روش های کاهش هارمونیک اینورتر

کاهش هارمونیک اینورتر

کاهش هارمونیک اینورتر یکی از مسائل مهم در بهینه‌ سازی عملکرد سیستم‌ های برقی است. اینورترها، که وظیفه تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) را بر عهده دارند، به طور طبیعی ممکن است هارمونیک‌ هایی را ایجاد کنند که می‌ توانند تاثیرات منفی بر روی تجهیزات برقی، کیفیت برق و عملکرد کلی سیستم‌ های صنعتی و تجاری داشته باشند. هارمونیک‌ ها سیگنال‌ های اضافی و فرکانس‌ های غیرضروری هستند که می‌ توانند باعث کاهش کارایی، افزایش مصرف انرژی، ایجاد نویز و حتی آسیب به ماشین‌ آلات شوند. بنابراین، کاهش این هارمونیک‌ ها نه تنها برای حفظ کیفیت برق و افزایش عمر مفید تجهیزات، بلکه برای کاهش هزینه‌ های تعمیرات و نگهداری نیز ضروری است. در این راستا، استفاده از تکنیک‌ ها و فناوری‌ های مناسب برای حذف یا کاهش هارمونیک‌ ها در اینورترها می‌تواند به بهبود عملکرد سیستم‌ ها و بهینه‌ سازی مصرف انرژی کمک کند. برای این مقاله ما درمورد استفاده از فیلتر EFI برای کاهش هارمونیک اینورتر، تمرکز خواهیم کرد.

اهمیت حذف هارمونیک در اینورتر

حذف هارمونیک‌ ها در دستگاه اینورتر صنعتی از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا هارمونیک‌ ها می‌توانند تاثیرات منفی بر عملکرد سیستم‌ های الکتریکی و تجهیزات صنعتی داشته باشند. هارمونیک‌ ها، سیگنال‌ های اضافی و فرکانس‌ های ناخواسته‌ ای هستند که به طور طبیعی در جریان‌ های AC ایجاد می‌ شوند، به‌ ویژه زمانی که از اینورترها برای تبدیل جریان DC به AC استفاده می‌ شوند. این سیگنال‌ های اضافی ممکن است منجر به مشکلات متعددی در سیستم‌ های برق و دستگاه‌ ها شوند. مهمترین دلایل حذف هارمونیک در اینورترها شامل موارد:

قراردادن فیلترهای ” EMI RFI ”  برای کاهش هارمونیک های اینورترها

انتقال ولتاژ ناگهانی درپایانه های خروجی اینورتر با فرکانس متغیر درایو منبع ذاتی تداخل الکترومغناطیسی تابشی و انجام شده است. EMI این زمان انتقال ولتاژ با توجه به زمان ظهور و سقوط دستگاه های نیمه هادی مورد استفاده تعیین می شود. بخش اینورتر گرایش فعلی در بین تولیدکنندگان درایو استفاده از سریعترین دستگاه های عایق بندی شده ترانزیستور است که امروزه دارای قدرت بسیار کمتری و سوئیچینگ بالاتر هستند.

عملکرد عملیاتی اینورترها باعث ایجاد فرکانس بالا وسر و صدای نویز هارمونیک با فرکانس بالا می شود. با سرعت بالا، سوئیچینگ مرحله ی اینورتر می تواند انرژی فرکانس رادیویی قابل توجهی را از سیم کشی ورودی و خروجی آن خارج کند.

مشکلات مرتبط با EMI باعث ایجاد سر و صدا می شود. منشا نویز از جریان اینورتر، ولتاژ خروجی تغییر شکل داده شده بدلیل سوییچینگ است با ولتاژ dv/dt pulse-width modulated (PWM) است که موتور و درایو را از طریق خازن به سمت کابل ها و عایق های موتوری سوق می دهد که منجر به جریان های زمینی با فرکانس بالا می شود.

بزرگی آن توسط معادله زیر تعیین می شود:

I = C dv/dt

دو دلیل اصلی برای به کارگیری فیلترهای ورودی EMC وجود دارد:

1-برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی اینورتر مزاحم با سیستم های الکترونیکی مجاور.

