ژنراتور ها هارمونیک- و روش های کاهش هارمونیک

امروزه با افزایش مصرف برق مجموعه ها و همچنین وجود شرایطی مانند قطعی های مکرر برق، عدم دسترسی به سیستم برق سراسری برای برخی صنایع و تاسیسات، افت ولتاژ های مکرر و عدم تامین توان مناسب برای بار ها، وجود فاصله زیاد برخی از بار ها با منبع تغذیه و عدم وجود صرفه اقتصادی برای کابل کشی برای مسافت بین بار و منبع و افت ولتاژ ایجاد شده به دلیل مسافت کابل کشی، طرح های توسعه کارخانجات در طول زمان که مصرف برق این تاسیسات را دستخوش تغییر میکند که گاها شرکت توانیر این افزایش مصرف را تامین نمی کند و حتی سیستم های تامین برق اضطراراریی برخی کارخانجات که نیاز مند تامین انرژی بدون قطعی هستند، صاحبان و مدیران این صنایع و شرکت ها را وادار به نصب سیستم های تامین برق خارج از شبکه به وسیله ژنراتور ها که عموما از نوع ژنراتور های سنکرون کوپل شده با دیزل موتور ها است، کرده است.

به هر حال این تغییرات در سیستم برق و تامین این انرژی به وسیله ژنراتور ها منجر به ایجاد چالش هایی برای این صنابع میشود که در ادامه بصورت مفصل به این موضع و راهکار های رفع این چالش ها را بررسی شده است.

تاثیر هارمونیک در عملکرد ژنراتور

به منظور ایجاد هماهنگی بین ژنراتورهای خارج از شبکه (off grid) و بارهای خیر خطی که تولید کننده هارمونیک هستند، مانند سیستم های یو پی اس، تجهیزات کامپیوتری، روشنایی، و درایو های تغییر سرعت و گشتاور موتور ها مانند کانورتر ها و اینورتر ها که در صنعت در حال کار هستند. مجبور هستیم که سایز بندی ژنراتور را به منظور کارکرد بهینه در شرایط هارمونیک ۲ تا ۱.۵ برابر بیشتر انتخاب کنیم. و در صورت سایز بندی نامناسب ژنراتور ها در شرایط هارمونیکی باعث ایجاد شرایط نا خواسته ای مانند اضافه باز شدن ژنراتور، عدم کارکرد صحیح ژنراتور، ریپل شدید ولتاژ، کاهش ولتاژ و عدم کاکرد صحیح تنظیم کننده اتوماتیک ولتاژ (AVR)، از کار افتادن ژنراتور و در نهایت ایجاد صدمه در تجهیزات مصرف کننده انرژی میشود که منجر به تحمیل هزینه های مالی و زمانی به مجموعه میشود. از این رو انتخاب و سایز بندی ژنراتور بصورت اضافه سایز به منظور غلبه بر این مشکلات هارمونیکی مرتبط با بارهای غیر خطی منجر به تحمیل هزینه های قابل توجه مانند افزایش هزینه و قیمت ژنراتور به دلیل اندازه و توان بیشتر، افزایش هزینه کابل کشی و توزیع توان در مجموعه به دلیل استفاده از کابل هایی با ضخامت بیشتر برای تحمل این جریان اضافه بوجود آمده، افزایش مصرف سوخت خود ژنراتور و آلودگی صوتی و زیست محیطی بیشتر به دلیل سایز بزرگتر ژنراتور و در نهایت کاهش چشم گیر راندمان و بهره وری ژنراتور در این شرایط کاری هارمونیکی میشود، که همه این عوامل دست در دست هم نیاز مند صرف هرینه بیشتر است.

هارمونیک و ژنراتور

ژنراتور های سنکرون استفاده شده در ژنراتور های خارج از شبکه مانند دیزل ژنراتور هایی که در مجموعه ها نصب میشود، به دلیل امپدانس داخلی بالا، انرژی و توان بسیار تاثیز پذیری را تولید میکنند. این نوع ژنراتور ها تحت بار های خطی توانایی تولید شکل موج سینوسی را دارند، اما در شرایط حضور و تغذیه بار های غیر خطی که هارمونیک جریان را ایجاد میکنند، این شکل موج سینوسی تولید شده توسط ژنراتور از حالت سینوسی خالص به سرعت خارج میشود. و شکل موج معوج و ریپلیکی را باعث خواهد شد، و این عامل به تنهایی عامل بیشتر تداخل ولتاژ و افت ولتاژ حاصل شده از بار های هارمونیکی است. دانستن موضوع تاثیر بارهای غیر خطی بر روی ژنراتور ها و ایجاد تداخل ولتاژ از عوامل بسیار مهمی است که طراحان سیستم های برق اضطراری و کمکی است که باید در نظر بگیرند. مهندسین یک راکتانس فرعی را برای ژنراتور تعیین میکنند که تا سطح گسست سیستم را کاهش دهند، ولی افزایش امپدانس ژنراتور در شرایط تغذیه بارهای غیر خطی هارمونیکی منجر به ایجاد مشکلات بسیار جدی مانند تداخل ولتاژ زیاد خواهد شد. مه نیاز مند سیستم های کاهش هارمونیک است.

