
دانلود پروژه بررسی منابع هارمونیک در سیستم های فشار قوی و روشهای کاهش آن