2-نهادهای نظارتی حاکم وظیفه ی نظارت برکیفیت نیروی پلیس را برای نصب فیلترهای مناسب EMC به ویژه در اروپا ماموریت دارند.

بسیاری از سازمان های بین المللی دائما درحال اصلاح استانداردهایی هستند که باید هنگام طراحی فیلتر EMI یک سیستم الکترونیکی مورد توجه قرار گیرند.

برای اطمینان از کاهش مداوم فیلتر، یک تست استاندارد برای شناخت به عنوان یک شبکه ی تثبیت کننده ی مقاومت در برابر خط LISN مورد نیاز است و برای اکثر تست های انجام شده به منظور تضمین تکرارپذیری اندازه گیری ها مشخص شده است علاوه بر این، یک LISN نیز ارائه می دهد. کنترل مقاومت (50 Ohm) بین فیلترهای EMC تحت آزمایش گیرنده و منبع انرژی با استفاده از LISN به عنوان استاندارد طراحی، فیلتر EMC با یک مولفه ی مقاومت در برابر فشار بالا ساخته می شود تا در اندازه گیری با LISN بهترین تخفیف EMI را داشته باشد و این تست ها معمولا روی فیلترهای اختصاصی با درایوها انجام می شود و به سایر اجزا یا فیلتر متصل نمی شوند.

جریان معمولی فیلتر سه فاز EMI RFI

فیلترهای EMC  به گونه ای طراحی شده اند که مقادیر مدار برای L  وc برای کمترین نیرو درفرکانس ابزار اساسی بهینه شده و هنوز هم می توانند به طورموثر50 KHZ ضعیف شوند.

طرح حاصل معمولا یک مولفه ی واکنشی بالا در برابر مقاومت خود دارد ودرحدود 0.707 کاهش می یابد.

یک فیلتر(< .07) under_damped ممکن است باعث زنگ زدگی شود یا تمایل به نوسان داشته باشد. در صورت استفاده بیش از حد (>1) فرکانس قطع شده را کاهش می دهد به علاوه فیلترهای EMC بسیار وابسته به تاثیر منبع مناسب در پیش رو هستند قدرت گمشده در فیلتر افزایش می یابد و مکان اضافی در فیلتر EMC تاثیرات منفی را کم کند. علاوه براین به خاطر اضافه شدن تولیدات بیشتر L و ظرفیت C  ازفیلترهای دیگر فیلتر EMC بالانس نمی شود، غیرثبات خواهد شد و تاثیرات فیلترهای دیگر را غیرفعال می کند که باعث زنگ زدن یا نوسان های قدرت اینورتر می شود.

اگراضافه کردن فیلترها باعث مشکلات عملکرد شود، چگونه می توان از فیلترهای منفعل متصل به سری استفاده کنم، وقتی باید با EMI RFI سروکار داشته باشم و جریان فعلی را مرتبط با این هارمونیک قرار داد؟

برای حفظ مطابقت منبع مناسب معادل LISN و امپدانس خروجی قابل قبول برای فیلترهای EMC ترمینال های ورودی آن باید مستقیما به برق اصلی وصل شود. همه ی فیلترهای منفعل دیگر باید به خروجی فیلتر EMC متصل شوند، مگر این که فیلتر EMI با توپولوژی طراحی شود که از قرارگیری فیلترهای مختلف پشتیبانی کند.

برای اینورترهایی که دارای فیلترهای EMC است و در آن از یک راکتور یا فیلتر Mateix استفاده شده است، توصیه می شود درایوهای ساخته شده در فیلتر EMC را غیر فعال کنید یا از درایویی استفاده کنید که در آن از فیلتر EMC استفاده نشده باشد و یک فیلتر EMC جداگانه را به آن متصل کنید، ابزار همانطور که در بالا نشان داده شده است.

