دانلود ترجمه هارمونیک

If not properly designed or rated, electrical equipment will often malfunction when harmonics are present in an electrical system.
Most people don't realize that harmonics have been around a long time. Since the first AC generator went online more than 100 years ago, electrical systems have experienced harmonics. The harmonics at that time were minor and had no detrimental effects.
Basic concept
A pure sinusoidal voltage is a conceptual quantity produced by an ideal AC generator built with finely distributed stator and field windings that operate in a uniform magnetic field. Since neither the winding distribution nor the magnetic field are uniform in a working AC machine, voltage waveform distortions are created, and the voltage-time relationship deviates from the pure sine function. The distortion at the point of generation is very small (about 1% to 2%), but nonetheless it exists. Because this is a deviation from a pure sine wave, the deviation is in the form of a periodic function, and by definition, the voltage distortion contains harmonics.
When a sinusoidal voltage is applied to a certain type of load, the current drawn by the load is proportional to the voltage and impedance and follows the envelope of the voltage waveform. These loads are referred to as linearloads (loads where the voltage and current follow one another without any distortion to their pure sine waves). Examples of linear loads are resistive heaters, incandescent lamps, and constant speed induction and synchronous motors.
In contrast, some loads cause the current to vary disproportionately with the voltage during each half cycle. These loads are classified as nonlinear loads, and the current and voltage have waveforms that are nonsinusoidal, containing distortions, whereby the 60-Hz waveform has numerous additional waveforms superimposed upon it, creating multiple frequencies within the normal 60-Hz sine wave. The multiple frequencies are harmonics of the fundamental frequency.
Normally, current distortions produce voltage distortions. However, when there is a stiff sinusoidal voltage source (when there is a low impedance path from the power source, which has sufficient capacity so that loads placed upon it will not effect the voltage), one need not be concerned about current distortions producing voltage distortions.
Examples of nonlinear loads are battery chargers, electronic ballasts, variable frequency drives, and switching mode power supplies. As nonlinear currents flow through a facility's electrical system and the distribution-transmission lines, additional voltage distortions are produced due to the impedance associated with the electrical network. Thus, as electrical power is generated, distributed, and utilized, voltage and current waveform distortions are produced.
Power systems designed to function at the fundamental frequency, which is 60-Hz in the United States, are prone to unsatisfactory operation and, at times, failure when subjected to voltages and currents that contain substantial harmonic frequency elements. Very often, the operation of electrical equipment may seem normal, but under a certain combination of conditions, the impact of harmonics is enhanced, with damaging results.
Motors
There is an increasing use of variable frequency drives (VFDs) that power electric motors. The voltages and currents emanating from a VFD that go to a motor are rich in harmonic frequency components. Voltage supplied to a motor sets up magnetic fields in the core, which create iron losses in the magnetic frame of the motor. Hysteresis and eddy current losses are part of iron losses that are produced in the core due to the alternating magnetic field. Hysteresis losses are proportional to frequency, and eddy current losses vary as the square of the frequency. Therefore, higher frequency voltage components produce additional losses in the core of AC motors, which in turn, increase the operating temperature of the core and the windings surrounding in the core. Application of non-sinusoidal voltages to motors results in harmonic current circulation in the windings of motors. The net rms current is [I.sub.rms] = [square root of [([I.sub.1]).sup.2] + [([I.sub.2]).sup.2] + [([I.sub.3]).sup.2] +] ..., where the subscripts 1, 2, 3, etc. represent the different harmonic currents. The [I.sub.2]R losses in the motor windings vary as the square of the rms current. Due to skin effect, actual losses would be slightly higher than calculated values. Stray motor losses, which include winding eddy current losses, high frequency rotor and stator surface losses, and tooth pulsation losses, also increase due to harmonic voltages and currents.
نقش خازنها به عنوان المان های الکتریکی و الکترونیکی کارآمد در صنایع مربوط به تولید و انتقال و توضیع امروزی غیر قابل انکار است بگونه ای که دیگر هرگز نمی توان چنین صنایعی را بدون وجود خازنهای نیرو متصور شد.از این رو شناخت کامل خازنها و عوامل تاثیر گذار برآنها و حفظ و نگهداری و نظارت دقیق بر آنها ، برای افزایش طول عمر خازن ها و کار کرد بهینه آنها امری است الزامی و اجتناب ناپذیر.
کلید واژه- خازن قدرت ، فرکانس ، هارمونیک ها.
مقدمه
درسالهای اولیه هارمونیکها در صنایع چندان رایج نبودند.به خاطر مصرف کننده های خطی متعادل. مانند : موتورهای القایی سه فاز،گرم کنندها وروشن کننده های ملتهب شونده تا درجه سفیدی و ..... این بارهای خطی جریان سینوسی ای در فرکانسی برابر با فرکانس ولتاژ می کشند. بنابراین با این تجهیزات اداره کل سیستم نسبتا با سلامتی بیشتری همراه بود. ولی پیشرفت سریع در الکترونیک صنعتی در کاربری صنعتی سبب بوجود آمدن بارهای غیر خطی صنعتی شد. در ساده ترین حالت ، بارهای غیرخطی شکل موج بار غیر سینوسی از شکل موج ولتاژ سینوسی رسم می کنند (شکل موج جریان غیر سینوسی).