هارمونیک های جریان موجب افزایش تلفات در ژنراتور ها به چندین صورت می شود، میدان های مغناطیسی سرگردان ایجاد شده توسط هارمونیک ها موجب ایجاد جریان های چرخنده در رتور میشود، این عامل به موجب وجود مقاومت در قفسه رتور باعث ایجاد تلفات اهمی خواهد شد. تلفات استاتور به دلیل وجود اثر پوستی در سیم پیچی افزایش خواهد یافت. هارمونیک های فرکانس بالا منجر به خارج شدن شار مغناطیسی به محیط خارج از هسته خواهد، و این عامل نیز باعث افزایش تلفات میشود. همپنین تلفات هسته نیز در شرایط هارمونکی نیز افزایش مییابد.

کنترل کننده های اتوماتیک ولتاژ (AVR) و سیستم های تحریک ژنراتور به تداخلات ولتاژ حساسیت بالایی دارند. مدار داخلی و سنسور های اندازه گیری ولتاژ در این سیستم ها که باید سریعا مقدار ولتاژ خروجی ولتاژ و میزان توان RMS را اندازه گیری کنند، دقت عملکردی خود را از دست میدهند. سیستم های تحریک ژنراتور که عموما انرژی خود را از خروجی ژنراتور تامین میکنند، منجر به ایجاد تداخل بسیار زیادی را خواهد شد.

نوشته های مشابه

اصول طراحی فیلتر هارمونیک

بار های غیر خطی و هارمونیک

زمانی که یک منبع ولتاژ سینوسی یک باز غیر خطی را تغذیه میکند. جریان کشیده شده از منبع بصورت سینوسی کامل نخواهد شد. این تداخلات جریان را میتوان بصورت هارمونیک های جریان برای بررسی تاثیرات آن و کاهش مقدار آن دسته بندی کرد. معمول ترین نوع هارمونیک ایجاد شده توسط بارهای غیر خطی مانند اینورتر ها و کانورتر ها شکل موج پالسی است که این نوع شکل موج اکثرا توسط بار های الکترویک قدرت که دارای کلیدزنی هستند و عملیاتی مانند تغییر فرکانس را انجام میدهند ایجاد میشود. در حضور امپدانس سیستم این نوع جریان کشیده شده منجر به افت ولتاژ و تغییر شکل موج سینوسی به غیر سینوسی میشود، و در نهایت منجر به ایجاد تداخلات ولتاژ میشود، که مشکلات بسیار زیادی را این تغییر شکل موج منجر می‌شود.

سیستم های کاهش هارمونیک و فیلتر هارمونیک برای ژنراتور ها

همان طور که توضیخ داده شد این هارمونکی ها و تاثیرات بارهای غیر خطی، موجب کاهش توانایی ژنراتور های تامین برق شده و موجب کاهش راندمان و تداخل ولتاژ تولیدی میشود. این مشکلات منجر میشود که نیاز برای سیستم های فیلتر و کاهش هارمونیک به شدت احساس شود و مهندسین به دنبال راهکاری برای رفع این مشکلات باشند. مطلوب ترین راه این است که مقدار بارهای غیر خطی کاهش یابد که این عمل دور از واقعیت و غیر عملی است زیرا بع غیر از کاهش استفاده از بار های غیر خطی در طول زمان شاهد افزایش استفاده است بارهای غیر خطی در صنعت هستیم، به دلیل اینکه درایو ها و اینوتر ها مزایای بسیار زیادی را در صنعت ایجاد میکنند و دیگر نمیتوان صنایع را بدون وجود این نوع بارها تصور کرد. بنابراین راهکار اصلی که وجود دارد تلاش برای کاهش این هارمونکی ها و فیلتر کردن آنها توسط ساختار های مخصوصی که برای این چالش ها توسعه یافته اند است. اصلی ترین راهکار برای غلبه بر این مشکلات و چالش ها استفاده از فیلتر های هارمونیک پسیو و اکتیو است. و همان طور که از اسمش مشخص است این فیلتر ها این هارمونیک ها تولید شده توسط این بارها را فیلتر میکنند. فیلتر های هارمونیک اکتیو که به وسیله عناصر نیمه های و بصورت کلید زنی عمل میکنند میتوانند این مشکلات و چالش هارا رفع کنند اما دارای قیمت بسیار زیادی هستند که نیازمند صرف هزینه بسیار زیادی هستند، معقول ترین راهکار برای هدایت این مشکل ها استفاده از فیلتر های هارمونیک پسیو هست، که امروزه به عنوان راهکاری بسیار موثر از نظر عملکرد و هزینه شناخته میشوند. این فیلتر های هارمونیک به وسیله سلف های بزرگ که به عنوان راکتور شناخته میشوند و خازن ها ساخته میشوند.

