POWER QUALITY HARMONICS

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&E د

23/3/20111

جودة التغذية الكهربائية

التوافقيات

Dr. Sabah Elmasarawy

Egyptian Technology Systems

التوافقيات HARMONICS

المعصراوي/ 23/3/2011 صباح 23/3/2011الى 22/3للفترة KEC&E د 2

وله األوجه ثالثي هو الكهرباء توليد محطات في المنتج الجهد: التالية الخواص

صافية- 1 جيبية pure sinusoidalموجة

محددة- 2 Specified Valueقيمة

ومحدد- )3 واحد / 50تردد ث /60أو ذ ث One and Fixed (ذFrequency

الطور- 4 وزاوية القيمة حيث من الثالثة األوجه جهود اتزان

Balanced 3-phases

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&E د

23/3/20113

ωt

النظام جهد موجات شكلاألوجه الثالثي

120º 120º

في التوافقيات تظهر لماذاالكهربائية؟ الشبكة

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/20114

: نوعان الشبكة في األحمال

خطيةlinear – الجهد موجة شكل نفس التيار موجة شكل فيهاالتشبع لحالة الوصول بدون الملفات المكثفات، المقاومات،

. حديدي قلب على الملفوفة حالة في

خطية شكل nonlinearغير يطابق ال التيار موجة شكل فيها – .) القوى، ) الكترونيات دوائر الموجة شكل تشوه الجهد موجة

المحتوية األجهزة الكهربائي، القوس أفران التفريغ، مصابيح. الكترونية دوائر على

لموج اتأمثلة

جيبية غير

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/20115

المشوهة الموجة تحليل

المعصراوي/ 23/3/2011 صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد23/3/2011

6

المشوهة Fourier Analysisباستخدام الموجة نمثل أن يمكن: اآلتي بمجموع

مستمرة - DCقيمة

الشبكة - تردد يساوي ترددها أساسية جيبية موجة

لتردد - الصحيحة المضاعفات يساوي ترددها جيبية موجاتالموجة عن ازاحة زاوية منها ولكل األساسية الموجة

التوافقيات. تسمى الموجات وهذه Harmonicsاألساسية

2110 (sin)(sin)

hhh thItItiti

في التوافقيات سريانالكهربائية الشبكة

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/20117

Zs Z1Z2

vp1 vLvp2vs iLh() 21 ShThhhLhLh ZZZZiv

() 21 ShThhLhhP ZZZiv

()2 ShThLhhP ZZiv

ShLhSh Ziv

() 21 ShThhhLhLh ZZZZiv

المشتركة الربط نقطةPoint of Common Coupling

PCC

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/20118

من أكثر ُت�َغ�ذي الكهربائية الشبكة في نقطة وهيمشترك

Zs Z1Z2

vp1

vL

vp2vs iLh

PCCPCCi2h

أحمال (1أخرى )

ZL1

أحمال أحمال (2أخرى )

(3أخرى )

i3h

i1h

hL

Lhh Z

vi

1

1

للتوافقيات الشبكة معاوقةNetwork Impedance for Harmonics

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/20119

112

2

llh

l

XhLhfX

LfLX

h

X

ChfX

CfCX

cch

c

1

12

1

2

11

) ومقاومة ) والكابالت الكهربائية الخطوط موصالت مقاومةالى ُتصل قد بنسبة ُتزيد المحوالت للتوافقيات% 30ملفات

األساسي للتردد .50مقارنة هرُتز

الرنين Resonance حاالت

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201110

chlh XX

LChf

ChfLhf

2

1

2

12

1

1

1

الشبكة لعناصر الحثية الممانعات مع مكثفات وجود . يكون قد والرنين رنين حالة حدوث الى يؤدي الكهربائية

قيمة على ُتأثير له مما ُتوالي رنين أو ُتوازي رنينُتعظيم الى ُتؤدي قد وبالتالي التيار أو الجهد ُتوافقيات

. الكهربائية الشبكة في التوافقيات مشكلة

للتوافقيات المولدة األحمال) الالخطية)

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201111

القدرة الكترونيات وحدات ُتستخدم التي المعداتمثل:

Converters

المميزة characteristic harmonicsالتوافقيات

أن النبضات Pحيث عدد

التوافقية hو رُتبة

هي بالمعادلتين المعطاة ونسبها التوافقيات رُتبعدم. حالة في مميزة غير ُتوافقيات وُتظهر نظرية

للثايرستور االشعال زاوية unsymmetrical firingُتماثلof thyristors ُتكون التوافقيات لنسب العملية والقيم

أمام الحثية بالممانعة وُتتأثر النظرية من أقلconverter

h

II

KKPh

h1

.......,3,2,11

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201112

h=3, 5, 7, ….

