اثر هارمونیک در ترانسفورماتور

هارمونیک‌ها نه تنها توسط بارهای غیرخطی کنترل‌ شده الکترونیکی بلکه توسط تجهیزات قدرت معمولی مانند ترانسفورماتورها، موتورها و ژنراتورها نیز تولید می‌شوند. اشباع تحت عملکرد عادی و کلیدزنی گذرا باعث ایجاد هارمونیک می‌شود.

هارمونیک در ترانسفورماتور ها در نتیجه اشباع که ممکن است در اثر شار پسماند یا به دام افتاده که می‌تواند پس از یک خطای شدید رخ دهد، کلیدزنی، تراکم بالای شار که می‌تواند به دلیل ولتاژهای زیاد اتفاق بیفتد و به نوبه خود اشباع ایجاد می‌کند، سیم‌پیچ اتصالات و زمین ایجاد گردد. به عنوان مثال پدیده نوسانات سیم نول در ترانسفورماتورهای زمین نشده با اتصال ستاره ستاره.

منحنی B-H و جریان مغناطیسی دارای اوج

برای صرفه‌جویی در طراحی و ساخت، ترانسفورماتور نزدیک به نقطه زانو خاصیت اشباع مواد مغناطیسی بهره‌برداری می‌شود. شکل ۱ منحنی B-H شکل موج جریان مغناطیسی را نشان می‌دهد.

با اشاره به شکل ۱، تغییر جریان مغناطیسی می‌تواند همانطور که نشان داده شده ترسیم شود. چگالی شار صعودی مربوط به نقطه P بر روی هیسترزیس و نقطه Q‌ روی موج سینوسی نیاز به x برابر جریان مغناطیسی دارد. اگر تعدادی از این نقاط ترسیم شود، منحنی جریان حاصل از آن به طور قابل توحهی از حالت سینوسی منحرف می‌شود.

یک موج شار سینوسی که توسط ولتاژ اعمال شده سینوسی ایجاد شده است، یک جریان مغناطیسی با محتوای هارمونیکی ایجاد می‌کند و در مقابل، با یک جریان مغناطیسی سینوسی،EMF‌ القا شده دارای اوج است و موج شار دارای رویه تخت. موج جریان اوج‌ دارای هارمونیک‌های فرد است: یک شکل موج چگالی شار دارای رویه تخت را می‌توان به صورت زیر نوشت:

که در آن  منطقه‌ای است که چگالی شار در آن عمل می‌کند. در سیستمی با ولتاژهای متعادل سه فاز، ولتاژهای هارمونیک‌های مضرب سه هم‌فاز هستند.

نوشته های مشابه

اصول طراحی فیلتر هارمونیک

تاثیر ساخت ترانسفمورماتور و اتصالات سیم‌پیچ در هارمونیک ترانسفرموماتور

اگر امپدانس هارمونیک سوم ناچیز باشد، فقط یک EMF هارمونیک سوم بسیار کم برای گردش یک جریان مغناطیسی افزوده شده به فرکانس مولفه اصلی لازم است، تا بتواند یک شار سینوسی را حفظ کند. امپدانس توالی صفر ترانسفورماتورها بسته به اتصالات سیم‌پیچ و ساختار شامل هسته نوع ستونی یا زرهی، سه ستونه یا پنج ستونه با مقادیر زیادی تغییر می‌کند.

• هارمونیک در ترانسفورماتورهای تک‌فار

با تغذیه ولتاژ و شار سینوسی، ولتاژ تغذیه به خودی خود نمی‌تواند جریان هارمونیک سوم را ایجاد کند. یک ‌ٍEMF با فرکانس مضرب سه باید توسط یک شار با فرکانس مضرب سه در ترانسفورماتور ایجاد شود.

• هارمونیک در بانک‌های سه‌فاز از ترانسفورماتورهای تک‌فاز

در بانک‌های سه‌فاز از ترانسفورماتورهای تک‌فاز، مدارهای مغناطیسی به هم وصل نمی‌شوند و هر هسته باید شار مورد نیاز اتصالات را تولید کند. در ترانسفورماتورهای سه فاز با اتصال مثلث مثلث، هارمونیک‌های مرتبه ۵، ۷، ۱۱ و غیره ولتاژهایی که با ۱۲۰ به صورت متقابل جابجا می‌شوند تولید می‌کنند، در حالیکه هارمونیک‌های مضرب سه هم‌فاز هستند. اتصال مثلث فازها یک مسیر بسته‌ای برای هارمونیک‌های مضرب سه را تشکیل می‌دهد و جریان‌های مربوط به هارمونیک مربوطه را در مثلث می‌چرخاند که هیچ کدام در خطوط ظاهر نمی‌شند. اتصالات ستاره مثلث و مثلث ستاره ماهیتا به همان روش کار می‌کنند.

در یک اتصال ستاره ستاره بدون نول، از آنجا که همه هارمونیک‌های مضرب سه به سمت داخل یا خارج هدایت می‌شوند، این هارمونیک‌ها بین خطوط حذف می‌شوند، هیچ جریان هارمونیک سوم شارش نمی‌یابد و موج شار در ترانسفورماتور دارای رویه تخت است.

تاثیر نول در اتصال ستاره این است که در سه برابر فرکانس مولفه اصلی نوسان کند و باعث تحریف ولتاژ فاز شود، شکل ۲ . به این پدیده نوسان نول می‌گویند. عملا از ترانسفورماتورهای بدون سیم نول استفاده نمی‌شود.

در اتصال ستاره ستاره با سیم نول، سیم نول سه برابر جریان هارمونیک سوم را که در هر فاز هستند حمل می‌کند. یک سیم‌پیچ ثالثیه با اتصال مثلث جریان هارمونیک سوم را حذف می‌کند، غالبا سیم‌پیچ‌های ثالثیه می‌توانند برای بارهای با ولتاژ متفاوت طراحی شوند.

• کنترل هارمونیک‌ها در ترانسفورماتورهای سه‌فاز نوع ستونی

یک ترانسفورماتور نوع ستونی سه ساق تحت مقداری اشباع، جریان مغناطیسی خواهد داشت که در شکل ۳ می‌توان مشاهده کرد. این یک هارمونیک ۵ام قوی است، در مسیر هارمونیک سوم توسط اتصالات ترانسفورماتور مانع ایجاد می‌شود و بیشتر شار مجبور می‌شود با رلوکتانس زیادی که در مسیر هارمونیک سوم وجود دارد تقریبا سینوسی باشد.

اگر ترانسفورماتور با ساختار ستونی ۵ ساق تهیه شود، مسیر برای هارمونیک سوم توسط ساق‌های انتهایی فراهم می‌شود و موج شار مسطح می‌شود. شکل ۴ نشان می‌دهد که هارمونیک ۵ام اکنون یک علامت معکوس دارد. اگر ساق‌های انتهایی به گونه‌ای طراحی شده باشند که رلوکتانس متوسط داشته باشند، می‌توان هارمونیک ۵ام را از بین برد.

هارمونیک ترانسفورماتور در اثر اشباع

اشباع ترانسفورماتور می‌تواند باعث ایجاد هارمونیک‌های جدی شود.شار بیش از حد، ممکن است به دلیل ولتاژهای بالاتر رخ دهد و ضریب V/F معیاری برای شار بیش از حد است. از ۲۴ دستگاه ANSI/IEEE ، رله V/F معمولا برای خارج شدن ترانسفورماتور از خدمت در شار بیش از حد استفاده می‌شود. به طور کلی اگر V/F برای مدت زمان کوتاه بیش از ۰.۱ باشد ترانسفمورماتورها قطع می‌شوند.

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 ).