در سیستم های الکتریکی مدرن ، مسئله هارمونیک به دلیل افزایش استفاده از بارهای غیر خطی مانند درایوهای فرکانس متغیر (VFD) ، یکسو کننده ها و سایر دستگاه های الکترونیکی قدرت ، به نگرانی قابل توجهی تبدیل شده است. این بارهای غیر خطی جریانهای هارمونیک را به شبکه الکتریکی تزریق می کنند ، که می تواند منجر به مشکلات مختلفی از جمله گرمای بیش از حد تجهیزات ، دخالت در سیستم های ارتباطی و اندازه گیری نادرست شود. یک راکتور سری یکی از راه حل های مؤثر برای کاهش محتوای هارمونیک در یک مدار است و به عنوان یک تامین کننده راکتور سری ، من به این موضوع می پردازم که چگونه یک راکتور سری بر محتوای هارمونیک در یک مدار تأثیر می گذارد.
درک هارمونیک در یک مدار الکتریکی
قبل از بحث در مورد نقش یک راکتور سری ، درک این هارمونیک ها ضروری است. در یک سیستم الکتریکی ایده آل ، ولتاژ و شکل های موج فعلی امواج خالص سین با یک فرکانس واحد ، معمولاً فرکانس اساسی (به عنوان مثال ، 50Hz یا 60Hz) هستند. با این حال ، هنگامی که بارهای غیر خطی به سیستم وصل می شوند ، آنها به صورت غیر سینوسی جریان را ترسیم می کنند. این جریانهای غیر سینوسی را می توان در یک سری از اجزای سینوسی با فرکانس هایی که چند برابر عدد صحیح از فرکانس اساسی هستند ، تجزیه کنند. این مؤلفه ها هارمونیک نامیده می شوند. به عنوان مثال ، هارمونیک 3 فرکانس 3 برابر فرکانس اساسی ، 5 هارمونیک دارای فرکانس 5 برابر فرکانس اساسی و غیره است.
هارمونیک ها می توانند در یک مدار الکتریکی چندین مشکل ایجاد کنند. آنها می توانند مقدار RMS (ریشه - میانگین - مربع) جریان را افزایش دهند و منجر به تلفات اضافی در هادی ها ، ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات شوند. این می تواند منجر به گرمای بیش از حد و کاهش طول عمر تجهیزات شود. علاوه بر این ، هارمونیک می تواند باعث تحریف ولتاژ شود که می تواند بر عملکرد تجهیزات الکترونیکی حساس تأثیر بگذارد.
چگونه یک راکتور سری کار می کند
یک راکتور سری یک وسیله القایی است که به صورت سری با بار یا در مدار متصل می شود. امپدانس یک سلف توسط فرمول (z = j \ omega l) داده می شود ، که در آن (\ omega = 2 \ pi f) فرکانس زاویه ای است ، (l) القاء راکتور است ، و (j = \ sqrt {- 1}).
امپدانس راکتور سری با فرکانس افزایش می یابد. در فرکانس اساسی ، امپدانس راکتور نسبتاً کم است ، بنابراین تأثیر کمتری در عملکرد طبیعی مدار دارد. با این حال ، با افزایش فراوانی جریان های هارمونیک ، امپدانس راکتور نیز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
هنگامی که جریانهای هارمونیک از طریق راکتور سری جریان می یابند ، افزایش امپدانس راکتور برای این اجزای فرکانس بالا باعث افت ولتاژ در راکتور می شود. طبق قانون اهم (V = IZ) ، جایی که (v) افت ولتاژ است ، (i) جریان است ، و (z) امپدانس است. از آنجا که امپدانس راکتور برای هارمونیک در مقایسه با فرکانس اساسی بسیار بیشتر است ، افت ولتاژ در سراسر راکتور برای جریان های هارمونیک بسیار بزرگتر است.
