هارمونیک ها

هارمونیکها

مقدمه 

بروز هارمونيك در سيستم‎هاي برق اولين پيامد عناصر غيرخطي در شبكه است. به‎‎‎خاطر گسترش فزاينده استفاده از عناصر غيرخطي در سيستم‎‎هاي برق، مانند راه‎‎اندازها (درايورهاي تنظيم سرعت) و مبدل‎‎هاي الكترونيكي قدرت، مقدار هارمونيك شكل موج جريان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگيري افزايش يافته است و بنابراين اهميت موضوع كاملاً مشخص است.
بررسي مسائل هارمونيك‎‎ها منجر به تحقيقاتي گرديد كه نتايج آن نقطه ‎‎نظرات متعددي درمورد كيفيت برق بود. به ‎‎نظر برخي از محققين، اعوجاج هارمونيكي هنوز مهمترين مسئلـه كيفيت برق مي‎‎باشد. مسائل هارمونيكي با بسياري از قوانين معمولي طراحي سيستم‎هاي قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلي مغاير است. بنابراين مهندس برق با پديده‎‎هاي ناآشنايي روبرو مي‎‎شود كه نياز به ابزار پيچيده و تجهيزات پيشرفته براي حل مشكلات و تجزيه و تحليل آنها دارد. گرچه تحليل مسائل هارمونيكي مي‎‎تواند دشوار باشد، ولي خوشبختانه همة سيستم قدرت داراي مشكل هارمونيكي نيست و فقط درصد كمي از فيدرهاي مربوط به سيستم‎هاي توزيع تحت‎‎تأثير عوامل ناشي از هارمونيك‎‎ها قرار مي‎‎گيرند. مشتركين برق در صورت وجود هارمونيك‎ها مشكلات زيادتري از شركت‎هاي برق را تحمل مي‎كنند. مشتركين صنعتي كه از محركه‎‎هاي موتور با قابليت تنظيم سرعت، كوره‎‎هاي قوس الكتريكي، كوره‎‎هاي القايي، يكسوكننده‎‎ها ، اينورترها، دستگاه‎‎هاي جوش و نظاير آن استفاده مي‎‎كنند، نسبت به مسائل ناشي از اعوجاج هارمونيكي ضربه‎‎پذيرتر از بقية مشتركين مي‎باشند.
اعوجاج هارمونيكي يك پديده جديد در سيستم‎هاي قدرت به شمار نمي‎رود. نگراني ناشي از اعوجاج در بسياري از دوره‎ها درسيستم‎هاي قدرت الكتريكي جريان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوي منابع و مطالب تكنيكي دهه‎هاي قبل نشان مي‎دهد كه مقالات مختلفي در رابطه با اين موضوع انتشار يافته است. اولين منابع هارمونيكي شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولين مشكل نيز در سيستم‎هاي تلفن پديد آمد. استفاده گروهي از لامپ‎هاي قوس الكتريك به‎‎‎دليل مؤلفه‎هاي هارمونيكي توجهات خاصي را برانگيخت ولي اين مسائل به اندازه اهميت مسئله مبدل‎هاي الكترونيك قدرت در سال‎هاي اخير نبوده است.
خوشبختانه در طي اين سال ها پژوهشگران متوجه شده اند كه اگر سيستم انتقال به نحو مناسبي طراحي گردد، به‎‎نحوي كه بتواند مقدار توان مورد نياز بارها را به راحتي تأمين نمايد، احتمال ايجاد مشكل ناشي از هارمونيك‎ها براي سيستم قدرت بسيار كم خواهدبود، گرچه اين هارمونيك‎ها مي‎توانند موجب مسائلي در سيستم‎هاي مخابراتي شوند. اغلب در سيستم‎هاي قدرت مشكلات زماني بروز مي‎كنند كه خازن‎هاي موجود در سيستم باعث ايجاد تشديد در يك فركانس هارمونيكي گردند. در اين شرايط اغتشاشات و اعوجاجات، بسيار بيش از مقادير معمول مي‎گردند. امكان ايجاد اين مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولي شرايط بدتر در سيستم‎هاي صنعتي به‎دليل درجه زيادي از تشديد رخ مي‎دهد.
سطوح هارمونیک های جریان و ولتاژ در سیستم توزیع دائم در حال افزایش اند، یک دلیل مهم اشاعه وسائلی است که تولید هارمونیک می نمایند. وسایل کنترل کننده تریستوری مثال نمونه ایست که در سطوح قدرت صنعتی، تجاری و خانگی در حد وسیعی مورد استفاده پیدا نموده، این وسایل برای کنترل ولتاژ، سرعت تغییر فرکانس و مدل قدرت بکار برده می شوند و عموماً به سبب قیمت پائین تر، بازده بیشتر و نگهداری ساده تر جایگزین دیگر وسایل شده اند. دلیل دیگر افزایش هارمونیک ها، ازدیاد تحریک ترانسفورماتور های توزیع است که کاربرد پذیری آنها عملاً بیشتر و بیشتر می شود. دلیل سوم استفاده از خازن های شنت را می توان نام برد، خازن ها در هیچ شرایطی تولید هارمونیک نمی نمایند.اما نصب خازن های تصحیح کننده ضریب قدرت مسائل پتانسیلی را افزایش و حضور آنها در مدار القائی اساساً امکان حلقه های شبکه را برای رزونانس محلی ، عمومی یا بزرگ سازی هارمونیک مهیا می سازد.

