کاهش هارمونیک در اینورتر

وجود هارمونیک در اینورترها یکی از اصلی ترین چالش‌های استفاده از درایوهای سرعت متغیر می‌باشد. اینورترها به دلیل ماهیت سوئیچینگ و تبدیل جریان برق  متناوب به مستقیم یا به عبارت دیگر AC  به DC تبدیل دوباره‌ آن به برق متناوب با فرکانس متغیر باعث به وجود آمدن اعوجاج می‌شوند. این اعوجاج‌ها در صنعت برق با نام هارمونیک شناخته می‌شود. کنترل هامورنیک تولید شده توسط  اینورتر بسیار مهم عدم کنترل این بخش می‌تواند آسیب‌های زیادی را به شبکه برق ، تجهیزات جانبی و حتی خود اینورتر وارد کند. به همین مبحث کاهش هارمونیک در اینورترها اهمیت بسیار بالایی دارد و یک فرآیند بسیار تخصصی که باید توسط افراد ماهر در این حوزه انجام شود.

آشنایی بیشتر با هامونیک اینورتر

در حقیقت هارمونیک به مولفه‌های از جریان و ولتاژ گفته می‌شود. فرکانس این مولفه‌ها مضرب صحیحی از فرکانس اصلی می‌باشد و این یعنی اگر فرکانش اصلی ما برابر با 50 هرتز باشد هارمونیک اول برابر با 100 هرتز و هارمونیک دوم برابر با 150 هرتز این روند به همین صورت ادامه پیدا می‌کند. حضور این هارمونیک‌ها و مولفه‌های اضافی باعث می‌شود که شکل موج جریان و ولتاژ خالص و یک دست نباشد. اصلی ترین تولید کننده هارمونیک در اینورترها کلیدهای نیمه هادی IGBT و MOSFET می‌باشند. هر باری این کلیدها عملیات سوئیچینگ را انجام می‌دهند یک مولفه هارمونیک جدید ایجاد می‌کنند. در صورتی که این هارمونیک‌ها به شکل فزآینده‌ای افزایش پیدا کنند می‌توانند شکل موج اصلی ما را با تغییراتی اضافی همراه کنند.

آثار مخرب هارمونیک در اینورتر

وجود هارمونیک و آثار مخرب آ ن در سیستم قدرت تنها یک پدیده تئوری نیست. این مولفه کاملا آثاری ملموس و جدی به همراه دارد. هارمونیک با گرم شدن بیش از حد تجهیزات ، کاهش راندمان سیستم ، تداخل الکترو مغناطیسی ، افت کیفیت توان ، آسیب به بانک خازنی و افزایش جریان نول و ارت خود را به نمایش می‌گذارد. برای مقابله با اثرات منفی هارمونیک راهکارهای مختلفی وجود دارد. این روش‌ها به پارامترهای متنعوعی مانند کاربرد ، توان و حساسیت سیستم بستگی دارد. اما به صورت کلی آثار مخرب هارمونیک در اینورتر را می‌توان به دو روش سخت افزاری و نرم افزاری از بین برد. در ادامه بیشتر با این روش‌ها آشنا می‌شویم.

فیلتر هارمونیکی

یکی رایج ‌ترین و یهتر راه‌ها استفاده از فیلترهای هارمونیکی می‌باشد. این فیلترها به شکل چشمگیری آثار منفی هارمونیک را از بین می‌برند. این نوع از فیلترها می‌توان به صورت فعال Active و غیرفعال یا Passive باشند انتخاب نوع این فیلترها با توجه به پارامترهای موجود و نیاز سیستم انتخاب می‌شوند. فیلترهای غیر فعال یا Passive ترکیبی از سلف ، خازن و مقاومت هستند. این نوع از فیلترها به دلیل ساختار ساده‌ای که دارند در بعضی از سیستم‌ها کاربرد دارند. در مقابل فیلترهای فعال یا Active از مدارات الکترونیکی قدرت تشکیل شده‌اند و به صورت دینامیکی این مولفه‌های هارمونیکی را شناسایی و حذف می‌کنند. اگر چه استفاده از این نوع فیلتر هزینه بیشتری دربردارد ولی در مقابل عملکرد بسیار دقیق و کاربری از خود به نمایش می‌گذارد.