این افت ولتاژ در راکتور سری میزان جریان هارمونیکی را که می تواند به بقیه مدار جریان یابد ، کاهش می دهد. به عبارت دیگر ، راکتور سری به عنوان فیلتر جریان های هارمونیک عمل می کند ، آنها را مسدود یا ضعیف می کند قبل از اینکه بتواند در سیستم الکتریکی مشکلاتی ایجاد کند.
انواع راکتورهای سری و تأثیر آنها بر هارمونیک
انواع مختلفی از راکتورهای سری موجود در بازار وجود دارد که هر کدام ویژگی ها و برنامه های خاص خود را دارند.
راکتور AC خروجی مس
درراکتور AC خروجی مسنوعی راکتور سری است که از مس به عنوان ماده هادی استفاده می کند. مس دارای هدایت الکتریکی عالی است ، به این معنی که مقاومت کم در فرکانس اساسی دارد. این منجر به تلفات کم انرژی در حین کار عادی مدار می شود.
برای کاهش هارمونیک ، امپدانس فرکانس بالا از راکتور AC خروجی مس به طور موثری جریان جریان های هارمونیک را محدود می کند. مقاومت کم مس نیز تضمین می کند که به دلیل جریان جریانهای هارمونیک ، تولید گرما کمتری وجود دارد ، که برای قابلیت اطمینان طولانی مدت راکتور مفید است.
راکتور AC خروجی آلومینیوم
درراکتور AC خروجی آلومینیومگزینه دیگری است آلومینیوم یک جایگزین هزینه تر برای مس است. اگرچه آلومینیوم مقاومت کمی بالاتری نسبت به مس دارد ، اما هنوز هم یک هادی خوب است.
خصوصیات امپدانس یک راکتور AC خروجی آلومینیوم مشابه با یک راکتور AC خروجی مس در فرکانس های بالا است. همچنین می تواند به طور موثری محتوای هارمونیک موجود در مدار را کاهش دهد. با این حال ، به دلیل مقاومت بالاتر آن ، ممکن است در مقایسه با یک راکتور مس ، ضرر قدرت کمی بیشتر در فرکانس اساسی وجود داشته باشد.
فیلتر موج سینوسی
بوهافیلتر موج سینوسیهمچنین می توان نوعی راکتور سری را در نظر گرفت. این طراحی برای تبدیل خروجی غیر سینوسی یک VFD به یک شکل موج سینوسی تر است. فیلتر موج سینوسی از سلف (راکتور سری) و خازن تشکیل شده است.
راکتور سری در فیلتر موج سینوسی به محدود کردن سرعت تغییر جریان و کاهش هارمونیک های فرکانس بالا کمک می کند. از طرف دیگر خازن به جبران قدرت واکنشی و بهبود بیشتر کیفیت شکل موج کمک می کند. آنها با هم می توانند محتوای هارمونیک موجود در مدار را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و منبع تغذیه پاک کننده ای را برای بار فراهم کنند.
محاسبه تأثیر یک راکتور سری بر هارمونیک
برای محاسبه تأثیر یک راکتور سری بر هارمونیک ، باید مدار معادل سیستم را در نظر بگیریم. مدار را می توان به عنوان منبع ، یک راکتور سری و یک بار مدل کرد.
بیایید فرض کنیم که ولتاژ منبع (V_S) است ، امپدانس راکتور سری (z_r = j \ omega l) است ، و امپدانس بار (z_l) است. امپدانس کل مدار (Z_ {کل} = z_r + z_l) است.
جریان جریان از طریق مدار توسط (i = \ frac {v_s} {z_ {total}}) داده می شود. برای تجزیه و تحلیل هارمونیک ، می توانیم هر مؤلفه هارمونیک را به طور جداگانه در نظر بگیریم. بگذارید (n) ولتاژ هارمونیک هفتم (v_ {sn}) و (n) امپدانس هارمونیک راکتور باشد (z_ {rn} = jn \ omega_0l) (که در آن (\ omega_0) فرکانس زاویه ای اساسی است) ، و (n) th th intarmance از بار (z {)
جریان هارمونیک (n) هفتم (i_n = \ frac {v_ {sn} {z_ {rn}+z_ {ln}}). با افزایش (n) ، (z_ {rn}) افزایش می یابد ، که باعث کاهش مقدار (i_n) می شود.