چه مکان هایی نیاز به حذف هارمونیک اینورتر است؟

کاهش هارمونیک اینورتر در برندهای مختلف از جمله اینورتر دلتا در مکان‌ ها و صنایع مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا هارمونیک‌ ها می‌ توانند مشکلات جدی در عملکرد سیستم‌ های برقی و تجهیزات الکتریکی ایجاد کنند. یکی از اصلی‌ ترین مکان‌ هایی که نیاز به حذف هارمونیک اینورتر دارند، کارخانه‌ ها و صنایع بزرگ است. در این صنایع، به دلیل استفاده از ماشین‌ آلات سنگین و سیستم‌ های برقی پیچیده، هارمونیک‌ ها می‌ توانند باعث کاهش کیفیت برق، آسیب به تجهیزات و افزایش هزینه‌ های نگهداری شوند. به‌ ویژه در موتورهای الکتریکی و پمپ‌ ها که معمولاً به اینورترها برای کنترل سرعت و مصرف انرژی متکی هستند، وجود هارمونیک‌ ها می‌ تواند باعث افزایش تلفات انرژی و کاهش کارایی دستگاه‌ ها گردد.

در سیستم‌ های تهویه مطبوع و سیستم‌ های سرمایش و گرمایش صنعتی نیز حذف هارمونیک‌ ها ضروری است، چرا که این سیستم‌ ها از اینورترها برای کنترل دقیق دما و فشار استفاده می‌ کنند و هارمونیک‌ ها می‌توانند به عملکرد بهینه آن ها آسیب بزنند. علاوه بر این، کاربردهای پزشکی مانند دستگاه‌ های تصویربرداری و تجهیزات پزشکی که نیاز به برق با کیفیت بالا دارند، نیز از دیگر مکان‌ هایی هستند که نیاز به حذف هارمونیک‌ ها دارند. در این مکان‌ ها، وجود هارمونیک‌ ها می‌ تواند بر دقت تجهیزات تاثیر منفی بگذارد و حتی باعث بروز مشکلات جدی در تشخیص بیماری‌ ها شود.

در کارخانه‌ های مواد شیمیایی و صنایع دارویی که نیاز به دقت بالا در کنترل فرآیندها دارند، هارمونیک‌ ها می‌ توانند تاثیر منفی بر کنترل دما و فشار در راکتورها و پمپ‌ ها بگذارند و کیفیت محصولات را تحت تاثیر قرار دهند. در مراکز داده و سیستم‌ های مخابراتی نیز حذف هارمونیک‌ ها ضروری است تا از نوسانات برق و مشکلات ناشی از آن جلوگیری شود، زیرا این سیستم‌ ها به برق پایدار و با کیفیت نیاز دارند تا داده‌ ها به درستی پردازش و ذخیره شوند. در نهایت، در ساختمان‌ های تجاری و مسکونی بزرگ که سیستم‌ های تهویه و برق‌ رسانی پیچیده‌ ای دارند، حذف هارمونیک‌ ها برای بهینه‌ سازی مصرف انرژی و جلوگیری از آسیب به تجهیزات برقی ضروری است. به طور کلی، حذف هارمونیک اینورتر در تمامی مکان‌ هایی که به تجهیزات برقی حساس و عملکرد دقیق نیاز دارند، اهمیت ویژه‌ ای دارد تا از مشکلات احتمالی جلوگیری و عملکرد سیستم‌ ها بهینه شود.

در نهایت کاهش هارمونیک‌ها برای عملکرد بهینه اینورترها اهمیت دارد

با توجه به مطالبی که در این مقاله به آن اشاره کردیم کاهش هارمونیک‌ ها برای عملکرد بهینه اینورترها از اهمیت بالایی برخوردار است. هارمونیک‌ ها می‌ توانند موجب اختلال در عملکرد سیستم‌ های برقی، افزایش تلفات انرژی، کاهش کیفیت برق و حتی آسیب به تجهیزات شوند. با کاهش این هارمونیک‌ ها، می‌ توان به بهبود کارایی، کاهش هزینه‌ های نگهداری و افزایش عمر مفید دستگاه‌ ها دست یافت. استفاده از تکنیک‌ ها و ابزارهای مناسب برای حذف هارمونیک‌ ها نه تنها به بهینه‌ سازی مصرف انرژی کمک می‌ کند، بلکه از بروز مشکلات در سیستم‌ های صنعتی و تجاری نیز جلوگیری می‌ نماید. به همین دلیل، توجه به کاهش هارمونیک‌ ها به عنوان یک نیاز اساسی برای حفظ کیفیت و بهره‌ وری سیستم‌ های برقی و اینورترها ضروری است.