اصول فیلتر هارمونیک ، کاربردها و انواع آن

در سیستم های الکتریکی مدرن و با افزایش روز افزون استفاده از بار های غیر خطی در صنایع مانند درایو های کنترل سرعت موتور ها، یکسو سازها و کوره های القایی، هارمونیک های ایجاد شده توسط این نوع بارها چالش های قابل توجهی را ایجاد میکنند. که منجر به مشکلات مختلفی مانند انحراف ولتاژ، افزایش تلفات، کاهش عمر قطعات و ادوات و ایجاد تداخلات مغناطیسی میشود. هارمونیک ها مضرب هایی از فرکانس اصلی سیستم در یک سیستم الکتریکی هستند که در سیستم های تغذیه بسته به منظقه این فرکانس اصلی معمولا ۵۰ یا ۶۰ هرتز است.

فیلتر هارمونیک به عنوان یکی از راهکار های موثر برای کاهش مشکلات هارمونیک در سیستم های الکتریکی ظاهر شده‌اند.

فیلتر‌های هارمونیک یکی از مهمترین ابزارهای مهندسی برق هستند که به عنوان یکی از عوامل اصلی در بهبود کیفیت توان و حفظ پایداری سیستم‌های قدرت شناخته می‌شوند. این فیلترها با کنترل و حذف هارمونیک‌های مزاحم، به تسریع فرآیندهای تولید و توزیع انرژی کمک می‌کنند و در نتیجه عملکرد سیستم‌های برقی را بهبود می‌بخشند.

عوامل اصلی ایجاد کننده هارمونیک ها در سیستم

هارمونیک ها نتیجه بارهای غیر خطی هستند که ولتاژ خط AC را به DC تبدیل می کنند. هارمونیک ها به دلیل دستگاه های سوئیچینگ الکترونیکی غیرخطی مانند درایوهای فرکانس متغیر (VFD)، منابع تغذیه کامپیوتر و روشنایی کم مصرف به سیستم الکتریکی جریان می یابند.

• ادوات صنعتی ( دستگاه جوش کاری، کوره القایی، شارژر باتری، منابع تغذیه جریان مستقیم)
• درایو های کنترل سرعت موتور های AC و DC
• یو پی اس ها
• تجهیزات اداری مانند کامپیوتر ها، پرینتر ها، مانیتور ها و غیره
• لوازم خانگی ( تلوزیون، اجاق های برقی و روشنایی)

فرکانس های هارمونیک موج سینوسی را تغییر میدهند و موجب مخدوش شدن قدرت میشوند.

مشکلات وجود هارمونیک در سیستم الکتریکی

هارمونیک های باعث ایجاد اثرات مخرب متعددی در سیستم های الکتریکی میشوند که میتوان به سه قسمت اصلی تقسیم کرد:

1. خرابی و عملکرد نادرست تجهیزات

• گرمای بیش از حد (موتور ها، کابل ها و ترانسفومر ها)
• لرزش موتور ها
• نویز قابل توجه در ترانسفورماتور ها و موتور ها
• مزاحمت در عملکرد قطع کننده ها
• آتش سوزی الکتریکی
• عملکرد نامنظم تجهیزات الکترونیکی
• قفل شدن کامپیوتر ها یا PLC
• عملکرد نادرست تنظیم کننده های ولتاژ
• خطای تایمر ها و ساعت ها
• عملکرد نادرست تنظیم کننده های ژنراتور
• سوسو کردن لامپ های ال ای دی

2. ملاحظات اقتصادی

• تلفات/ ناکارآمدی
• تلفات KW در کابل ها و ترانسفورمر ها
• ضریب توان کل پایین
• سایز بندی ژنراتور
• سایز بندی UPS
• ملاحظات سایز بندی (کابل ها و تراسفورمر ها)
• جریمه های شبکه برق

3. کاربرد خازن های اصلاح کننده ضریب توان

• خرابی خازن
• قطع شدن مزاحم فیوز ها و بیرکر های خازن های تغذیه
• شرایط رزونانس هارمونیک محاسبه شده و اندازه گیری شده (رزونانس سری یا موازی)

مشخصه هارمونیک ها بر اساس بار:

جدول زیر هارمونیک های مورد انتظار برای انواع بار های مختلف را نشان میدهد.

