Üçlü harmoniklerle şebeke problemlerini anlamak için öncelikle harmonik faz sırası ve üçüncü harmoniklerin kısa bir açıklamasını yapalım. Güç mühendisleri, 3 fazlı sistem davranışını tanımlamaya yardımcı olmak için geleneksel olarak simetrik bileşenler kullanmıştır. 3 fazlı sistem, analizi çok daha basit olan üç tek fazlı sisteme dönüştürülür.
Simetrik bileşenler yöntemi, yöntemin temel varsayımlarını ihlal etmemeye özen gösterilmesi koşuluyla, sistemin harmonik akımlara tepkisinin analizi için kullanılabilir.
Yöntem, herhangi bir dengesiz faz akımı (veya gerilim) setinin üç dengeli sete dönüştürülmesine izin verir.
Pozitif dizi seti, normal A-B-C faz dönüşüyle (örneğin, 0, -120, 120) birbirinden yer değiştirmiş 120 üç sinüzoid içerir. Negatif dizi kümesinin sinüzoidleri de yer değiştirir 120 , ancak zıt faz dönüşüne sahiptir (A-C-B, ör., 0, 120, −120). Sıfır dizisinin sinüzoidleri birbirleriyle aynı fazdadır (örneğin, 0, 0, 0).
Mükemmel dengeli 3 fazlı bir sistemde, harmonik faz sırası, harmonik sayısı h ile normal pozitif sıralı faz dönüşü çarpılarak belirlenebilir.
Örneğin, ikinci harmonik için h = 2, 2 × (0, −120, −120 ) veya negatif dizi olan (0, 120, −120 ) üretir. Üçüncü harmonik için h = 3, sıfır dizi olan 3 × (0, −120, −120 ) veya (0, 0, 0°) üretir. Diğer tüm harmonik düzenleri için faz sırası aynı şekilde belirlenebilir.
Güç sistemlerinde bozuk bir dalga biçimi yalnızca tek harmonik bileşenler içerdiğinden, yalnızca tek harmonik faz sırası dönüşleri aşağıda özetlenmiştir:
h = 1, 7, 13, … mertebesindeki harmonikler tamamen pozitif dizilerdir.
h = 5, 11, 17, … mertebesindeki harmonikler tamamen negatif dizidir.
Üçlüler (h = 3, 9, 15, …) tamamen sıfır dizidir.
Üçlü Harmonikler
Üçlü harmonikler, üçüncü harmoniğin tek katlarıdır (h = 3, 9, 15, 21, . . .). Özel olarak dikkate alınmayı hak ederler çünkü sistem yanıtı genellikle üçlüler için diğer harmoniklerden önemli ölçüde farklıdır.
Üçlüler, akımın nötrden aktığı topraklanmış wye (yıldız) sistemleri için önemli bir konu haline gelir.
İki tipik sorun, nötr ve telefon parazitini aşırı yüklemektir. Ayrıca, hattan nötr voltajı, nötr iletkendeki üçlü harmonik voltaj düşüşü tarafından kötü bir şekilde bozulduğu için hatalı çalışan cihazlar da duyulur.
Şekil 1'de gösterilen mükemmel dengelenmiş tek fazlı yüklere sahip sistem için, temel ve üçüncü harmonik bileşenlerin mevcut olduğu varsayımı yapılmıştır. N düğümündeki akımlar toplandığında, nötrdeki temel akım bileşenleri sıfır olarak bulunur, ancak üçüncü harmonik bileşenler, faz ve zamanla doğal olarak çakıştıkları için faz akımlarının üç katıdır.
Trafolarda Üçlü Harmonikler
Trafo sargı bağlantıları, tek fazlı doğrusal olmayan yüklerden üçlü harmonik akımların akışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Şekil 2'de iki durum gösterilmektedir. Y-delta trafosunda (üstte), yıldız tarafına giren üçlü harmonik akımlar gösterilmiştir.
Fazda oldukları için nötr eklerler.
Delta (Üçgen) sargı, akabilmeleri için amper-dönüş dengesi sağlar, ancak deltada sıkışıp kalırlar ve delta tarafındaki hat akımlarında görünmezler. Akımlar dengelendiğinde, üçlü harmonik akımlar tam olarak sıfır bileşen akımları gibi davranır, tam olarak oldukları şey budur.
Bu tip trafo bağlantısı, iletim beslemesine bağlı delta sargılı şebeke dağıtım trafo merkezlerinde en yaygın olarak kullanılır.
Trafonun her iki tarafında (altta) topraklanmış wye (yıldız) sargılarının kullanılması, dengeli üçlülerin alçak gerilim sisteminden yüksek gerilim sistemine engellenmeden akmasına izin verir.
