در سیستم های الکتریکی مدرن، استفاده از بارهای غیرخطی مانند درایوهای کنترل سرعت، یکسوسازها و کوره های القایی به شدت افزایش یافته است. این تجهیزات باعث ایجاد جریان های غیر سینوسی در شبکه می شوند که اصطلاحا هارمونیک نام دارند. هارمونیک ها مضرب هایی از فرکانس اصلی سیستم هستند و چالش های فنی متعددی مانند افزایش تلفات، کاهش طول عمر قطعات و تداخلات مغناطیسی ایجاد می کنند. فیلتر هارمونیک چیست و چرا صنایع به آن نیاز دارند؟ این دستگاه به عنوان یک رابط الکترومغناطیسی عمل می کند تا نویزهای فرکانس بالا را از ورودی جریان متناوب حذف کند. استفاده از هارمونیک فیلتر برای حفظ پایداری سیستم های قدرت و بهبود کیفیت توان یک ضرورت انکارناپذیر در مهندسی برق به شمار می رود.

 

 

فیلتر هارمونیک چیست و بررسی عملکرد آن

در پاسخ به این سوال که هارمونیک فیلتر چیست باید گفت این تجهیز با ایجاد یک مسیر با امپدانس بسیار کم، جریان های هارمونیک ناخواسته را به سمت زمین هدایت می کند. این فرآیند از ورود اعوجاج ها به بقیه شبکه جلوگیری می نماید. بارهای غیرخطی مانند تجهیزات الکترونیکی قدرت، ولتاژ خط AC را به DC تبدیل می کنند و در این مسیر باعث تزریق هارمونیک به سیستم می شوند.

فرکانس های هارمونیک موج سینوسی اصلی را تغییر می دهند و قدرت الکتریکی را مخدوش می کنند. فیلترهای هارمونیک در فرکانس پایه به صورت خازنی عمل می کنند که این ویژگی علاوه بر حذف هارمونیک، به اصلاح ضریب توان و تامین توان راکتیو نیز کمک می کند.

 

فیلتر هارمونیک چیست

 

عوامل ایجاد کننده هارمونیک در سیستم های برق

هارمونیک ها نتیجه مستقیم عملکرد دستگاه های سوئیچینگ الکترونیکی هستند. منابع اصلی تولید این اختلالات شامل موارد زیر می شوند:

  • درایوهای فرکانس متغیر (VFD) و کنترل سرعت موتورها.
  • منابع تغذیه کامپیوترها، پرینترها و تجهیزات اداری.
  • سیستم های روشنایی کم مصرف و لامپ های ال ای دی.
  • یو پی اس ها و شارژرهای باتری.
  • ادوات صنعتی سنگین مانند دستگاه های جوشکاری و کوره های القایی.

این بارها جریان را به صورت پالس های ناگهانی از شبکه می کشند که باعث کج و معوج شدن شکل موج ولتاژ می شود. شدت این اختلال را با شاخصی به نام THD یا مجموع اعوجاج هارمونیکی اندازه گیری می کنند.

 

انواع فیلتر هارمونیک

 

انواع فیلتر هارمونیک در صنعت

طراحان سیستم های الکتریکی بر اساس نوع بار و سطح ولتاژ، از انواع فیلتر هارمونیک استفاده می کنند. این فیلترها به طور کلی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

1. فیلتر هارمونیک پسیو (غیر فعال)

این نوع فیلتر از قطعات معمولی مانند سلف، خازن و مقاومت ساخته می شود. فیلترهای پسیو به گونه ای طراحی می شوند که در یک فرکانس خاص دچار تشدید سری شوند و امپدانس بسیار کمی برای آن هارمونیک ایجاد کنند تا آن را جذب نمایند. این تجهیزات در چهار مدل فیلتر بالاگذر، فیلتر سری، فیلتر نوع C و فیلتر میان گذر تولید می شوند. فیلترهای پسیو به دلیل قیمت پایین تر و ساختار ساده تر، در صنایع کاربرد گسترده ای دارند.

