پاورآنالایزر

محاسبات و فرمولها

توان ظاهری در شبکه سه فاز:  

توان اکتیو شبکه سه فاز:

توان راکتیو شبکه سه فاز:

جریان خازن تک فاز: 

جریان خازن سه فاز :

توان خازن تک فاز:      

توان خازن سه فاز مثلث: 

هارمونیک ها

جهان امروز، نیازمند پروسه های اتوماتیک، سریعتر و قابل انعطاف تری است و این به منزله آن است که مدارات کنترلی باید هر چه بیشتر در دستگاهها نصب شوند. مدارات قدیمی با کنتاکتور کنترل می شدند حال آنکه امروزه کلیه کنترل ها توسط نیمه هادی ها صورت می گیرد. همچنین نیاز به منبع تغذیه دائمی در نقاط حساسی مثل بانکها، بیمارستان ها، مراکز حفاظتی و استفاده روز افزون از منابع تغذیه دائمی UPS را موجب شده است.

ویژگی اصلی قطعات نیمه هادی (مثل دیود- تریستور یا SCR، ترانزیستور، IGBT، GTO و...) تغییر شکل و فرم جریان است. شکل زیر دو نمونه جریان را به صورت بدون اتوجاج و با اعوجاج نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود. چنانچه توان مصرفی در هر دو بار یکسان باشد، جریان موثر دربار معوج به طرز محسوس بیشتر از بار صاف و بدون اعوجاج است.

محاسبات ریاضی (سری فوریه) اثبات کرده که یک موج غیر سینوسی متناوب، قابل تجزیه به امواج سینوسی با فرکانس های مضرب فرکانس اصلی موج است. به عبارت دیگر هر موج غیر سینوسی متناوب از جمع تعدادی موج سینوسی با فرکانس های موج اصلی و مضارب آن تشکیل می شود.

اندازه موج اصلی را بنا بر قرارداد و به عنوان پیش فرض 100% در نظر گرفته و دامنه بقیه بر مبنای آن و بصورت درصد بیان می شوند.

شکل موج دارای اعوجاج، به تنهایی اطلاعاتی در مورد هارمونیکها به دست نمی دهد، آنچه که طراح را در مورد آنالیز هارمونیک ها یاری می کند نمودار طیف هارمونیکها است.

دستگاههای اندازه گیری معمولی قادر به اندازه گیری هارمونیکها نیستند، اندازه گیری د سیستم های هارمونیک توسط دستگاههای True RMS قابل انجام است. همچنین اندازه گیری طیف فرکانسها توسط متخصصین و با استفاده از دستگاههای پاور آنالایزر انجام می گیرد.

مهمترین پارامتر اندازه گیری هارمونیکها THD است. THD که به صورت درصد بیان می شود. نسبت مجموع کلیه مولفه ها به مولفه اصلی است و رابطه آنها بشرح زیر می باشد:

عمومی ترین تولید کننده های هارمونیک

همانطور که ذکر شد بارهای غیر خطی تولید کننده هارمونیک هستند، شایع ترین تولید کننده های هارمونیک عبارتند از:

UPS

کنترل کننده دور موتورAC

کنترل کننده موتور DC

مبدل فرکانس

دیمر روشنایی

اینورتر

شارژر باتری

کوره قوسی

دستگاه جوش قوسی

دستگاه جوش مقاومتی

بالاست الکترونیکی

منبع تغذیه سوئیچینگ

کوره القائی

خطرات هارمونیک برای خازن ها وراه مقابله با آن

با توجه به رابطه جریان خازن (  مشاهده می شود که در شرایط ولتاژ یکسان، افزایش فرکانس به افزایش جریان خازن منتهی می شود به عنوان مثال چنانچه دامنه ولتاژ هارمونیک پنجم 5% مولفه اصلی ولتاژ باشد، جریانی که در اثر این هارمونیک از خازن کشیده می شود 25% دامنه جریان اصلی است. بنابراین وجود هارمونیک ها در شبکه، صدمه جدی به خازنها وارد می کنند.

بهترین راه جلوگیری از آسیب های وارده به خازن در سیستم های هارمونیکی نصب راکتور به طور سری با خازن است.

نصب راکتور بصورت سری با خازن، فرکانس رزونانس هر شاخه خازن را به مقدار دلخواه کاهش می دهد. این فرکانس بسته به هارمونیکها و اندازه آنان، جایی تنظیم می شود که بهترین نوع فیلترینگ صورت پذیرد. ترکیب سلف و خازن در فرکانسهای بالاتر از فرکانس رزونانس (fr) خاصیت سلفی و در فرکانسهای پائین تر، خاصیت خازنی خواهد داشت. بنابراین اصلاح ضریب درت در فرکانس اصلی انجام می گیرد بدون آنکه فرکانس های بالاتر مزاحم کار خازن باشد.