متن کامل مقاله اموزشی مهندسی برق قدرت با عنوان هارمونیک ها را از لینک زیر دریافت نمایید :

دانلود کنید.

پسورد : www.mechanicspa.mihanblog.com

بررسی توان اكتيو، توان راكتيو ، ضريب توان و انرژی الكتريكی در محيط های هارمونيكی

بررسی توان اكتيو، توان راكتيو ، ضريب توان و انرژی الكتريكی در محيط های هارمونيكی

چكيده:

هزينه دريافت شده توسط توليد كننده انرژي كه در مقابل برق مصرف شده توسط مصرف كننده (بار الكتريكي) دريافت مي گردد بر اساس انتگرال توان اكتيو اندازه گيري شده به كمك اندازه‌گيرهاي انرژي (وات ساعت متر) استوار است. بدليل موجود بودن توان اكتيو و راكتيو هارمونيكي در سيستم قدرت، توان كل جذب شده توسط بارهاي هارمونيكي كمتر از توان مؤلفه اصلي است. بر اين اساس، توليد كننده انرژي، هزينه كمتري را از بارهاي الكتريكي هارمونيكي (بارهاي الكتريكي كه توليد هارمونيكي در سيستم قدرت مي كنند) طلب مي كند. در مورد بارهاي الكتريكي خطي، توان كل جذب شده توسط اين بارها بيشتر از توان مؤلفه اصلي است، بنابراين بارهاي خطي در محيط هاي هارمونيكي هزينه بيشتر در مقابل آنچه مصرف مي كنند مي پردازند. در اين مقاله پيشنهاد مي گردد كه هزينه توان مصرف كنندگان بزرگ صنعتي براساس توان مؤلفه اصلي محاسبه گردد. مچنين بارهاي غير خطي هارمونيك زا تا حدي ملزم به پرداخت جريمه آلودگي سيستم قدرت گردند.

