هارمونیک چیست ؟ در یک مدار AC ، یک مقاومت دقیقاً همان رفتاری را دارد که در مدار DC دارد.
یعنی جریانی که از طریق مقاومت عبور می کند متناسب با ولتاژ موجود در آن است.
زیرا مقاومت یک وسیله خطی است و اگر ولتاژ وارد شده به آن موج سینوسی باشد ، جریان عبوری از آن نیز موج سینوسی است بنابراین اختلاف فاز بین دو سینوسی صفر است.
به طور کلی هنگام کار با ولتاژها و جریانهای متناوب در مدارهای الکتریکی ، فرض بر این است
که آنها خالص و سینوسی هستند و فقط یک مقدار فرکانس دارند که “فرکانس اساسی” نامیده می شود
اما همیشه اینطور نیست…
در دستگاه یا مدار الکتریکی یا الکترونیکی که دارای یک مشخصه جریان ولتاژ است
که خطی نیست ، یعنی جریان عبوری از آن متناسب با ولتاژ اعمال شده نیست.
شکل موج متناوب مرتبط با دستگاه تا حدی بیشتر یا کمتر با شکل موج سینوسی ایده آل متفاوت خواهد بود.
از این نوع شکل موج ها معمولاً به شکل شکل موج غیر سینوسی یا پیچیده یاد می شود.
شکل موج های پیچیده توسط دستگاه های الکتریکی متداول مانند سلف های هسته ای آهن
ترانسفورماتورهای سوئیچینگ ، بالاست های الکترونیکی در چراغ های فلورسنت و سایر
بارهای بسیار القایی و همچنین ولتاژ خروجی و شکل موج های جریان متناوب AC ، ژنراتورها
و سایر ماشین های الکتریکی تولید می شود. نتیجه این است که ممکن است شکل موج جریان سینوسی نباشد
حتی اگر شکل موج ولتاژ باشد.
ایجاد هارمونیک ..
همچنین اکثر مدارهای سوئیچینگ منبع تغذیه الکترونیکی مانند یکسوسازها ، یکسوساز کنترل شده سیلیکونی (SCR) ، ترانزیستورهای قدرت ، مبدل های قدرت و سایر سوئیچ های حالت جامد که برای کنترل قدرت موتور
یا تبدیل منبع تغذیه سینوسی منبع تغذیه شکل موج سینوسی را قطع و خرد می کنند
به دی سی در این مدارها مدارهای سوئیچینگ فقط در مقادیر اوج منبع تغذیه AC جریان می کشند و از آنجا
که شکل موج جریان سوئیچ غیر سینوسی است ، گفته می شود که جریان بار حاصله حاوی مواد هماهنگ است.
شکل موج های پیچیده غیر سینوسی با “جمع” مجموعه ای از فرکانس های موج سینوسی شناخته شده به عنوان “Harmonics” ساخته می شوند. هارمونیک اصطلاح عمومی است که برای توصیف اعوجاج شکل موج سینوسی توسط شکل موج فرکانس های مختلف استفاده می شود.
سپس شکل موج پیچیده ای به هر شکل که باشد ، می تواند از نظر ریاضی به عناصر منفرد آن تقسیم شود که فرکانس اساسی و تعدادی “فرکانس هارمونیک” نامیده می شود. اما منظور ما از “فرکانس اساسی” چیست ؟
فرکانس اساسی ..
شکل موج بنیادی (یا هارمونیک اول) شکل موج سینوسی است که فرکانس تأمین را دارد.
اساسی کمترین یا پایه فرکانس است ، ƒ که شکل موج پیچیده بر روی آن ساخته شده است
و به همین ترتیب زمان تناوبی ، Τ شکل موج پیچیده حاصل با زمان تناوبی فرکانس اساسی برابر خواهد بود. بیایید شکل موج اساسی یا اصلی ۱ هارمونیک AC را همانطور که نشان داده شده در نظر بگیریم.
Vmax مقدار اوج در ولت و frequency فرکانس شکل موج در هرتز (هرتز) است.
می توانیم ببینیم که شکل موج سینوسی یک ولتاژ متناوب (یا جریان) است که به عنوان یک تابع سینوسی زاویه ، ۲πƒ تغییر می کند. فرکانس شکل موج ، by با تعداد چرخه در ثانیه تعیین می شود.
در انگلستان این فرکانس اساسی ۵۰ هرتز تنظیم شده در حالی که در ایالات متحده ۶۰ هرتز است.
هارمونیک ها ولتاژها یا جریاناتی هستند که با فرکانسی کار می کنند که یک عدد صحیح (عدد کامل)
از فرکانس اساسی است.
بنابراین با توجه به شکل موج اساسی ۵۰ هرتز ، این بدان معنی است که فرکانس
هارمونیک دوم ۱۰۰ هرتز (۲ x 50 هرتز) ، هارمونیک سوم ۱۵۰ هرتز (۳ x 50 هرتز) ،
یک پنجم در ۲۵۰ هرتز ، ۷ ام در ۳۵۰ هرتز و غیره خواهد بود. به همین ترتیب ..
با توجه به شکل موج بنیادی ۶۰ هرتز ، فرکانس های هارمونیک ۲ ، ۳ ، ۴ و ۵ به ترتیب
در ۱۲۰ هرتز ، ۱۸۰ هرتز ، ۲۴۰ هرتز و ۳۰۰ هرتز خواهند بود.
بنابراین ، به عبارت دیگر ، می توان گفت که “هارمونیک” مضربی از فرکانس اساسی است
و بنابراین می تواند به صورت زیر بیان شود: ۲ƒ ، ۳ƒ ، ۴ƒ و غیره همانطور که نشان داده شده است.