2. فیلتر هارمونیک اکتیو (فعال)

فیلترهای اکتیو از قطعات نیمه هادی پیشرفته مانند IGBT و ماسفت بهره می برند. این دستگاه ها مانند یک سیستم حذف نویز عمل می کنند؛ به این صورت که شکل موج هارمونیک را شناسایی کرده و جریانی با فاز کاملا مخالف به خط تزریق می کنند تا هارمونیک ها را خنثی کنند. فیلترهای اکتیو انعطاف پذیری بالایی دارند و می توانند چندین مرتبه هارمونیک را به صورت همزمان حذف کنند.

3. فیلتر ترکیبی یا هیبرید

این راهکار ترکیبی از مزایای فیلترهای پسیو و اکتیو را در یک سیستم واحد ارائه می دهد. فیلتر پسیو وظیفه حذف هارمونیک های مرتبه پایین و اصلاح ضریب توان را بر عهده دارد، در حالی که بخش اکتیو هارمونیک های مرتبه بالاتر را با دقت زیاد حذف می کند.

 

هارمونیک فیلتر چیست

 

مزایای استفاده از فیلتر هارمونیک چیست

نصب یک هارمونیک فیلتر مناسب در شبکه برق صنعتی مزایای فنی و اقتصادی فراوانی به همراه دارد. برخی از مهم ترین این مزایا عبارتند از:

  • کاهش حرارت تجهیزات: هارمونیک ها باعث داغ شدن بیش از حد ترانسفورماتورها، کابل ها و موتورها می شوند که فیلتر با حذف آن ها، دمای تجهیزات را کاهش می دهد.
  • افزایش طول عمر خازن ها: جریان های هارمونیک فشار زیادی به بانک خازنی وارد می کنند و باعث خرابی زودرس آن ها می شوند؛ فیلترها از این آسیب جلوگیری می کنند.
  • جلوگیری از قطع ناخواسته کلیدها: اعوجاج هارمونیکی باعث عملکرد نامنظم تجهیزات حفاظتی و تریپ بی دلیل فیوزها و مدارشکن ها می شود.
  • بهبود ضریب توان: فیلترهای هارمونیک با تامین توان راکتیو، ضریب توان سیستم را اصلاح کرده و هزینه قبض برق را کاهش می دهند.
  • حذف لرزش و نویز: وجود هارمونیک باعث ایجاد لرزش در موتورها و نویز صوتی در ترانسفورماتورها می شود که فیلتر این مشکلات را برطرف می کند.

 

فیلتر هارمونیک چیست

 

کاربرد فیلتر هارمونیک در صنایع مختلف

استفاده از این تجهیزات در هر مکانی که بارهای حساس یا غیرخطی بزرگ وجود دارد، حیاتی است. صنایع اصلی که از این فناوری بهره می برند شامل موارد زیر است:

  • صنعت نفت و گاز: در خطوط انتقال نیرو و دکل های حفاری که از درایوهای AC بزرگ استفاده می کنند، فیلترها بازدهی سیستم را تضمین می کنند.
  • معادن: دستگاه های حفاری و سنگ شکن های بزرگ به دلیل تغییرات مداوم فرکانس، به فیلتر نیاز مبرم دارند.
  • تاسیسات آب و فاضلاب: پمپ های بزرگ و سیستم های تصفیه که بخش بزرگی از برق شهری را مصرف می کنند، برای بهینه سازی انرژی از فیلتر استفاده می نمایند.
  • ساختمان های تجاری: در برج های اداری برای جلوگیری از اختلال در عملکرد کامپیوترها، سرورها و سیستم های تهویه مطبوع (HVAC)، نصب فیلتر ضروری است.
  • انرژی های تجدیدپذیر: در نیروگاه های خورشیدی و بادی، فیلترها هارمونیک های ناشی از اینورترهای قدرت را کنترل می کنند.