مقدمه:

روشهاي متفاوت جهت محاسبه توان راكتيو در يك محيط هارمونيكي وجود دارد. محققين متعددي سعي در ارائه الگوريتمهاي مناسب و اثبات علمي و عملي نظريه خود را موضوع فوق نموده اند. مهمترين تعريفهاي ارائه شده براي توان  راكتيو هارمونيكي تعريف هاي بوديانو، فريز و كاستر ـ مور مي باشد.
اندازه گيري توان راكتيو با هدف محاسبه ضريب توان حائز اهميت مي باشد. ضريب توان يك سيستم قدرت، ميزان بهره‌وري شبكه از ديد انرژي مصرفي و تلفات آن شبكه مي باشد. لذا با پذيرش ضريب توان بعنوان معيار ضريب بهره وري سيستم، هدف اصلي محاسبه اين پارامتر است نه توان راكتيو.

متن کامل مقاله بررسی توان اكتيو، توان راكتيو ، ضريب توان و انرژی الكتريكی در محيط های هارمونيكی را از لینک زیر دانلود نمایید:

دانلود کنید.

دانلود جزوه اموزشی اصلاح ضریب توان

راهنمای اصلاح ضریب توان

همه چیز در خصوص جبران سازی توان راکتیو برای استفاده مهندسان مشاور و کاربران

Everything on the subject of power factor correction for consulting engineers and users

جزوه اموزشی راهنمای اصلاح ضریب توان یا راهنمای جبرانسازی توان راکتیو نوشته مهندس حسین شهابی وتهیه شده توسط شرکت فراکوه میباشد و یکی از بهترین منابع اموزشی در زمینه توان راکتیو واصول اصلاح ضریب توان میباشد.

درادامه فهرست مطالب این جزوه اموزشی 53 صفحه ای را مشاهده میفرمایید:

اصول

توان اکتیو

توان اکتیو و راکتیو

توان راکتیو

توان ظاهری

ضریب توان

چرا جبران سازی؟

انواع جبران سازی

جبران سازی انفرادی

جبران سازی گروهی

جبران سازی مرکزی

جبران سازی ترکیبی

تعیین خازن موردنیاز

براساس تعرفه های توان

به وسیله اندازه گیری

از طریق خواندن کنتور

به وسیله قبض برق

کاربردها

جبران سازی گروهی

جبران سازی انفرادی ترانس

جبران سازی انفرادی موتور

رگولاسیون توان راکتیو

مشخصات توان

خازن های قدرت

رگولاتور توان اکتیو

نصب

ترانس جریان

فیوزها و کابل

سیم حفاظت

فرمول های محاسبات برای خازن

هارمونیک ها

هارمونیک چیست؟ چگونگی ایجاد هارمونیک؟

دامنه هارمونیک ها پیش از نصب خازن چقدر هستند؟

تاثیر هارمونیک ها بر تجهیزات جبران سازی بدون راکتور

رزونانس چه زمانی به وجود می اید؟

تاثیر ارایش شبکه

اضافه ولتاژ وجریان هارمونیکی تجهیزات جبران سازی

چگونگی جبران سازی در حضور هارمونیک

اندازه گیری برای اجتناب از وقوع رزونانس

برای دانلود جزوه اموزشی اصلاح ضریب توان به لینک زیر مراجعه فرمایید:

دانلود کنید.

پسورد : www.mechanicspa.mihanblog.com

دانلود جزوه اموزشی اصلاح ضریب توان وفیلترینگ هارمونیک ها

اصلاح ضریب توان وفیلتر کردن هارمونیک ها برای دست یافتن به خروجی بهینه وعاری از نویز واعوجاج یه خواسته مطلوب در سیستمهای تولید توان میباشد.

تجهیزات وروشهای متعدد ومختلفی برای اصلاح ضریب توان سیستم های تولیدی برق وجلوگیری از تولید وبازتولید هارمونیک ها وجود دارد که بسته به میزان سرمایه گذاری ونیاز به کار گرفته میشوند

دراین پست جزوه اموزشی شرکت معظم ABB در زمینه اصلاح ضریب قدرت وفیلترینگ هارمونیک ها درسیستم های توان را برای دانلود تقدیم حضور شما عزیزان مینماییم.