به عنوان مثال ، اگر ما یک جریان هارمونیک 5 بدون راکتور سری داشته باشیم ، جریان (i_ {5old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}). پس از نصب یک راکتور سری ، 5 جریان هارمونیک (i_ {5new} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}). از آنجا که (z_ {r5} = j5 \ omega_0l) نسبتاً بزرگ است ، (i_ {5new} \ lt i_ {5old}) ، که نشان می دهد راکتور سری 5 جریان هارمونیک را کاهش داده است.
ملاحظات عملی در استفاده از راکتورهای سری برای کاهش هارمونیک
هنگام استفاده از راکتورهای سری برای کاهش هارمونیک ، چندین ملاحظات عملی وجود دارد.
اول ، امتیاز راکتور سری باید با دقت انتخاب شود. مقدار القاء راکتور باید بر اساس سطح اعوجاج هارمونیک در مدار و الزامات بار انتخاب شود. اگر القاء خیلی کم باشد ، ممکن است راکتور در کاهش جریانهای هارمونیک مؤثر نباشد. از طرف دیگر ، اگر القاء خیلی زیاد باشد ، ممکن است باعث افت ولتاژ بیش از حد در فرکانس اساسی شود ، که می تواند بر عملکرد بار تأثیر بگذارد.
دوم ، محل نصب راکتور سری نیز مهم است. می توان آن را یا در قسمت ورودی بار (به عنوان مثال ، در مقابل VFD) یا در سمت خروجی نصب کرد. نصب راکتور در سمت ورودی می تواند سیستم الکتریکی بالادست را در برابر جریانهای هارمونیک محافظت کند ، در حالی که نصب آن در سمت خروجی می تواند بار را از اعوجاج ولتاژ محافظت کند.
سوم ، افزایش دما راکتور سری باید کنترل شود. از آنجا که جریانهای هارمونیک می توانند در راکتور تلفات اضافی ایجاد کنند ، مهم است که اطمینان حاصل شود که راکتور بیش از حد گرم نمی شود. در صورت لزوم اقدامات تهویه و خنک کننده کافی باید ارائه شود.
پایان
در نتیجه ، یک راکتور سری ابزاری مؤثر برای کاهش محتوای هارمونیک در یک مدار الکتریکی است. با افزایش امپدانس برای جریانهای هارمونیک با فرکانس بالا ، می تواند میزان جریان هارمونیکی را که به بقیه مدار جریان می یابد ، کاهش دهد و از این طریق تجهیزات را از اثرات مضر هارمونیک محافظت می کند.
به عنوان یک تأمین کننده راکتور سری ، ما طیف گسترده ای از محصولات را ارائه می دهیمراکتور AC خروجی مسباراکتور AC خروجی آلومینیوموتفیلتر موج سینوسیبرای پاسخگویی به نیازهای مختلف مشتریان. اگر در سیستم الکتریکی خود با هارمونیک با مشکل روبرو هستید یا به دنبال یک راه حل قابل اعتماد برای بهبود کیفیت برق هستید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای یک بحث و گفتگوی دقیق و مذاکره تهیه شده با ما تماس بگیرید. تیم متخصصان ما خوشحال خواهند شد که به شما در انتخاب مناسب ترین راکتور سری برای برنامه شما کمک کنند.
منابع
- Dugan ، RC ، McGranaghan ، MF ، & Beaty ، HW (2003). کیفیت سیستم های برق. مک گرا - هیل.
- IEEE STD 519 - 2014 ، IEEE شیوه ها و الزامات لازم برای کنترل هارمونیک در سیستم های برق را توصیه می کند.
- Arrillaga ، J. ، & Watson ، NR (2003). هارمونیک سیستم قدرت: اصول ، تجزیه و تحلیل و طراحی فیلتر. ویلی