Her iki tarafta da eşit oranda bulunacaklardır. Amerika Birleşik Devletleri'nde birçok yük bu şekilde servis edilir.
Bunun güç kalitesi analiziyle ilgili bazı önemli sonuçları şunlardır:
Uygulama #1 – Trafolar, özellikle nötr bağlantılar, yüksek üçüncü harmonik içeriğine sahip olan wye tarafında tek fazlı yüklere hizmet ederken aşırı ısınmaya karşı hassastır.
Uygulama #2 – Bir trafonun delta tarafındaki akımı ölçmek üçlüleri göstermez ve bu nedenle transformatörün maruz kaldığı ısıtma hakkında gerçek bir fikir vermez. Uygun izolasyon trafosu bağlantısı ile üçlü harmonik akımların akışı kesilebilir.
Uygulama #3 – Bir veya her iki Y sargısındaki nötr bağlantının kaldırılması, üçlü harmonik akımın akışını engeller. Amper-dönüş dengesine yer yoktur. Aynı şekilde, bir delta sargı hattan akışı engeller.
Üç ayaklı çekirdek trafoların "fantom" üçgen üçüncül sargıya sahip gibi davrandığına dikkat edilmelidir. Bu nedenle, yalnızca bir nötr noktası topraklanmış bir yıldız-yüzü, yine de o taraftan üçlü harmonikleri iletebilecektir.
Trafolarda üçlü harmonik akım akışı ile ilgili bu kurallar sadece dengeli yükleme koşulları için geçerlidir. Fazlar dengelenmediğinde, normal üçlü harmonik frekansların akımları beklenmeyen yerlerde çok iyi görünebilir.
Üçlü harmonikler için normal mod, sıfır diziler olmaktır. Dengesizlikler sırasında üçlü harmonikler de pozitif veya negatif dizi bileşenlerine sahip olabilir.
Bunun dikkate değer bir örneği, 3 fazlı bir ark ocağıdır. Fırın, Şekil 3'te gösterildiği gibi sıfır bileşen akımlarının akışını engellemek için neredeyse her zaman delta-delta bağlantılı bir trafo tarafından beslenir.
Üçüncü harmoniklerin sıfır dizilerle eşanlamlı olduğunu düşünen birçok mühendis, hat akımında büyük büyüklüklerde önemli miktarda üçüncü harmonik akımın bulunduğunu görünce şaşırır.
Bununla birlikte, hurda eritme sırasında fırın, akım taşıyan yalnızca iki elektrotla sıklıkla dengesiz bir modda çalışacaktır. Büyük üçüncü harmonik akımlar daha sonra bu iki fazda tek fazlı bir devre gibi serbestçe dolaşabilir.
Ancak, bunlar sıfır dizi akımları değildir. Üçüncü harmonik akımlar, eşit miktarlarda pozitif ve negatif dizi akımlarıdır. Ancak sistemin çoğunlukla dengeli olduğu ölçüde, üçlüler çoğunlukla açıklanan şekilde davranır.
Çentikleme Nedir?
Çentiklenme, akım bir fazdan diğerine değiştirildiğinde güç elektroniği cihazlarının normal çalışmasından kaynaklanan periyodik bir voltaj bozulmasıdır. Çentiklenme sürekli meydana geldiğinden, etkilenen voltajın harmonik spektrumu ile karakterize edilebilir.
Ancak, genellikle özel bir durum olarak kabul edilir. Çentik açma ile ilgili frekans bileşenleri oldukça yüksek olabilir ve normalde harmonik analiz için kullanılan ölçüm ekipmanı ile kolaylıkla karakterize edilemeyebilir.
Yukarıdaki Şekil 3, sürekli DC akımı üreten 3 fazlı bir dönüştürücüden voltaj çentiğinin bir örneğini göstermektedir. Çentikler, akım bir fazdan diğerine geçtiğinde meydana gelir. Bu süre zarfında, voltajı sistem empedanslarının izin verdiği kadar sıfıra yakın çeken iki faz arasında anlık bir kısa devre vardır.
Ark Ocağı Tesisleri için Harmonikler (Web Semineri)
Ark ocağı kurulumları, herhangi bir uygulamada en sıra dışı güç kalitesi sorunlarından bazılarına sahip olmasıyla ünlüdür.
Reaktif güç kompanzasyonu, bu tür bir tesiste birçok nedenden dolayı son derece önemlidir, ancak ark fırınının kendisinden kaynaklanan karakteristik olmayan harmonikler nedeniyle geleneksel çentik filtreleri kurmaktan daha karmaşık bir mesele olabilir.