Power factor correction and harmonic filtering in electrical plants

برای دانلود جزوه اموزشی اصلاح ضریب توان وفیلترینگ هارمونیک ها درسیستم های تولید توان به لینک زیر مراجعه فرمایید:

دانلود کنید.

کنترل ارتعاشات سیستمهای چرخان

کنترل ارتعاشات سیستمهای چرخان

مقدمه:

در جوامع صنعتی، عوامل گوناگونی باعث ارتعاشات نا مطلوب میشوند، مانند عملیات شمع کوبی، عملیات ماشین آلات صنعتی، حرکت خودروهای زمینی و هوایی، جریان سیال در لوله ها، و امثال اینها. ارتعاشات ناخواسته، باعث فرسایش و تشکیل ترک در قطعات مکانیکی (مانند یاتاقان ها)، لق شدن اتصالات، شکست سازه ها، تعمیر و نگهداری تکراری و پرهزینه ماشین آلات، نقص کارکرد وسایل الکترونیکی، و فرسایش عایق بندی هادیهای الکتریکی میشود(که اتصال کوتاه را بهمراه دارد). بعلاوه باعث ناراحتی انسان وکاهش کارایی او میشود. بصورت نظری ارتعاشات را میتوان حذف کرد. اما ممکن است هزینه وسایل حذف کننده زیاد باشد. لذا طراح باید تعاملی بین شدت ارتعاشات قابل قبول وهزینه های حذف آن بوجود آورد. گاهی،نیروی نامیزانی که ارتعاشات نا مطلوب را ایجاد میکند،از خصوصیات ذاتی یک ماشین است. این نیرو اگر کوچک هم باشد، ممکن است پاسخ ناخواسته بزرگی را در حالت تشدید بوجود آورد(خصوصا اگر سیستم دارای نا میرایی کم باشد). در این موارد، با استفاده از جداسازمیتوان پاسخ ناخواسته را به میزان زیاد کاهش داد.

2) نوموگراف و معیارهای ارتعاشات:
معمولا،با استفاده ازپاسخ یک سیستم هارمونیکی نامیرا، شدت قابل قبول ارتعاشات را بیان میکند. این پاسخ، دریک نوموگراف نشان داده میشود. نموگراف یک نمودار است که دامنه تغییرمکان، سرعت وشتاب را بر حسب فرکانس نشان میدهد. برای بررسی این نمودارحرکت هارمونیکی زیر را در نظر بگیرید: x(t)=X sinwt (توجه:در زیر علامت ^ به معنی: به توان رسیده است)
در نتیجه: v(t)=x'(t)=wX coswt=2*(3.14)*f* X coswt
a(t)=x"(t)= -w^2* X sinwt
= -4*(3.14^2)* f^2*X sinwt
Vmax=2*3.14*f*X (I)
Amax= -4*(3.14^2)*f^2*X= -2*3.14*f*Vmax (II)
ازمعادله II,I لگاریتم میگیریم:
Ln Vmax= ln(2*3.14*f) + ln X (11)
Ln Vmax= -ln Amax – ln(2*3.14*f) (12)
طبق معادله 11،برای یک مقدار ثابت X ، نمودارln Vmax برحسب (ln(2*3.14*f به صورت یک خط مستقیم با شیب +1 است. طبق معادله 22،برای یک مقدار ثابت Amax ، نمودارlnVmax ، بر حسب (ln(2*3.14*f به صورت یک خط راست با شیب -1 است. هر نقطه روی نموگراف، یک نوسان هارمونیکی را نشان میدهد.
ارتعاشاتی که به انسان یا سازه منتقل میشود، ازفرکانس های بسیار تشکیل میشود. لذا،برای تعیین شدت ارتعاشات،از جذر میانگین مربعیِ (x(t),v(t),a(t استفاده میکنند.( جذر میانگین مربعیِ را با rms نشان میدهند).