V الخط جهد

X الواحد للوجه الحثية الممانعة

Inverters

Electronic Phase Control

23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 رُتبة التوافقية

.24 .29 .35 .44 .57 .75 1 1.6 2.6 5 13.8 100 نسبتها المئوية

للـ التيار لتوافقيات نسبة TCRأقصى

hh

h

h

h

X

VIh

sinhcos

(1)2

(1sin)

(1)2

(1sin)4

Static Var Compensator

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201113

Cycloconverter

Switch Mode Power Supply )in computers, TVs,… etc.(

Pulse Width Modulated Drive

: مثل الكهربائي التفريغ أجهزة

الكهربائي القوس أفران

،الهالوجين الصوديوم، الزئبقية، مثل التفريغ مصابيحالفلورسنت Zوأيضا الهااليد،

المحوالت مثل الكهرومَغناطيسية المعدات

التوافقيات خصائص بعض

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201114

الشبكة الى الالخطية األحمال من عادة التوافقيات ُتسريالكهربائية

قيم زيادة الى يؤدي قد فيها المكثفات ووجود الشبكة شكل ) الرنين ) حاالت حدوث نتيجة ُتضخيمها Resonanceالتوافقيات

: اآلُتي الى التوافقيات وُتصنيف ُتقسيم يمكن

......(,9,6,3)3

.....,3,2,1......(,8,5,2)13

......(,7,4)13

sequencezeroKh

KsequenceveKh

sequenceveKh

السالب التتابع ذات التوافقيات مرورها ve sequence-ُتولد عندانخفاض الى يؤدي مما سالب ُتدوير عزم المحركات في

. المحرك كفاءة

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201115

22

4

2

3

2

2

2

1...

22

4

2

3

2

2

2

1...

......

......

hsmr

hsmr

IIIIII

VVVVVV

. األساسية الموجة مثل طور وزاوية قيمة لها ُتوافقية كلالقيمة على ُتأثير لها الطور وزاوية القيمة من وكل

. الكلية للموجة الفعالة القيمة بينما الكلية للموجة العظمىوللتوافقيات االساسية للموجة الفعالة القيمة على ُتعتمد

. الطور زاوية على ُتعتمد وال

األوجه ثالثية الشبكات حالة التوافقيات 4في أن نجد موصلالصفري التتابع ، zero sequence)3 ذات 6 ،9 …، ُتمر ). والتي

نقطة موصل في Zجبريا بعضها الى ُتضاف الثالثة األوجه فينقطة. موصل في يمر ما فان التوافقيات بقية بينما التعادل

لتيارات االُتجاهي الجمع عن ناُتج ُتوافقية أي من التعادل . الثالثة األوجه في التوافقية

%100......

%

%100%

1

22

4

2

3

2

2

1

V

VVVVV

V

VV

hTHD

hh

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201116

الشبكة معدات على للتوافقيات السلبية التأثيرات: المشتركين وأحمال

: رئيسية مجاالت ثالث الى تقسيمها ويمكن

:Z (أوال الحراري ) االجهاد الحرارية التأثيرات

:Z (ثانيا العزل ) اجهاد الكهربائي العزل على السلبية التأثيرات

:Z األجهزة ثالثا وبعض الحمل اضطراب

S

PPF

DPF

V

VCF

smr

peak

1

...

cos

%100......