راه حل های هارمونیک: روش های کاهش و رفع هارمونیک

موارد زیر راه حل های هارمونیک هستند که محصولات تجاری یا ترکیبی از محصولات برای کاهش جریان هارمونیک و به حداقل رساندن اعوجاج ولتاژ هارمونیک در یک سیستم قدرت هستند.

این راه حل های هارمونیک به سه دسته عمده تقسیم میشوند:

1. روش اصلاح هارمونیک بار بصورت تکی
2. روشهای سیستم برای اصلاح هارمونیک بصورت گروهی بار ها
3. روش اصلاح هارمونیک با مزیت اصلاح ضریب توان

روش اصلاح هارمونیک بار بصورت تکی یا انفرادی:

بارها با اعوجاج کم

همچنین دسته ای از بارها وجود دارند که هارمونیک های درون دستگاه را اصلاح می کنند و اغلب به آنها بارهای اعوجاج کم می گویند. این به وضوح هزینه را به دستگاه اضافه می کند، اما آنها اغلب به جای تجزیه و تحلیل دقیق و ملاحظات اندازه برای راه حل های هارمونیک فردی یا برای راه حل های سیستم انتخاب می شوند. حرکت قابل توجهی به سمت این دستگاه ها صورت گرفته است، به ویژه منابع تغذیه برای سرورهای مرکز داده که در آن همه سرورها قبلاً از منابع تغذیه با حالت سوئیچ بسیار غنی از هارمونیک (بیش از ۸۰٪ THD) استفاده می کردند و اکنون تقریباً همه از منابع تغذیه تصحیح شده PF استفاده می کنند که تقریباً کاملاً سینوسی هستند. یا خطی همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید.

این شامل:

1. منابع تغذیه تصحیح شده ( تصحیح شده هارمونیک)
2. یکسو ساز های با THD کم
3. روشنایی با THD کم

این بارها به گونه ای طراحی شده اند که نیاز به اصلاح هارمونیک قابل توجه بر اساس بار جداگانه نداشته باشند و حداقل، در صورت وجود، اصلاح بر اساس سیستم را از بین ببرند. از آنجایی که هزینه این دستگاه ها صرفاً توسط تولید کنندگان مشخص می شود، آنها در این خلاصه راه حل های هارمونیک در نظر گرفته نمی شوند. اگرچه درایوهای PWM و یو پی اس ها می توانند در این دسته قرار بگیرند، اما آنها با راه حل های هارمونیک جداگانه دسته بندی میشوند.

روشهای سیستم برای اصلاح هارمونیک بارها بصورت گروهی:

راه حل های هارمونیک زیر از یک رویکرد سیستمی برای اصلاح هارمونیک ها برای گروه های بار برای سیستم های قدرت تجاری و صنعتی استفاده می کنند:

1. فیلتر های هارمونیک تنظیم شده ( اتصال موازی)
2. شیفت فاز ( تراسفورمر های رفع هارمونیک)
3. فیلتر های هارمونیک فعال
4. اتصالات ترانسفورمر ( هارمونیک سوم)
5. تجهیزات با اندازه بیش از نیاز

روش اصلاح هارمونیک با مزیت اصلاح ضریب توان:

از آنجایی که هارمونیک ها و ضریب توان ارتباط نزدیکی با هم دارند، راه حل های هارمونیک زیر مربوط به ضریب توان را برجسته می کنیم:

1. فیلتر های تنظیم شده شده و تنظیم نشده ( شنت با اتصال موازی)
2. فیلتر های اکتیو
3. سیستم های هیبرید

نوشته های مشابه

اصول طراحی فیلتر هارمونیک

روش حذف مؤلفه های هارمونیک

اصول عملکرد فیلتر هارمونیک

فیلتر هارمونیک غیرفعال یا پسیو چیست؟ اجزای اصلی یک فیلتر هارمونیک غیرفعال یک راکتور و یک خازن هستند که به صورت سری در سیستم قدرت وصل شده و احتمالاً به یک باس، یک تابلوی اصلی، تابلو برق یا حتی داخل یک مرکز کنترل موتور متصل می شوند. فیلترهای هارمونیک عمدتاً بر پایه اصول فیزیکی مانند امپدانس، خازن و مقاومت کار می‌کنند.