در زیر گستره های معمولی ارتعاشات، که در کاربردهای مختلف علمی وصنعتی با آنها مواجه میشویم را ذکر میکنم:

* ارتعاشات اتمی، با فرکانس 12^10 هرتز ودامنه 8-^10 تا 6-^10 میلیمتر
* ریز لرزه های پوسته زمین، با فرکانس 0.1 تا 1HZ، ودامنه 5-^10 تا3-^10 میلیمتر. این ارتعاشات باعث میشود که وسایل نوری، الکترونیکی وکامپیوتری در آستانه آشفتگی قرار گیرند.
* ارتعاشات ماشین آلات وساختمانها، با فرکانس 10 تا100HZ، ودامنه 0.01 تا 1mm است. گفتنی است آستانه حساسیت انسان در گستره 1 تا 8HZ است.
* نوسان جانبی ساختمانهای بلند، با فرکانس 0.1 تا 5HZ ودامنه 10 تا 1000mm

3) کاهش ارتعاشات صندلی هلیکوپتر:
طبق تحقیقاتی که روی یک بالگرد انجام شده نتایج به شرح زیراست:
صندلی یک بالگرد، همراه با خلبان به وزن 1000N ودارای تغییر مکان استاتیکی Dst=10mm است.ارتعاشات هارمونیکی ملخ بالگرد، با دامنه 0.2mm وبا فرکانس 4HZ، به پایه صندلی منتقل میشود. ابتدا باید دانست خلبان چه میزان ارتعاشات را تحمل میکند سپس برای کاهش ارتعاشات، طرح صندلی چگونه باید باشد:
صندلی را بصورت یک سیستم نامیرا با یک درجه آزادی در نظر می گیریم:
Mass = M =1000/9.81 = 101.9368 kg (m=w/g)
tension = k = W/Dst =1000/0.01 = 10^-5
Wn= sqrt(k/m)=10^5/101.9368=31.3209rad/s=4.99Hz
r = W/Wn = 4.99/4 = 1.25 = نسبت فرکانس
چون پایه صندلی تحت برانگیزش هارمونیکی قرار دارد، دامنه ارتعاشاتی که خلبان حس میکند با فرض
Zeyta=0 ازمعادله های:
X2 = -Y / 1 – r^2 , X1=+Y / 1- r^2
بدست می آید. که درآن y دامنه تغییر مکان پایه صندلی است حال داریم:
X = 0.2 / 1 – 1.25^2 = 0.3616mm
دامنه سرعت ودامنه شتاب که خلبان احساس میکند به ترتیب عبارتند از:
Xw =2*3.14*f*X = 2*3.14 = 5*0.3616 = 9.088mm/s
Xw^2 = (2*3.14*f)^2*X = 228.40774mm/s^2= 0.2284m/s^2
اگرموضوع را درنوموگراف بررسی کنید میبینیم که درفرکانس 4HZ ودامنه 0.3616m باعث ناراحتی زیاد نمیشود.اما، سرعت وشتاب در این فرکانس را نمیتوان تحمل کرد.
برای اینکه ارتعاشات به یک میزان قابل قبول برسد، شتابی که خلبان احساس میکند باید از0.0228m/s^2 به 0.01m/s^2 برسد.به همین منظور داریم:
Amax = 10mm/s^2 = -(2*3.14*f)^2 = -(8*3.14)^2*X => X=0.01583mm
به این ترتیب:
X/Y = 0.01583/0.2 = 1 / 1 – r^2 => r = 3.70mm
درنتیجه: فرکانس طبیعی جدید زیربرای صندلی بدست می آید:
Wn = W / 3.70 = 8*3.14 / 3.70 = 6.80rad/s
طبق رابطه Wn = sqrt k/m با m=101.9368kg، سفتی جدید عبارت است ازk=4722.9337. یعنی سفتی صندلی باید از10^5 N/m به 4722.9337 N/m برسد. برای این منظور، از یک ماده نرم یا یک سیستم فنربندی دیگربرای صندلی میتوان استفاده کرد. با افزایش جرم صندلی نیز میتوان شتاب مطلوب را بدست آورد. اما، معمولا از این روش استفاده نمیشود، زیرا وزن بالگرد افزایش می یابد.