انتخاب فرکانس رزونانس سری و ولتاژ خازن در شبکه های مختلف هارمونیکی

در حالت نصب خازن بصورت سری با راکتور، ولتاژ اعمالی به خازن برابر خواهد بود با:

بنابراین باید به این نکته توجه نمود که ولتاژ نامی خازن مورد استفاده در مدارات راکتور دار همیشه بیشتر از ولتاژ نامی شبکه خواهد بود. برای رسیدن به فرکانس تشدید طراحی شده، حتما باید از خازنی استفاده کرد که ظرفیت آن روی راکتور ثبت شده و یا در کاتالوگ آن ذکر شده است.

تکنولوژی ساخت خازن با فیلم های پلی پروپیلن متالیزه

استفاده از فیلمهای پلاستیک با ضخامت های بسیار کم (4 تا 12 میکرون) به عنوان عایق الکتریکی، تحول بزرگی از نظر فنی و اقتصادی در ساخت خازنهای فشار ضعیف ایجاد کرده است.

ضخامت بسیار پائین این فیلمها موجب کاهش مواد مصرفی، حجم، وزن و قیمت خازن شده است.

کنتاکتور 

ماهیت اکتریکی خازن، در لحظه سوئیچینگ اتصال کوتاه است به عبارت دیگر هنگام وصل به شبکه، جریان هجومی بسیار بزرگی از خازن عبور می کند. این جریان علاوه بر تاثیرات تخریبی روی خازن باعث خال زدن و در بعضی موارد جوش خوردن پلاتین های کنتاکتور می شود و خرابی پلاتین های کنتاکتور، خود اثر تخریبی مضاعف بر روی خازن دارد. همچنین هنگام وصل خازن به مدار، خازنهای دیگری که قبلاً وارد مدار شده اند، در یک لحظه در خازن جدید تخلیه شده و جریان بزرگی به صورت لحظه ای پدید می آید.

موارد کاربرد

بانکهای اتوماتیک خازنی سری PAB/C1 در جهت اصلاح ضریب قدرت شبکه فشار ضعیف در موارد زیر اسفتاده میشود:

*کارخانجات بزرگ

*کارگاههای کوچک

*مصرف کننده های تجاری و فروشگاهها

*هتلها

*ساختمان های اداری

*مجتمع های مسکونی و تجاری

*بیمارستانها

مزایا

هوشمند بودن رگولاتور باعث پخش بار بین پله های مختلف شده و از فشار روی یک پله کاسته می شود.

*قابلیت نشان دادن جریان، ولتاژ، ضریب قدرت، توان پله اول، مقدار بار راکتیو مورد نایز روی صفحه نمایش رگولاتور.

*دارای هشدارهای افزایش یا کاهش ولتاژ و جریان و همچنین اصلاح ضریب قدرت بیشتر از حد تعیین شده با وجود خروج کلیه پله ها از مدار و کمتر ازحد تعیین شده با وجود وارد شدن کلیه پله ها به مدار

* استفاده از کنتاکتور خازنی که باعث کاهش جریان لحظه وصل خازن و در نتیجه افزایش طول عمر آن می شود.

*نصب ساده و مستقل از معکوس بستن فازها یا ترانس جریان

انتخاب ظرفیت خازن بر مبنای موتور

موتورهای تک فاز

ظرفیت و ولتاژ خازن مورد نیاز در موتورهای تک فاز فقط به دور و گشتاور مطلوب بستگی ندارد، بلکه بیشتر از همه موارد به ساختمان موتور وابسته است. بنابراین روش خاصی جهت محاسبه دقیق خازن مورد نیاز وجود ندارد و می بایست به توصیه های سازندگان موتور عمل نمود.

با این حال جدول زیر(که با احتساب اکثریت موتورهای موجود تهیه شده) راهنمایی برای انتخاب حدود ظرفیت خازنی است:

موتورهای سه فاز با تغذیه تک فاز

خازنهای روشنایی

موارد استفاده

تمام لامپهای تخلیه گازی (فلورسنت، بخار جیوه، بخار سدیم، هالوژن و انواع مشابه) برای روشن شدن نیاز به یک چوک یا ترانسفورماتور دارند. با توجه به ماهیت سلفی چوک ها و ترانسفورماتورها، ضریب قدرت در مدارات این لامپها پائین بوده وجریان زیادی در آن کشیده می شود. اصلاح ضریب قدرت با افزودن یک خازن مناسب به مدار انجام می گیرد.

خازنها می توانند به دو صورت موازی و سری در مدار چراغای روشنایی قرار بگیرند. جبران سازی موازی (قراردادن خازن به صورت موازی با شبکه) بیشتر از روش سری مورد استفاده قرار می گیرد زیرا:

اولاً: مدار الکتریکی بسیار ساده تر است.

ثانیاً: فقط ولتاژ برق شهر روی خازن قرار می گیرد.

ثالثاً: در صورت خرابی و یا قطع خازن، مدار لامپ به کار خود ادامه می دهد.

به دلیل ضعیف بودن تهویه هوا در چراغهای روشنایی و نزدیکی خازن به منبع حرارت، خازن به مدت طولانی در معرض دمای بالا قرار خواهد گرفت و بنابراین خازنی که درچنین مداری قرار می گیرد، باید تحمل حرارتی خوبی را داشته باشد.