شکل موج پیچیده به دلیل هارمونیک
توجه داشته باشید که شکل موج های قرمز بالا ، اشکال واقعی شکل موج ها هستند
که توسط یک بار مشاهده می شوند ، زیرا محتوای هارمونیک به فرکانس اساسی اضافه می شود.
شکل موج اساسی را می توان شکل موج ۱ هارمونیک نیز نامید. بنابراین ، هارمونیک دوم دارای فرکانس دو برابر فرکانس اساسی است ، هارمونیک سوم دارای فرکانس سه برابر اساسی و هارمونیک چهارم
یک چهار برابر فونداسیون است که در ستون سمت چپ نشان داده شده است.
ستون سمت راست شکل موج پیچیده ای را ایجاد می کند که در نتیجه تأثیر بین افزودن شکل موج اساسی
و شکل موج هارمونیک در فرکانس های مختلف هارمونیک ایجاد شده است.
توجه داشته باشید که شکل شکل موج پیچیده حاصل ، نه تنها به تعداد و دامنه فرکانسهای هارمونیک موجود
بلکه به رابطه فاز بین فرکانس اساسی یا پایه و فرکانسهای هارمونیکی منفرد نیز بستگی خواهد داشت.
می توانیم ببینیم که یک موج پیچیده از یک شکل موج بنیادی به علاوه هارمونیک تشکیل شده است
، هر کدام دارای ارزش پیک مخصوص و زاویه فاز خود هستند.
به عنوان مثال ، اگر فرکانس اساسی به صورت زیر داده شود: ( E = Vmax (2πƒt
مقادیر هارمونیک ها به صورت زیر ارائه می شود:
برای هارمونیک دوم:
(E۲ = V۲(max)(۲*۲πƒt) = V۲(max)(۴πƒt), = V۲(max)(۲ωt
برای هارمونیک سوم:
(E۳ = V۳(max)(۳*۲πƒt) = V۳(max)(۶πƒt), = V۳(max)(۳ωt
برای هارمونیک چهارم:
(E۴ = V۴(max)(۴*۲πƒt) = V۴(max)(۸πƒt), = V۴(max)(۴ωt
هارمونیک ها به طور کلی با نام و فرکانس خود طبقه بندی می شوند ..
به عنوان مثال ، یک هارمونیک دوم از فرکانس اساسی در ۱۰۰ هرتز ، و همچنین با توالی
آنها طبقه بندی می شوند.
توالی هارمونیک به چرخش فازاری ولتاژها و جریان های هارمونیک با توجه به شکل موج اساسی
در یک سیستم ۴ سیمه ۳ فاز متعادل اشاره دارد.
یک هارمونیک توالی مثبت (۴ ، ۷ ، ۱۰ ،،) در همان جهت (جلو) به عنوان فرکانس اساسی می چرخد.
جایی که به عنوان یک توالی منفی هارمونیک (۲ ، ۵ ، ۸ ،…) در جهت مخالف (معکوس)
فرکانس اساسی می چرخد.
به طور کلی ، هارمونیک های توالی مثبت نامطلوب هستند زیرا مسئول گرم شدن بیش از حد هادی ها
خطوط برق و ترانسفورماتورها به دلیل اضافه شدن شکل موج هستند.
از طرف دیگر ، هارمونیک های توالی منفی بین فازها به گردش در می آیند و باعث ایجاد مشکلات
اضافی در موتورها می شوند زیرا چرخش فاز مخالف ، میدان مغناطیسی چرخان مورد نیاز
موتورها و به ویژه موتورهای القایی را ضعیف می کند و باعث می شود گشتاور مکانیکی کمتری تولید کنند. مجموعه دیگری از هارمونیک های خاص به نام “سه گانه” (چند برابر از سه) دارای توالی چرخشی صفر هستند. Triplens مضربی از هارمونیک سوم (۳ ، ۶ ، ۹ ، …) و غیره است ، از این رو نام آنها است
و بنابراین با صفر درجه جابجا می شوند. توالی صفر بین فاز و خنثی یا زمین گردش می کنند. برخلاف جریان هارمونیک توالی مثبت و منفی که یکدیگر را لغو می کنند ، هارمونیک های مرتبه سوم
یا سه گانه لغو نمی شوند. درعوض در سیم خنثی مشترکی که از هر سه فاز تحت جریان قرار می گیرد
حساب کنید. نتیجه این است که دامنه جریان در سیم خنثی به دلیل این هارمونیک های سه گانه می تواند
تا ۳ برابر دامنه جریان فاز در فرکانس اساسی باشد که باعث می شود
کارآیی کمتری پیدا کند و بیش از حد گرم شود. سپس می توانیم اثرات توالی را به صورت مضرب
فرکانس اصلی ۵۰ هرتز به صورت زیر خلاصه کنیم:
توالی هارمونیک
| ۱۰nd | ۸nd | ۷nd | ۶nd | ۵nd | ۴nd | ۳nd | ۲nd | Fund | Name |
| ۴۵۰ | ۴۰۰ | ۳۵۰ | ۳۰۰ | ۲۵۰ | ۲۰۰ | ۱۵۰ | ۱۰۰ | ۵۰ | Frequency, Hz |
| ۰ | – | + | ۰ | – | + | ۰ | – | + | Sequence |
توجه داشته باشید که همان توالی هارمونیکی در مورد شکل های موج بنیادی ۶۰ هرتز نیز اعمال می شود
| Sequence | Rotation | Harmonic Effect |
| + | Forward | Excessive Heating Effect |
| – | Reverse | Motor Torque Problems |
| ۰ | None | Adds Voltages and/or Currents in Neutral Wire causing Heating |
برای کسب اطلاعات بیشتر راجب هارمونیک ها می توانید قسمت های دیگر این موضوع را نیز دنبال کنید…