اعوجاج هارمونیک کل یا همان THD (Total Harmonic Distortion) چیست؟ اگر بخواهیم به صورت خلاصه بگوییم، یکی از راههای سنجش کیفیت منبع تغذیه است. همچنین، نمایش دهنده شکل موج ولتاژ و جریان به شکل سینوسی است. در ادامه با ما همراه باشید تا به صورت کامل در مورد این مفهوم توضیح دهیم..
اعوجاج هارمونیک کل یا THD چیست؟
اعوجاج هارمونیک کل، یا همان Total Harmonic Distortion یک پارامتر کیفی است که نشان دهنده یک سیگنال به شکل موج سینوسی است. همچنین، مقدار THD به شکل درصد بیان شده است و هرچه کمتر باشد موج سینوسی دارای کیفیت بالاتری است. در نتیجه سیگنالی اعوجاج هارمونیکی کمتری تولید میشود. بهعلاوه، هارمونیکها مولفههایی هستند با فرکانس بالاتر از فرکانس مولفه اصلی ۵۰ هرتزی که در یک شکل موج (جریان الکتریکی) هستند و در شبکههای قدرت، به طور ناخواسته و بر اثر بارهای غیرخطی (Nonlinear) تولید میشوند.
لازم به ذکر است،THD برای تجزیه و تحلیل ارتعاش و شکل موجهای صوتی استفاده میشود. هارمونیک را میتوان به دو دسته تقسیم کرد که در ادامه آنها را نام میبریم:
- هارمونیک جریان
- هارمونیک ولتاژ
اندازه گیری اعوجاج هارمونیک
THD برای هر فرکانس آزمایش شده است و مقداری بین صفر تا یک دارد که در ادامه آنها را به صورت کامل توضیح میدهیم:
صفر: مقدار نزدیک به صفر به این معنی است که خروجی دارای اعوجاج هارمونیک کم است. موج سینوسی خروجی دارای محتوای فرکانسی مشابه با ورودی است.
یک: مقدار نزدیک یک به این معنی است که اعوجاج هارمونیک زیادی در سیگنال وجود دارد. تقریباً تمام محتوای فرکانس سیگنالها در فرکانس مشابه سیگنال ورودی نیست.
نکته: این سیگنال میتواند به صورت درصد، از ۰ تا ۱۰۰٪ بیان شود که در آن ۱۰۰٪ با ۱ مطابقت دارد.
همچنین، در عمل تفاوتهای محاسبه THD برای طیفهای تعین شده وجود دارد. برای مثال، در برخی از روش ها انرژی موجود در هارمونیکها در نظر گرفته میشود یا اینکه گاهی اوقات محاسبه به پنج یا ده هارمونیک اول سیگنال خروجی محدود میشود.
از دیگر روشهای محاسبه این نوع سیگنالها میتوان به روش RMS سیگنال خروجی اشاره کرد. این روش هم گاهی اوقات به عنوان THD+N نیز تعیین میشود.
اعوجاج هارمونیک یا THD چه خسارتهایی را بالا میآورد؟
منبع ولتاژهای غیرسینوسی باعث تلفات گرمایشی در ماشینها، تداخل در کارایی تجهیزات حساس میشود. همچنین، دقت داشته باشید تجزیه و تحلیل THD برای حفظ و افزایش سیستم قدرتی بسیار مهم است. به علاوه که وجود هارمونیکها برای اجزای سیستمهای قدرت مثل ماشین الکترونیکی، دستگاههای الکتریکی، تابلو برق، کابلهای انتقال و سیستمهای روشنایی میتواند فاجعه بار باشد.
