Spectrum Analyser

در سال های گذشته، به علت مرسوم نبودن استفاده از مصرف كننده هاي خطي متعادل، بحث طیف هارمونيك ها در صنايع متداول نبود. به عنوان مثال در موتورهاي القايي سه فاز،گرم كنندها و روشن كننده ها و … شکل موج جریان خروجی همان شکل موج ورودی سینوسی است. بنابراین طول عمر سیستم نیز بالاتر بوده است؛ امروزه وسعت یافتن بحث الکترونیک صنعتی، سبب به وجود آمدن بارهای غیر خطی شد. این امر سبب شد شکل موج جریان خروجی از حالت سینوسی به غیر سینوسی تبدیل شود.عوامل مختلفی بر به وجود آوردن بارهای غیر خطی موثر هستند که از جمله آنها می توان به درايوهاي AC / DC ، Soft Starters ، يكسوسازها و … اشاره نمود. در این مبحث به بررسی هارمونیک ها و تاثیرات آن ها بر سیستم ها و تجهیزات الکتریکی می پردازیم

همانطور که می دانید بر اساس بسط سري فوريه ميتوان هر تابع متناوب را برحسب مجموع چند موج سينوسي با فرکانس هاي متفاوت نوشت . در این صورت می توان شکل موج غير سينوسي حاصل را به مولفه هاي سينوسي با فرکانس های مختلف تجزيه کرد که اگر در این موج های سینوسی با یکدیگر جمع شوند از مجموع اين موج هاي سينوسي، شکل موج اصلي حاصل مي‌شود.

هارمونیک یا طیف اولی طیفی است که موج آن با موج سینوسی اول اصلی هم فرکانس باشد. در صورتی که فرکانس موج دو برابر فرکانس موج اصلی باشد هارمونيک دوم و اگر n برابر باشد هارمونيک nام نامیده می شود

به عنوان مثال شکل زیر تاثیر هارمونیک سوم بر روی سیگنال اصلی را نشان می دهد:

هارمونیک1

اگر هر دو نيم سيكل مثبت و منفي يك موج، شبيه يكديگر باشند، سري فوريه فقط هارمونيك هاي فرد را شامل می شود. این به این معنی است که اگر در سیستمی هارمونيك هاي زوج وجود داشته باشد در واقع سيستم دارای مشکل است. از جمله مواردی که سبب ایجاد هارمونیک در سیستم می شوند می توان به وجود بارهاي غير خطي مانند ادوات الکترونيک قدرت، رایانه ها، لامپ هاي کم مصرف اشاره نمود.

تاثیراتی که هارمونيك هاي ولتاژ و جريان بر تجهيزات الكتريكي دارند متفاوت است. معمولا بيشتر تجهيزات الكتريكي مانند موتورها، خازن ها به هارمونيكهاي ولتاژ در برابر هارمونیک ها بسيار حساس اند. به طور کلی هارمونيك هاي جريان موجب تداخل مغناطيسي (Magnetic Interfrence) و همچنين موجب افزايش اتلاف در شبكه ها مي شوند.

خازن ها از قطعات الکتریکی به شمار می روند که نقش بسیار مهمی در صنايع مربوط به توليد و انتقال و توزيع امروزي دارند. خازن هاي اصلاح ضريب توان، نسبت به هارمونيك ها حساس اند و معمولا بیشتر نقص هایی که در خازن هاي قدرت به وجود می آید، ناشی از هارمونيك هاي پنجم ، هفتم ، يازدهم ، سيزدهم و … میباشد.

هارمونیک 2

اثراتی که هارمونیکها بر روی اجزای مختلف سیستم می گذارند در جدول زیر آمده است.

همانطور که در جدول بالا مشاهده می کنید بررسی هارمونیک ها بسیار با اهمیت است. وسیله ای که هارمونیک را تحلیل می کند، هارمونیک آنالایزر یا آنالایزر طیف نامیده می شود و چون اکثرا در قالب دستگاه هایی که پارامتر های توان را اندازه میگیرند، هارمونیک پاور آنالایزر یا پاور آنالایزر نامیده میشود.

پاور آنالایزر ها توانایی اندازه گیری توان اکتیو، راکتیو، ظاهری، PF و… را دارند. همچنین درصد دامنه هارمونیک اول تا 99 ام و میزان THD% را نیز اندازه گیری می کنند.

هارمونیک آنالایزر

هارمونیک آنالایزرها با هدف سنجش، مانیتورینگ، مدیریت و آنالیز پارامترهای الکتریکی شبکه برق مانند ولتاژ، جریان ، اغتشاش هارمونیک طراحی شده اند. این دستگاه ها معمولا پارامترهای شبکه سه فاز سه سیم یا چهار سیم متقارن یا نامتقارن را سنجیده و شاخص THD را نیز بر روی نمایشگر خود نشان می دهند.

THD چیست؟

در سیستم دارای هارمونیک اعوجاج هارمونیک کل را با پارامترب به نام THD نشان می دهند که مخفف عبارت
Total Harmonic Distortion است. روش محاسبه این فاکتور بر حسب درصد است و هرچه میزان آن کمتر باشد، شکل موج حاصل به شکل موج سینوسی نزدیک تر است. در این حالت خروجی از کیفیت بهتری برخودار است.

نحوه محاسبه THD :

سیگنال فرضی F(t) را با فرکانس f در نظر بگیرید، در صورتی که از این سیگنال، سری فوریه در فرکانس پایه f بگیریم و مقدار موثر مولفه‌های ضرایب فرکانس پایه را به ترتیبHn.f,…,H3.f,H2.f,H1.f بنامیم آنگاه مقدار THD سیگنال F(t)از رابطه ذیل بدست خواهد آمد:

THD[f(t)]=(Hn.f2+…+H3.f2+H2.f2)/H12