4) کاهش ارتعاشات:
اولین راه حلی که برای کنترل ارتعاشات نا مطلوب به ذهن میرسد، ایجاد تغییرات در منبع تولید آن است. البته این روش همواره عملی نیست. مثلا برانگیزش ناشی اززلزله، تلاطو جو، ناهمواری جاده ها وناپایداری موتورهای احتراقی، عواملی هستند که نمیتوان تغییراتی در آنها ایجاد کرد. اما در بعضی منابع ارتعاشات میتوان تغییراتی بوجود آورد، مثلا: نامیزانی موتورها را میتوان با استفاده ازبالانس کننده از بین برد. با پرداختکاری خوب سطوح قطعات، وبا استفاده از تلرانسهای دقیق نیزمیتوان ارتعاشات ماشینها را کاهش داد. البته مسایل اقتصادی را نیز باید در نظر گرفت.

5) بالانسه ماشینهای چرخان:
یک جرم خارج ازمرکزچرخان، ایجاد ارتعاش میکند.اگرشدت ارتعاش حاصله غیرقابل قبول باشد، این جرم را حذف میکنند، یا یک جرم مساوی با آنرا در مکانی که اثر نامیزانی را خنثی کند قرارمیدهند. نامیزانی ممکن است باعث خطای ماشین کاری وتغییردروضعیت اتصالات میشود.دو نوع بالانسینگ داریم:1) بالانس استاتیکی(یک صفحه ای) 2)بالانس دینامیکی(دو صفحه ای).

6) لنگش شفتهای چرخان:
دراغلب ماشینها مانند: توربینها، کمپرسورها، موتورهای الکتریکی وپمپ ها یک دیسک سنگین روی یک شفت انعطاف پذیروسبک قرار گرفته است. بعلت نقص ساخت، دیسکها معمولا قدری نامیزانی دارند. این نامیزانی، همراه با عواملی مانند سفتی ومیرایی شفت، آثار ژیروسکوپی واصطکاک سیال در یاتاقانها، باعث میشود که شفت در یک سرعت خاص موسوم به سرعت لنگش یا سرعت بحرانی خم شود(لنگش به عنوان دوران صفحۀ متشکل ازخط المرکزین یاتافانها وشفت خمیده تعریف میشود).دریک سیستم چرخان، اگرمکان نیروهای میران واکنشی دریاتاقانها ثابت باشد میرایی را میرایی ساکن یا میرایی خارجی میگویند(مانند نیروهای کمک فنر)، اگرمکان نیروهای میران همراه با شفت بچرخد(مانند نیروی اصطکاک داخلی شفت)، میرایی را میرایی چرخان یا میرایی داخلی میگویند.

7) سرعت بحرانی در شفتهای چرخان:
وقتی فرکانس دوران یک شفت با یکی از فرکانسهای طبیعی آن برابرشود، میگویند شفت دارای سرعت بحرانی است. برای تعیین سرعت بحرانی، کافیست درمعادله زیرمقدارCi=C=0 وقسمت همگن معادله حاصله را حل میکنیم. به این ترتیب، فرکانس سیستم(سرعت بحرانی) بدست می آید.
mw" + (Ci+C)w' + kw – iw*Ci*w = mw^2*a*e^iwt
Wn = sqrt k/m
اگرشفت با این سرعت بچرخد، دیسک دستخوش یک تغییرمکان بزرگ میشود، ونیروی انتقال یافته به یاتاقانها ممکن است آنها را بشکند. عبورسریع شفت ازسرعت بحرانی، باعث محدود شدن دامنه لنگش میشود. عبورآهسته آن ازسرعت بحرانی، به ایجاد دامنه های بزرگ کمک میکند.