این فیلتر های پسیو که یکی از راه حل های اصلی برای رفع هارمونیک است بدین صورت عمل میکند که با ایجاد امپدانس کم برای فرکانس خاصی نسبت به منبع موجب، میشوند که هارمونیک به سمت فیلتر جریان پیدا کند. و این عمل موجب میشود ها هارمونیک ها وارد ترانسفورمر یا بار های مجاور نشده و از بروز مشکلات اشاره شده جلوگیری نماید. این فیلترها هارمونیک های غیرضروری را مسدود می کنند و جریان هارمونیک را به دما تغییر می دهند و از بار یا دستگاه نهایی دفاع می کنند. چهار نوع فیلتر هارمونیک پسیو مانند فیلتر بالا گذر، فیلتر سری، فیلتر نوع c و فیلتر باند استفاده می شود.

کاربرد فیلتر هارمونیک

• صنعت

فیلترهای هارمونیک در صنعت به منظور کنترل و مدیریت هارمونیک‌های ناشی از تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شوند. این استفاده‌ها شامل کاربردهایی مانند کاهش خسارات در تجهیزات، بهبود کارایی سیستم‌های موتور، و کاهش افت ولتاژ در شبکه برق می‌شود.

• انرژی تجدیدپذیر

در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی و واحدهای تولید بادی، فیلترهای هارمونیک برای کنترل هارمونیک‌های تولید شده توسط این واحدها استفاده می‌شوند.

• ساختمان‌ها

در ساختمان‌ها و مجتمع‌های مسکونی یا تجاری، فیلترهای هارمونیک معمولاً برای جلوگیری از اختلالات الکترونیکی و کاهش نویز و تداخل در شبکه برق استفاده می‌شوند .

انواع فیلترهای هارمونیک

• فیلترهای هارمونیک پسیو یا غیر فعال (Shunt Filters)

این فیلترها به عنوان اجزای موازی با بار متصل می‌شوند و هارمونیک‌های موجود را به زمین متصل می‌کنند. که در شکل زیر فیلتر پسیو  قابل مشاهده است.

• فیلترهای سری (Series Filters)

در این نوع فیلترها، هارمونیک‌ها به صورت سری با بار متصل می‌شوند و از طریق ایجاد اختلاف فاز باعث کاهش هارمونیک‌ها می‌شوند.

• فیلترهای هجومی (Transient Filters)

این فیلترها برای کنترل هارمونیک‌های سریع الاجرا (transient) که در زمان‌های مشخصی ایجاد می‌شوند، استفاده می‌شوند.

مزایای استفاده از فیلتر هارمونیک

• کاهش اضافه جریان در زمان سوئیچینگ بانک خازن
• کاهش اضافه بار خازن در اثر هارمونیک‌ها
• کاهش حرارت ایجاد شده در کابل‌ها
• کاهش حرارت ایجاد شده در ترانسفورماتور‌ها
• عمر بیشتر خازن
• حذف اعوجاج شکل موج ولتاژ
• جلوگیری از عملکرد بی دلیل مدار‌های حفاظتی
• محدود کردن وقوع رزونانسهای خطرناک
• جلوگیری از تریپهای ناخواسته فیوزها و کلیدهای مدار شکن
• افزایش طول عمر خازنها از طریق کاهش حرارت آنها

نتیجه‌گیری

فیلتر‌های هارمونیک به عنوان ابزاری برای مدیریت هارمونیک‌ها و بهبود کیفیت توان در سیستم‌های برقی بسیار اهمیت دارند. با انتخاب و استفاده مناسب از انواع مختلف فیلترهای هارمونیک، می‌توان به بهبود عملکرد و کارایی سیستم‌های برقی کمک کرد و خسارات ناشی از هارمونیک‌های مزاحم را کاهش داد.

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