اهمیت فیلتر هارمونیک در بانک خازنی چیست

در بسیاری از کارخانه ها، بانک خازنی برای جبران توان راکتیو نصب می شود. اما وجود هارمونیک در شبکه می تواند باعث ایجاد پدیده رزونانس یا تشدید شود. در حالت رزونانس، جریان و ولتاژ به شدت بالا می روند و ممکن است باعث انفجار خازن ها یا آتش سوزی الکتریکی شوند. برای حل این مشکل، سلف ها یا راکتورهایی را به صورت سری با خازن ها متصل می کنند که به آن فیلتر دتیون می گویند. این ترکیب باعث می شود سیستم در فرکانس های بالا خاصیت القایی پیدا کند و از تشدید جلوگیری شود.

نکات مهم در طراحی و انتخاب فیلتر

انتخاب صحیح فیلتر نیاز به آنالیز دقیق شبکه و اندازه گیری هارمونیک های ولتاژ و جریان دارد. طراحان باید به مرتبه هارمونیک غالب (معمولا هارمونیک پنجم و هفتم) توجه کنند. برای مثال، اگر هارمونیک پنجم در سیستم غالب باشد، فیلتر را برای فرکانسی کمی پایین تر از آن (مثلا 189 هرتز) تنظیم می کنند تا پایداری سیستم حفظ شود. همچنین در هنگام نصب فیلترهای پسیو در تابلو برق، باید به گرمای تولید شده توسط راکتورها توجه کرد و از فن های خنک کننده مناسب استفاده نمود.

 

هارمونیک فیلتر

 

خرید تجهیزات برق صنعتی از شرکت نیکسان

انتخاب تجهیزات باکیفیت در حوزه برق صنعتی و اتوماسیون، تضمین کننده پایداری خطوط تولید و ایمنی تاسیسات است. فروشگاه نیکسان به عنوان مرجع تخصصی تامین تجهیزات برق صنعتی، طیف کاملی از محصولات مورد نیاز صنایع را فراهم می کند. در نیکسان می توان انواع فیلتر هارمونیک، خازن های سه فاز، رگولاتورهای هوشمند و کنتاکتورهای خازنی را از معتبرترین برندهای جهانی تهیه کرد.

علاوه بر تجهیزات بانک خازنی، شرکت نیکسان انواع درایوها، سافت استارترها، کلیدهای اتوماتیک (MCCB)، کلیدهای هوایی (ACB) و تجهیزات حفاظتی مانند محافظ جان و کنترل فاز را به مشتریان ارائه می دهد. مهندسان و صاحبان صنایع می توانند برای دریافت مشاوره فنی و انتخاب بهترین راهکار برای حذف هارمونیک و بهبود کیفیت توان سیستم های خود، به تخصص و تجربه تیم نیکسان اعتماد کنند. نیکسان با تضمین اصالت کالا و ارائه محصولات با تکنولوژی روز، انتخابی مطمعن برای بهینه سازی سیستم های برق و کنترل در سراسر کشور محسوب می شود.

سوالات پرتکرار درباره اینکه فیلتر هارمونیک چیست

این تجهیزات اعوجاج ولتاژ و جریان را کاهش می دهند، از آسیب به تجهیزات حساس جلوگیری می کنند و هزینه های ناشی از تلفات انرژی و جریمه های توان راکتیو را از بین می برند.

فیلتر پسیو از قطعات ساده مانند سلف و خازن ساخته می شود و برای حذف فرکانس های مشخصی طراحی می گردد، اما فیلتر اکتیو با استفاده از قطعات الکترونیک قدرت، جریان های مخالف هارمونیک را تزریق کرده و با تغییرات بار به صورت هوشمند منطبق می شود.

بله، این فیلترها با حذف جریان های واکنشی و هارمونیک، تلفات حرارتی در کابل ها و ترانسفورماتورها را کاهش داده و با اصلاح ضریب توان، راندمان کلی سیستم را بالا می برند که منجر به کاهش مبلغ قبض برق می شود.