AC Frekans Konvertörlerinin Oluşturduğu Harmonikler ve Harmonik Azaltımı Yöntemlerinin Karşılaştırılması Yazı Dizisi-1

AC Frekans Konvertörlerinin Oluşturduğu Harmonikler

Harmonik Azaltımı Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Yazı Dizisi -1

Uğur Yaşa

Özet

Güç elektroniği temelli cihazlar tarafından üretilen harmonik akımları, tesislerde ciddi güç kalitesi problemleri oluşturmaktadır. Özellikle motor kontrolü için yaygın olarak kullanılan 3 faz AC frekans konvertörleri, topolojik yapısında bulunan doğrultucu katı nedeniyle çalışma esnasında harmonik akımları üretir. Bu çalışmada, bir 3 faz AC frekans konvertörünün oluşturduğu harmoniklerin frekans konvertörü yapısına ve filtreleme tipine göre nasıl değiştiği incelenmiştir. Farklı yük ve uygulama tiplerine göre, akım harmonik bozulması (%THDI) değerleri karşılaştırılmıştır.

1. Giriş

Bu makalede harmonik distorsiyonu, harmonik kaynakları, harmoniklerin neden olduğu arızalar ve hesaplamalara yer verilmiştir. AC frekans konvertörleri tarafından üretilen harmoniklerin çözüm yöntemleri değerlendirilmiştir. Çözüm yöntemlerinin birbirlerine karşı üstünlükleri ve dezavantajları ele alınmıştır.

2. Harmonikler Hakkında Genel Bilgiler

Harmonik akım ve gerilimleri, şebekeye bağlı yarı-iletkenler içeren yükler tarafından oluşturulurlar Bir tesiste harmonik akımlarının belirli sınır değerleri aşması ile harmonik bozulması çeşitli problemler oluşturmaya başlar.

Farklı elektronik sistemlerde kullanılan güç elektroniği dönüştürücüleri, direkt olarak şebekeye harmonik akımları enjekte ederek şebekede bozucu etki yaratır. Bir güç elektroniği dönüştürücüsünün şebekeden çekeceği akım (is) içerisindeki temel bileşen (i1) ve harmonik (ih) akımları aşağıdaki gibi gösterilebilir.

Bir 3 fazlı 6 darbeli doğrultucunun giriş akımı, çıkış akımı üzerinden aşağıdaki gibi hesaplanır [3].

burada,

Buna göre temel bileşen akımı,

Teorik olarak doğrultucunun çıkış akımı temiz DC akım olarak düşünülebilir. 6 darbeli 3 fazlı doğrultucunun harmonik akım frekansları ile temel şebeke frekansının n tam katlarıdır [1,2]. Aşağıdaki bilgi, hat endüktans değerinin DC reaktör endüktansına göre ihmal edilebilir olması halinde geçerlidir. Harmonik mertebeleri aşağıdaki formüle göre hesaplanır.

Harmonik bileşenlerin RMS değeri:

olup, harmonik bileşenler Şekil.1’de gösterilmiştir.

Şekil.1 6 darbeli doğrultucunun teorik kare dalga akımının harmonik akımı içeriği

Harmonik akımlarının temel bileşen akımına eklenmesi ile oluşan dalga şeklinin değişimi Şekil.2’de gösterilmektedir. Temel bileşene sadece 5. Harmonik akımı eklenmiştir.

Şekil.2 Temel bileşen ve 5. harmonik bileşeninin oluşturduğu toplam akım

3. Harmonik Kaynakları ve Şebekeye Etkileri

Endüstriyel ve ticari işletmelerde yaygın olarak kullanılan ve yapısında yarı-iletkenler içeren motor yol vericileri, frekans konvertörleri, bilgisayarlar ve diğer elektronik ofis donanımları, elektronik balastlı lambalar ve LED’ler, kesintisiz güç kaynakları, kaynak makinaları ve ark ocakları gibi cihazlar harmonik akımlarını üretirler [2].

Harmonikler, transformatör, motor, kablo ve diğer iletken aksamda aşırı ısınma ve yanmalara, güç kondansatörlerinde patlama ve arızalara neden olur. Aynı zamanda, elektronik kart arızalarına, şalter ve diğer koruma ekipmanında hatalı çalışmalara sebebiyet verir. Hassas ekipmanlarda ölçüm ve okuma hataları da harmonikler tarafından kaynaklanan arızalar olarak sıralanabilir. Aynı zamanda, RMS akımdaki artış sebebiyle, harmoniklerin kayıplara neden olduğu da söylenebilir.

Yukarıdaki belirtilerden biri veya birkaçı tesiste görülüyorsa, tesisin elektrik altyapısındaki harmonik kaynaklarını analiz etmek gerekecektir. Tesisteki harmonik kaynakları nedeniyle oluşan harmonikler, yalnızca tesis içerisinde değil, bağlı bulundukları şebekeye de bozucu etkiler yapacaktır. Bir tesis harmonikler bakımından incelenirken, buna da dikkat etmek gerekir.

Bu çalışmada temel olarak 3 faz 6 darbeli frekans konvertörlerinin harmonik etkileri üzerinde durulacaktır.

Bundan sonraki yazımızda "3 Faz 6 Darbeli Frekans Konvertörünün Yapısı ve Boyutlandırılması" anlatılacaktır.

Önceki Yazı Sonraki Yazı

Paylaş: