اینجانب به شما مفهوم و کاربردهای فیلتر حذف هارمونیک بانک خازنی را معرفی می‌کنم تا شما بتوانید بهتر از این ابزار استفاده نمایید. فیلتر حذف هارمونیک بانک خازنی به عنوان یک وسیله محافظتی علیه هارمونیک‌های مختلف عمل می‌کند. عمده وظیفه این فیلتر، کنترل و منظم‌سازی هارمونیک‌هاست تا ورود آنها به خازن را به حداقل برساند. از طرف دیگر، جبران سازی توان راکتیو که یکی از ابزارهای بهینه‌سازی هزینه انرژی است، توسط این فیلتر صورت می‌گیرد و باعث بازگشت سریع سرمایه می‌شود.
فیلتر های حذف هارمونیک بانک خازنی از مواد نوین و فناوری‌های تولید پیشرفته بهره می‌برند که باعث ساخت خازن‌های با تلفات کم و حجم کوچک شده و امکان ایجاد بانک‌های خازنی کاملاً قابل اعتماد را فراهم می‌کنند.
در مواجهه با افزایش نوسانات هارمونیکی در شبکه‌های فشار ضعیف و متوسط، طراحی بانک‌های خازنی به یک وظیفه پیچیده و چالش‌برانگیز تبدیل شده است. این بانک‌های خازنی جهت تعادل توان راکتیو مصرفی در دستگاه‌های مختلف نظیر سازه‌ها، کنترلرهای الکترونیکی موتورها، مبدل‌های فرکانس و بارهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. آگاهی مشاوران و مصرف‌کنندگان از چالش‌های این بانک‌ها و هارمونیک‌های آنان امری ضروری است. همچنین، نیاز به مهارت در طراحی صحیح برای جلوگیری از خطرات جدی ناشی از نزدیکی فرکانس رزونانسی میان ترانس و خازن احساس می‌شود. به همین دلیل، توصیه می‌شود تا افراد مسلط و با تجربه در این زمینه به عنوان مشاوران در طراحی و برنامه‌ریزی مناسب برای جلوگیری از مشکلات و هزینه‌های احتمالی مشغول به کار شوند.
در حوزه برق، پدیده هارمونیک به دلیل افزایش مصرف‌کنندگان غیرسینوسی در شبکه‌های فشار ضعیف به شدت در حال گسترش است. جریان‌های غیرسینوسی که از شبکه عبور می‌کنند، باعث ایجاد افت ولتاژ از امپدانس شبکه می‌شود و در نتیجه، اعوجاجاتی در ولتاژ سینوسی شبکه ایجاد می‌کند.
این اعوجاجات قابل توضیح با مفهوم سری فوریه هستند، جایی که تمام موج‌ها (با عبارت دیگر، جمله‌های سری فوریه) با فرکانسی که ضرب‌کننده صحیحی از فرکانس پایه (یا همان فرکانس شبکه) است، به عنوان هارمونیک‌ها شناخته می‌شوند. این پدیده باعث ایجاد افت ولتاژ و اختلالات در سیستم برق می‌شود که اهمیت زیادی در بهینه‌سازی شبکه‌های برق دارند.
یکی از پرسش‌های مهم در این زمینه، درصد دامنه هارمونیک‌هاست. بررسی‌ها نشان می‌دهد که ۵% از دامنه هارمونیک پنجم، ۴% از دامنه هارمونیک هفتم و ۲٫۵% از دامنه هارمونیک یازدهم را تشکیل می‌دهند. این اطلاعات برای بارهای صنعتی و خانگی هر دو اهمیت دارند.
بارهای غیر خطی به عنوان مولدین اصلی هارمونیک‌ها در شبکه برق شناخته می‌شوند، که اغلب در مرتبه‌های سوم، پنجم، هفتم، یازدهم و سیزدهم قرار دارند. این واقعیت نشان‌دهنده اهمیت بررسی و مدیریت بهینه این هارمونیک‌ها در سیستم‌های برقی است.
در دنیای فناوری، هارمونیک‌ها نقش مهمی در سیستم‌های برق ایفا می‌کنند، به خصوص در محیط‌های صنعتی با فشار ضعیف که دستگاه‌های القایی با سرعت‌های متفاوت فعالیت می‌کنند.
علاوه بر محیط‌های صنعتی، هارمونیک‌ها در ساختمان‌های مسکونی و تجاری نیز حضور دارند و تجهیزاتی مانند تلویزیون، کامپیوتر و لامپ‌های کم مصرف می‌توانند منبع هارمونیک‌ها باشند. این واقعیت در عرصه فناوری و برق، نشان‌دهنده اهمیت بررسی و مدیریت دقیق هارمونیک‌ها در تمامی زوایای زندگی است.
منشأ هارمونیک‌ها معمولاً به تعداد بارهای غیرخطی در شبکه بستگی دارد. به عنوان مثال، نصب مبدل ۶ پالسه تریستوری با توانی که ۵۰% از توان ترانس را تشکیل می‌دهد، می‌تواند هارمونیک‌های پنجم و هفتم را با دامنه‌های ۴% و ۳% در شبکه ایجاد کند.
تعداد زیادی مبدل تریستوری نصب شده و اختلاف فاز جریان‌های آنها، می‌تواند تأثیر هارمونیک‌ها را به حداقل برساند. برای مثال، نصب مبدل تریستوری با توان کلی ۲۵%توان نامی ترانس می‌تواند هارمونیک‌های با دامنه‌های موج اصلی را با درصدهای مختلف تولید کند.
اثر بانک خازنی بدون فیلتر، باعث افزایش ولتاژ و جریان‌های رزونانسی نزدیک به فرکانس رزونانس می‌شود. این اطلاعات به مهندسان و تصمیم‌گیران در بهینه‌سازی سیستم‌های برقی کمک می‌کند.
در طراحی بانک خازنی برای مدیریت شبکه‌های هارمونیکی، جمع‌آوری و استفاده دقیق از اطلاعات حاصل از اندازه‌گیری‌های هارمونیک ولتاژ و جریان بدون حضور خازن، نقش بسیار اساسی را در ایجاد یک راهبرد بهینه برای طراحی دارد. این اطلاعات شامل محاسبه‌های تئوری مربوط به فرکانس‌های رزونانس و حداکثر مقادیر هارمونیک که از تجزیه و تحلیل شبکه استخراج شده، بسیار مؤثر است.
به عنوان نمونه، در یک شبکه فشار ضعیف با یک ترانس ۱۰۰۰ کیلووات، نصب بانک خازنی کامل (با ظرفیت ۴۰۰ کیلووار) باعث افزایش سه برابر هارمونیک پنجم و چهار برابر هارمونیک هفتم می‌شود.
علاوه بر این، حضور هارمونیک‌های مختلف در شبکه‌های فشار متوسط نیازمند بررسی دقیق است. در صورتی که دامنه ولتاژ هارمونیکی از حد استاندارد فراتر رود، استفاده از بانک خازنی همراه با سلف پیشنهاد می‌شود، به‌ویژه اگر دامنه هارمونیک مرتبه ۵ بیشتر از ۲٪ یا هارمونیک مرتبه ۷ و بالاتر بیشتر از ۱٪ باشد.
در انتخاب بانک خازنی، نکات مهمی وجود دارد، از جمله استفاده از بانک‌های خازنی با فیلتر و عدم استفاده همزمان از بانک‌های خازنی با و بدون فیلتر در یک شبکه فشار ضعیف. همچنین، نصب بانک‌های خازنی مجهز به فیلتر با فرکانس‌های رزونانس متفاوت به صورت موازی، می‌تواند احتمال تحت اضافه بار قرار گرفتن بانک با فرکانس رزونانس بالاتر را کاهش دهد. این راهنماها به مهندسان و تصمیم‌گیران در انتخاب و بهینه‌سازی بانک خازنی کمک می‌کند.
زمانی که فرکانس‌های رزونانسی شبکه با فرکانس‌های هارمونیک همخوانی دارند، ایجاد پدیده رزونانس امری ناپسند است. در این شرایط، ولتاژ شبکه در زمان رزونانس تغییرات کمی را تجربه می‌کند، اما جریان بانک خازنی به طور چشمگیری افزایش می‌یابد که ممکن است به خازن‌ها و تجهیزات آسیب برساند. برای جلوگیری از این وضعیت، استفاده از فیلترهای حذف هارمونیک ضروری است که به دو دسته اصلی اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند.
فیلترهای پسیو تقسیم به دو دسته Tuned وDetuned دارند و معمولاً در مواقعی که اقتصادی بودن مهم است و نیاز به فیلتر اکتیو نداریم، از آنها استفاده می‌شود. این فیلترها به دلیل نوع عملکردشان می‌توانند اثرات فرکانس رزونانس را در شبکه کمینه کنند.
در شرایطی که ضریب قدرت شبکه کم و نیاز به خازن‌گذاری وجود دارد، فیلترهایDetuned برای جلوگیری از رزونانس و کاهش فرکانس رزونانس برای جلوگیری از انطباق فرکانس خازن با فرکانس هارمونیک غالب شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نوع هارمونیک غالب در شبکه تعیین کننده استفاده از فیلترهایP=14% و P=7% می‌باشد. این فیلترها قابلیت حذف هارمونیک‌های پنجم به بالا و سوم به بالا را دارند، اما قیمت فیلترهای ۷% تقریباً دو برابر فیلترهای ۱۴% می‌باشد.
در شرایطی که هدف کاهش هارمونیک‌ها در نقاط اتصال بارهای غیرخطی است و نیاز به کاهش THD جریان در شبکه یا حد آن زیر مجاز است، استفاده از فیلترهای Tuned پیشنهاد می‌شود. این فیلترها معمولاً با یک راکتور سوییچ‌شونده TCR همراه می‌شوند و در شرایطی که بار به شدت متغیر است، توصیه می‌شود که بار یکپارچه باشد.
بهبود عملکرد بانک خازنی با فیلترهای حذف هارمونیک
فیلترهای اکتیو، با تولید جریانی معکوس و هم اندازه با هارمونیک‌ها، می‌توانند به بهبود ضریب قدرت شبکه و کاهش THD جریان کمک کنند. ترکیب استفاده همزمان از فیلترهای اکتیو و فیلترهای Detuned در بانک خازنی، می‌تواند موجب تصحیح ضریب قدرت شبکه، کاهش احتمال رزونانس و کاهش THD گردد.
این مقاله به انواع فیلترهای حذف هارمونیک در بانک خازنی پرداخته است. نقش و عملکرد فیلترهای پسیو و اکتیو در جلوگیری از رزونانس و کاهش هارمونیک‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، اهمیت اندازه‌گیری هارمونیک‌ها، تأثیر بانک خازنی بر دامنه هارمونیک‌ها و مواردی که در انتخاب بانک خازنی باید در نظر گرفته شوند، بیان شده است.