%

%100%

1

22

4

2

3

2

2

1

I

IIIII

I

II

hTHD

hh

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201117

N

hhhc IRP

1

2

النحاسية المفاقيد

Rh التوافقية ُتردد عند المعدة hمقاومة

المفاقيد لها يضاف المحوالت حالة فيstray lossesالشاردة

الحديدية المفاقيد

. الحديدية المفاقيد في زيادة ُتسبب الجهد ُتوافقياتمفاقيد أما التردد مربع مع ُتتناسب الدوامة التيارات فمفاقيد

. التردد مع طردي فتتناسب المَغناطيسية التخلف العزل مفاقيد

أساس على التوافقيات وجود بسبب المفاقيد زيادة وُتحسب. التوافقيات مفاقيد مجموع

N

hhhd ChVP

2

2tan

في خاصة أهمية ذات العزل مفاقيد وُتعتبروالمكثفات الكابالت

التأثيرات الحرارية

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201118

العزل اجهاد: مايلي على التوافقيات بسبب العزل اجهادات تشمل

.) للجهد ) القصوى القيمة زيادة زائدة جهود

كل على ُتعتمد المشوهة الموجة في للجهد قيمة أقصىمن :

نسبة • منها كل طور وزاوية الجهد ُتوافقيات نسب. األساسي التردد لموجة

عدمه • من رنين حالة وجود

االستعادة جهد لزيادة كبير زمني transientالعابرة معدلrecovery voltage

زيادة الشبكة في التيار ُتوافقيات وجود بسبب يحدث قدdi/dt السيني االحداثي مع التيار موجة ُتقاطع نقطة عند

جهد لزيادة الزمني المعدل ارُتفاع الى يؤدي مماالعابر عن dv/dtاالستعادة الكهربائية القواطع على

العزل انهيار الى يؤدي قد والذي االعتيادي المعدل. الكهربائية الدائرة فصل في القاطع وفشل

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201119

اضطراب األحمال ُتشَغيل فشل أو فيه المرغوب وغير االعتيادي غير التشَغيل

: مثل االلكترونية األجهزةللطاقة • الحثية القياس أجهزة وخاصة القياس أجهزة

. القدرة معامل قياس وأجهزة الفعالة وغير الفعالةالقيمة • نسبة على ُتعتمد التي ُتلك وخاصة الحماية مرحالت

/ مع الجهد موجة ُتقاطع نقاط على أو التيار للجهد القصوى . قد التوافقيات فوجود السيني من يؤاالحداثي كل على ثر

. ُتتأثر قد الحثية الحماية مرحالت فان Zوأيضا العاملين هذينبين. ُتميز ال فانها االرضية الحماية مرحالت أما بالتوافقيات

الصفري التتابع األساسي zero sequenceُتيار التردد لموجة . وجود فان لذلك ومضاعفاُتها الثالثة التوافقية ُتيار وبينيؤدي قد مضاعفاُتها أو الثالثة التوافقية من عالية نسب

. األرضية الحماية مرحالت ُتشَغيل الى• : خاصة االلكترونية االجهزة من كثير االلكترونية األجهزة

موجة ُتقاطع نقاط على عملها في ُتعتمد التحكم أجهزة . ووجود الموجة شكل أو السيني االحداثي مع الجهد

. ذلك على يؤثر التوافقيات

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201120

• :) ( فوجود التليفوني التداخل االُتصاالت أنظمةيؤدي المؤرضة وخاصة الكهربائية الشبكة في التوافقيات . الجهد وهذا التلفون شبكات في محتث جهد ظهور الىعلى التشويش الى يؤدي فانه صَغره رغم المحتث

ومضاعفاُتها. الثالثة للتوافقية يكون ما وعادة االُتصاالت(zero sequence. ذلك( في الرئيسي التأثير

الكهربائية لآلالت الكهرومَغناطيسي العزم انخفاض

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201121

المرشحات: باستخدام Zثانيافعالة- 1 غير Passive filtersالمرشحات

الفعالة- 2 Active filtersالمرشحات

مرشحات: استخدام بدون طرق Zأوالحجم- 1 / ُتَغيير مكانها أو و المكثفات

الشبكة -2 ُتشَغيل عمليات في المكثفات وُتوصيل فصلالكهربائية.

الدلتا- 3 ُتوصيل

الـ- 4 في النبضات عدد converterزيادة

أعلى- 5 جهد مستوى من الخطية غير األحمال ُتَغذية

التوافقيات سريان في التحكم

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201122

* Passive Filter

* Active Filter

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201123

IEC 61000-3-2 )2005-11( Limits for Harmonic Current Emissions )Equipment input Current <= 16 A per phase(

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201124

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201125

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201126

23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد

23/3/201127

Supplytype

CurrentTDH (%)

VoltageTDH (%)RSC=20

VoltageTDH (%)RSC=100

Current Waveform

6-pulserectifier

30 10 2

12-pulserectifier

10 6 1.2

IGBTSupply

Unit4 8 1.8