پدیدآورنده های اصلی بارهای غیر خطی درایوهای AC / DC ، نرم راه اندازها ، یکسوسازهای 6 / 12 فاز و ... می باشند. بارهای غیرخطی شکل موج جریان را تخریب می کنند. در عوض این شکل موج جریان شکل موج ولتاژ را تخریب می نماید. بنابراین سامانه به سمت تخریب شکل موج در هر دوی ولتاژ و جریان می شود. در این مقاله سعی شده است تا بزبانی هرچه ساده تر توضیحی در مورد نحوه عملکرد هارمونیک ها و راه کاری برای دوری از تاثیر گذاری آنها بر خازنها ی نیرو ارائه شود.
اساس هارمونیک ها :
اصولا هارمونیک ها آلوده سازی شکل موج را در اشکال سینوسی آنها نشان می دهند. ولی فقط در مضارب فرکانس اصلی . تخریب شکل موج را می توان در فرکانس های مختلف (مضارب فرکانس اصلی) بعنوان یک نوسان دوره ای بوسیله آنالیز فوریه تجزیه و تحلیل کرد. در حال حاضر هارمونیکهای فرد و زوج و مرتبه 3 در اندازه های مختلف ضرایب فرکانس های مختلف در سامانه های الکتریکی موجودند که مستقیما تجهیزات سامانه الکتریکی را متاثر می سازند. در معنایی وسیعتر هارمونیکهای زوج و مرتبه 3 هریک تلاش می کنند که دیگری را خنثی نمایند. ولی در مدت زمانی که بار نا متعادل است این هارمونیک های زوج و مرتبه 3 منجر به اضافه بار در نول و اتلاف انرژی شدید می شوند. با تمام احوال هارمونیک های فرد اول مانند هارمونیک پنجم ، هفتم ، یازدهم ، سیزدهم و .... عملکرد این تجهیزات الکتریکی را تحت تاثیر قرار می دهند. برای فهم بهتر تاثیر هارمونیک ها ، شکل زیر تاثیر تخریب هارمونیک پنجم بر شکل موج سینوسی را نشان می دهد :

هارمونیک های ولتاژ و جریان تاثیرات متفاوتی بر تجهیزات الکتریکی دارند. ولی عموما بیشتر تجهیزات الکتریکی به هارمونیکهای ولتاژ بسیار حساس اند. تجهیزات اصلی نیرو مانند موتورها، خازن ها و غیره بوسیله هارمونیکهای ولتاژ متاثر می شوند. به طور عمده هارمونیکهای جریان موجب تداخل مغناطیسی (Magnetic Interfrence) و همچنین موجب افزایش اتلاف در شبکه های توزیع می شوند. هارمونیکهای جریان وابسته به بار اند ، در حالی که سطح هارمونیکهای ولتاژ به پایداری سامانه تغذیه و هارمونیکهای بار (هارمونیکهای جریان) بستگی دارد. عموما هارمونیک های ولتاژ از هارمونیک های جریان کمتر خواهند بود.
تشدید:
اساسا تشدید سلفی – خازنی در همه انواع بارها مشاهده می شود. ولی اگر هارمونیک ها در شبکه توضیع شایع نباشند تاثیر تشدید فرونشانده می شود.
در هر ترکیب سلفی – خازنی چه در حالت سری و چه در حالت موازی ، در فرکانسی خاص تشدید رخ می دهد که این فرکانس خاص فرکانس تشدید نامیده می شود. فرکانس تشدید فرکانسی است که در آن رآکتنس خازنی (Xc) و رآکتنس القایی (XL) برابر هستند.
برای ترکیبی مثالی برای بار صنعتی که شامل اندوکتانس بار و یا رآکتنس ترانسفورماتور که بعنوان XL عمل می کند و رآکتنس خازن تصحیح ضریب توان که بصورت Xc خودنمایی می کند فرکانس تشدیدی برابر با LC خواهیم داشت . رآکتنس خازنی متناسب با فرکانس کاهش می یابد (توجه : Xc با فرکانس نسبت عکس دارد). در حای که رآکتنس القایی متناسب با آن افزایش می یابد (توجه
: XL با فرکانس نسبت مستقیم دارد).این فرکانس تشدید به سبب متغیر بودن الگوی بار متغیر خواهد بود. این مساله برای ظرفیت خازنی ثابت کل برای اصلاح ضریب توان پیچیده تر است. برای درک صحیح این پدیده لازم است دو نوع وضعیت تشدید شامل حالت تشدید سری و حالت تشدید موازی مورد توجه قرار گیرند. این دو امکان در زیر توضیح داده می شوند.