راکتور خطی

اضافه کردن یا استفاده از یک راکتور خطی در ورودی اینورتر باعث می‌شود که جریانی که از شبکه کشیده می‌شود تا حدود بسیار زیادی صاف یا از بین برود. این راکتور مانند یک فیلتر ابتدایی عمل می‌کند و اثرات مخرب هارمونیک را حد مطلوبی کاهش می‌دهد. این راهکار در بسیاری از صنایع به عنوان یک راهکار ساده و کم هزینه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاهش هارمونیک با ترانسفورماتور چند پالس

یکی دیگر از روش‌هایی که باعث کاهش آثار مخرب هارمونیک در سیستم‌ می‌شود استفاده از ترانسفورماتور یا مبدل‌های چند پالسه می‌باشد. در این روش چند ترانسفورماتور با اختلاف فازی مشخص تغذیه می‌شوند. ایجاد این اختلاف باعث می‌شود برخی از هارمونیک‌ها در هنگام خروج با هم برخورد داشته و یکدیگر را خنثی کنند. البته باید گفت که این روش به تجهیزات جانبی و اضافی نیز احتیاج دارد اما در شبکه‎های پرتوان بسیار کاربردی می‌باشد.

تکنیک مدولاسیون برای کاهش هارمونیک

استفاده از روش‌های مدولاسیون بسیار می‌تواند در کاهش این هامونیک‌ها به سیستم اتوماسیون شما کمک کند. این روش بسیار نقش مهمی در شکل موج خروجی شما ایفاء می‌کند. به عنوان مثال مدولاسیون پهنای پالس در انواع مختلف خود به راحتی می‌تواند هارمونیک سیستم شما را کاهش دهد. به عنوان مثال استفاده از مدولاسیون PWM سینوسی باعث می‌شود طیف هارموینکی به سمت فرکانس‌های بالاتر حرکت کند با این کار تاثیر هارمونیک‌های پایین مرتبه به مراتب کمتر می‌گردد. در مقابل استفاده از مدولاسیو فضایی راندمان و کیفیت بسیار بالاتری را به ما ارائخ می‌دهد. در ضمن کیفیت شکل موج این مدولاسیون نسبت به  SPWM بهتر می‌باشد. البته باید به این نکته توجه داشته باشید که استفاده از فرکانس سوئچینگ متغیر نیز می‌تواند از تجمع هارمونیک‌ها در یک فرکانس خاص جلوگیری کند.

استفاده فیلتر خروجی موتور

برای اینکه هارمونیک‌‎های اعمال شده به موتور را کاهش دهیم می‌توانیم از فیلترهایی مانند فیلتر سینوسی استفاده کنیم. این فیلتر شکل موج ولتاژ را به شکل سینوسی نزدیک می‌کند. این امر باتعث کاهش تلفات موتورهای الکتریکی می‌شود. همچنین باعث بالا رفتن طول عمر موتور و تجهیزات شما می‌شوند.

رویکرد چندلایه برای کاهش هارمونیک در اینورتر

برای رسیدن به کیفیت توان مناسب باید از رودیکرد و روش چندلایه فیلترها در سیستم اتوماسیون خود استفاده کنیم. در بسیاری از صنایع از این فیلترها در بخش‌های مختلف سیستم به صورت همزمان استفاده می‌کنند. این رویکرد چند لایه باعث می‌شود در نهایت خروجی توان مناسب با فرآیند سیستم خود با حداقل هارمونیک را داشته باشید. در استفاده از این روش باعث می‌شود دیگر نیازی به تجهیزات گران قیمت نداشته باشید. در ضمن آموزش درایو بسیار می‌تواند در کاهش این هارمونیک‌ها به شما کمک کند.

جمع بندی

اینورترها به دلیل ساختار سوئچینگی که دارند به صورت ذاتی تولید کننده هارمونیک‌ها در سیستم اتوماسیون هستند. همان طور که پیشتر نیز پرداختم این امر یک چالش بسیار بزرگ برای صنایع گوناگون می‌باشد. برای مقابله با این فرآیند مخرب در این مقاله به بعضی از آن اشاره کردیم. این راه‌های جلوگیری باید توسط افراد متخصص این حوزه انتخاب و اجراء شود. کاهش هارمونیک نه تنها از تجهیزات صنعتی محافظت می‌کند بلکه می‌تواند باعث افزایش راندمان کاری و بهبود بهره‌وری نیز شود. برای دریافت اطلاعات بیشتر و خرید اینورتر می‌توانید با کارشناسان ما در نیک صنعت در ارتباط باشید.