لازم به ذکر است، یک مؤلفه هارمونیک بسته به فاکتور THD یا محاسبه THD شما میتواند تأثیر فاجعه باری بر سیگنال اصلی، سیگنال خروجی و سیگنال ورودی داشته باشد. از این جهت، اعوجاج هارمونیک ولتاژ اعوجاج متقاطع و اعوجاج میان مدولاسیون همگی میتوانند بر محتوای هارمونیک سیگنال صوتی شما تأثیر بگذارند. در ادامه به عوامل اصلی که در به وجود آمدن هارمونیکها تاثیر گذار هستند اشاره میکنیم:
- مبدلهای الکترونیکی قدرت مانندیکسوسازها و اینورترها
- وسایل فرومغناطیسی شامل ترانسها و ماشینهای الکتریکی
- تجهیزات تخلیهای شامللامپهای فلورسنت، لامپهای بخار سدیم، کورههای قوس الکتریکی
- کورههای القایی، شارژرهای باتری، مبدلهای فرکانسی، درایورهایموتور الکتریکی به روش PWM، بانکهای خازنی، منبع تغذیه کامپیوترها
سازگاری هارمونیک در دستگاه های غیر خطی
کنترل هارمونیک در سیستمها و تجهیزات قدرت الکتریکی توسط استانداردهای مختلفی مانند: استاندارد IEEE 519-2014، IEC 61000-3-6 و NEMA IS07 P1-2019 و غیرهکنترل می شوند. همچنین، تجزیه و تحلیل THD پیشرفتی را در تعیین هارمونیک های موجود در جریان یا ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، در تجزیه و تحلیل THD انجام شده در یک پلت فرم شبیه سازی مناسب میتواند با اطلاع از درصد هارمونیکهای قرار گرفته در شکل موج از این مشکل جلوگیری کند.
لازم به ذکر است، هنگام برخورد با سیستم های قدرت توجه به هارمونیک های ولتاژ و جریان مهم است. زیرا هر دوی این اعوجاج ها دارای معایبی هستند از جمله راندمان کمتر، افزایش جریان، مشکلات عایق بندی، قطع نشدن نادرست رله و خرابی دنده سوئیچ و از معایب اصلی این ولتاژاست. به علاوه، بارهای غیر خطی مشکل ساز اصلی هستند و نیاز به هماهنگی بین طراحی این دستگاه های غیر خطی و استانداردهای THD وجود دارد.
حذف هارمونیک
هارمونیکها اگرچه متغیرهای آسیبزایی هستند و وجود آنها باعث تخریب سیستم دستگاهها میشود؛ اما با استفاده از فاکتورهای مهم میتوان آنها را کنترل کرد و میزان این عامل مخرب را کاهش داد. در ادامه به بررسی آنها میپردازیم::
مدار PFC: استفاده از مدارهای PFC و تصحیح ضریب توان باعث کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان میشود و در نهایت از میزان اعوجاج را کاهش میابد. به علاوه این مدار به نوعی مقاومتی برای THD شبیه سازی میکند.
فیلتر شنت: استفاده از این فیلتر باعث اعوجاج در نزدیکی منبع جریان اتصال کوتاه میشود و به همین ترتیب هم اعوجاج را کاهش میدهد و هم ضریب قدرت را اصلاح میکند. باید بدانید که این مورد رایج ترین نوع کنترل کننده THD است که صرفه اقتصادی بالایی هم دارد.
ترانسفورمر: استفاده از راکتور خطی یا ترنسفورمر باعث میشود بین ضریب قدرت خازنها اصلاحاتی انجام دهد و به همین ترتیب باعث کاهش اعوجاج میشود.
THD در لامپ ال ای دی
لامپ LED از بروزترین محصولهای روشنایی حال حاضر هستند که با تکنولوژیهای مختلفی تولید میشوند. به علاوه، از نظر میزان THD مقررات سخت گیرانهای برای آنها وضع شده است که از کیفیت نوری خوبی برخوردار باشند و بدون نویز و اشمالاتی از این قبیل پرتوهای خود را بتابانند.
محدوده اعوجاج در محصولات روشنایی از ۵ تا ۱۵۰ است که همانطور که قبل تر هم اشاره شد هرچه مقدار آن کمتر باشد کیفیت نور بالاتر است. در ال ای دی ها نیز به همین ترتیب بیشتر لامپهای LED با کیفیت دارای THD کمتر از ۱۲ است.
در هر حال با افزایش کیفیت نور میتوان به کمتر شدن سردردهای مزمن و همچنین آلودگی نوری کمک کرد.
کلام آخر
در این مطلب به مهمترین نکات درباره موضوع اعوجاج هارمونیک به صورت کامل اشاره کردیم. اگر میخواهید اطلاعات جدیدی درباره این موضوع داشته باشید، پیشنهاد ما به شما مطالعه مجله اکووات است. امیدواریم این مقاله برای شما مفید بوده باشد. خواهشمندیم اگر اطلاعات مفیدی درباره این موضوع دارید با ما و کاربران به اشتراک بگذارید.