مفهوم اعوجاج هارمونیک کل (THD)
اعوجاج هارمونیک کل یا THD ، هنگام ارزیابی کیفیت توان و راندمان در سیستم های الکتریکی بسیار مهم است. THD سطح اعوجاج در شکل موج ناشی از حضور هارمونیک ها را اندازه گیری می کند و با ضریب توان (Power Factory) ارتباط مستقیمی دارد. به طور کلی، THD کمتر به معنای ضریب توان بالاتر و راندمان بالاتر است. در محصولات الکتریکی، به ویژه روشنایی، ضریب توان بیشتر از 0.9 به این معنی است که درصد THD در آن محصول بسیار کم است و میتوان از آن چشمپوشی کرد.
پیشنهاد می کنیم مقاله مربوط به واحد های اندازه گیری نور را مطالعه فرمایید.
اعوجاج هارمونیک کل یا THD چیست؟
اعوجاج هارمونیک کل یا THD (Total Harmonic Distortion) واحدی برای اندازه گیری سطح اعوجاج در شکل موج ناشی از حضور هارمونیک ها است. THD نسبت مولفه هارمونیک کل به شکل موج اساسی است که به صورت درصدی بیان می شود و نمایانگر این است که یک شکل موج چقدر با یک موج سینوسی مطابقت دارد. هر چه مقدار THD کمتر باشد، کیفیت موج سینوسی بهتر است و تاثیر منفی و اتلاف انرژی کمتری روی شبکه برق دارد. طبق استاندارد، بهتر است این عدد کمتر از 10 درصد باشد.
هارمونیک چیست؟
امروزه، بسیاری از دستگاه های الکتریکی، از جمله درایورهای منابع LED، با مدارهای الکترونیکی ساخته می شوند که جریان پیوسته را از شبکه نمی گیرند، بلکه پالس های کوتاهی دارند. این منجر به موجی می شود که دیگر سینوسی نیست و شکل نامنظمی دارد.
هارمونیک ها مضرب های بالاتر از فرکانس موج اصلی (ولتاژ یا جریان الکتریکی) هستند که می توانند منجر به شکل موجی تحریف شده با قله ها و فرورفتگی های نامنظم شوند و بر اثر بارهای غیرخطی (nonlinear loads) در شبکه قدرت تولید میشوند. به عنوان مثال، اگر فرکانس پایه 50 هرتز باشد، فرکانس مرتبه دوم 100 هرتز، مرتبه سوم 150 هرتز و مرتبه چهارم 200 هرتز است.
اثرات هارمونیک:
هارمونیک های ایجاد شده توسط بارهای غیر خطی می توانند باعث تلفات در ترانسفورماتورها، موتورها، خطوط انتقال، و همچنین اختلال در عملکرد سیستم های کنترل و حفاظت شوند.
بار خطی و غیر خطی چیست؟
اگر به باری ولتاژ سینوسی بدهیم و جریان بار نیز سینوسی باشد، به آن "بار خطی" گفته می شود. در بار غیر خطی برخلاف بارهای خطی، اگر ولتاژ سینوسی اعمال شود، جریانشان غیر سینوسی خواهد بود. این بدین دلیل است که در منابع تغذیه بارهای غیر خطی از ادوات اکتیو (نیمه هادیهایی مثل دیود، تریستور، IGBT یا ماسفت و...) به جای قطعات پسیو (مقاومت، سلف یا خازن) استفاده شده است.
بارهای غیر خطی شامل کامپیوتر، پرینتر، اسکنر، تلویزیون، مایکروویو، شارژر موبایل، لامپهای کم مصرف، UPS، درایورها، اینورترها، مبدلهای AC/DC، و بسیاری دیگر از لوازم و ادوات اطراف ما می باشند.
مفهوم اعوجاج هارمونیک کل یا THD
اعوجاج هارمونیک کل یا THD زمانی بهتر درک می شود که یک سیستم قدرت با ساده ترین قسمت های آن (منبع برق و بار) همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، تعریف شود:
از آنجایی که بار بر مصرف جریان روی یک سیستم تاثیر می گذارد، کیفیت توان سیستم نیز اغلب بسته به نوع بار تحت تاثیر قرار می گیرد. بارها می توانند خطی یا غیر خطی باشند. یک بار خطی جریانی را می کشد که ماهیت سینوسی دارد و دارای انتقال جریان و ولتاژ صاف است، بنابراین به طور کلی شکل موج را همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود، مخدوش نمی کند:
بسیاری از لوازم خانگی مانند آبگرمکن برقی، اتو و لامپ های رشته ای دارای بارهای مقاومتی هستند که نسبتا خطی هستند.
دستگاه های غیر خطی که از دیودها و SCR (یا تریستورها) استفاده می کنند، یک بار غیر خطی به منبع انرژی وارد می کنند که همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید باعث ایجاد اعوجاج های زیادی در شکل موج منبع می شوند:
محاسبه THD:
هارمونیک ها دارای فرکانس می باشند که به عنوان مضرب صحیح برای فرکانس اصلی در نظر گرفته می شوند. به عنوان مثال، اگر فرکانس پایه 50 هرتز باشد، فرکانس مرتبه دوم 100 هرتز، مرتبه سوم 150 هرتز و مرتبه چهارم 200 هرتز است. اعواج هارمونیک کل (THD) که نشان دهنده ای درجه ای انحراف یک شکل موج از شکل موج سینوسی خالص می باشد از جذر مجموع مجذور اجزای هارمونیک تقسیم بر ولتاژ RMS فرکانس اساسی محاسبه می شود. این مقدار به صورت درصدی از ولتاژ اصلی بیان می شود. زمانی که هارمونیک موج سینوسی صفر است یعنی هیچ خطایی در آن وجود ندارد.
THD در چراغ های ال ای دی:
چراغ های LED که به علت مصرف پایین و نور فراوان، از پرکاربردترین محصولات روشنایی حال حاضر هستند، از نظر میزان THD مقررات سخت گیرانهای برای آنها وضع شده است. چراغ های ال ای دی توسط درایور ها تغذیه می شوند که از بارهای خیر خطی هستند و دارای یک پل دیودی برای تصحیح سیگنال ورودی AC و تبدیل به DC برای مصرف LED ها می باشند. عملکرد سوئیچینگ این پل های دیودی یک جریان هارمونیک تولید می کند که در نهایت موج سینوسی را مخدوش می کند و باعث ایجاد THD می گردد.
کلیه درایور های استفاده شده در چراغ های LED نورانه ار برند های معتبر اروپایی هستند که دارای THD کمتر از 10 می باشند.