از این رو در صنایع و تاسیساتی که از بارهای غیرخطی استفاده می‌کنند، که امروزه دیگر اکثر بارها دارای رفتار غیر خطی است باید از این فیلتر ها برای جلوگیری از مشکلاتی که اشاره شد استفاده کرد. همچنین میتوان گفت که در تاسیساتی که دارای زنراتور ها خارج از شبکه که بارهای غیرخطی را تغذیه میکنند، باید از فیلتر های هارمونیک استفاده شود. زیرا در صورت نبود این سیستم های فیلترینگ هارمونیک برای تغذیه یک بار غیر خطی ۱۵کیلو واتی نیازمند ژنراتوری با توان سه برابر این مقدار مصرفی بار غیر خطی هستیمف که بتواند این بار ۱۵ کیلو واتی را تغذیه کند، که این عامل به تنهایی میتواند از نظر اقتصادی و عملی،  نصب سیستم های فیلتر هارمونیک برای این تاسیسات را توجیه کند.

کارفرمایان و مدیران فنی شرکت ها باید موضوع هارمونیک و روش های فیلتر این هارمونیک ها را در هنگام انتخاب و سایز بندی ژنراتور را در نظر گرفته تا موجب به دست آمدن بهینه ترین حالت ممکن از نظر اقتصادی و فنی شود.

در صورت در نظر نگرفتن و بی توجهی به این عوامل (هارمونیک ها و تداخلات ولتاژ ژنراتور) شاهد مشکلاتی مانند موارد زیر خواهد شد:

• از کار افتادن ژنراتور دیزلی
• عدم کارکرد دقیق تنظیم کننده ولتاژ خروجی ژنراتور و سیستم تحریک
• شکست عایقی ژنراتور
• کاهش عمر ژنراتور سنکرون
• مشکلات و خرابی بارهای در حال کار در مجموعه
• عدم توانایی تامین توان بهینه
• کاهش راندمان ژنراتور و افزایش مصرف سوخت
• افزایش آلودگی محیطی و صوتی
• نیاز به ژنراتور سایز بزرگتر
• افزایش و تحمیل هزینه های مالی و زمانی
• افزایش تعداد دفعات سرویس و تعمیرات تجهیزات

نتیجه گیری:

برای کاربردهای ژنراتور، خواه قدرت اصلی یا پشتیبان، باید به مقدار بار غیر خطی و اعوجاج هارمونیک که این بارها ایجاد می کنند توجه شود. روش‌های اندازه‌گیری «قاعده سرانگشتی» حداقل منجر به دو برابر کردن رتبه ژنراتور میشود که موجب عملکرد ناکارآمد، هزینه‌های نصب و راه‌اندازی بسیار بالاتر و انتشار آلودگی بیش از حد میشود. همچنین در بسیاری از برنامه های کاربردی، دو برابر کردن رتبه ژنراتور ممکن است به سادگی نباشد، و به اندازه کافی برای کاهش اعوجاج ولتاژ به سطوحی که تأثیری نخواهد داشت منجر نخواهد شد و بر عملکرد تجهیزات متصل، مانند درایو ها و موتور ها تاثیر گذاشته و درنهایت سیستم الکتریکی مجموعه را مختل خواهد کرد.

جهت مشاوره خرید و استعلام قیمت، نصب و راه اندازی، راهنمایی، گارانتی و مشخصات فنی فیلتر هارمونیک با کارشناسان دیزل صنعت تماس بگیرید. (۳۳۳۵۹۸۱۸ – ۰۴۱ ).