Harmonikler, genel olarak nonlineer elemanlar ile nonsinüzoidal kaynaklardan herhangi birisi veya bunların ikisinin sistemde bulunmasından

meydana gelirler. Harmonikli akım ve gerilimin güç sistemlerinde bulunması sinüzoidal dalganın bozulması anlamına gelir. Bozulan dalgalar nonsinüzoidal dalga olarak adlandırılır. Fourier analizi yardımıyla temel frekans ve diğer frekanslardaki bileşenler cinsinde ifade edilebilir.

Bu analiz ile nonsinüzoidal dalgalar, frekansları farklı sinüzoidal dalgaların toplamı şeklinde matematiksel olarak yazılabilir.  Harmonik, temel sinüzoidal dalga (50Hz) dışındaki dalga şekillerine denir. Buna göre 150Hz üçüncü harmonik, 250Hz beşinci harmonik, 350Hz yedinci harmonik bileşen olarak adlandırılır. 



Nonlineer elemanın tanımı:

Nonlineer elemanlar bir sinüzoidal elektrik enerji sistemine bağlandığında harmonik akım ve gerilimlere neden olurlar. Bu elemanlar manyetik ya da elektrik devre lineersizliğine neden olurlar. 

Uç karakteristiği yani, akımı ile gerilimi arasındaki ilişkisi doğrusal olmayan elemana nonlineer eleman denir. Bu elemanların oluşturduğu devrelere de nonlineer devre denir.

Nonlineer elemanlar 

Demir çekirdekli bobinler,

Yarıiletken malzeme içeren elemanlar, 

Elektronik balastlar,

 Transformatörler, 

 Endüktif balastlar,

 Bobinler,

TV, bilgisayar,  

Statik VAr kompanzatörleri,  

Tristör anahtarlamalı güç kaynakları,  

Kontrollü motor hız ayar devreleri,  

Işık dimmerleri,  

Kesintisiz güç kaynakları,  

Frekans dönüştürücüler,  

Akü şarj devreleri,  

Fotovoltaik sistemler,  

Kaynak makineleri,  

Konverterler,  

Ark fırınları,  

Gaz deşarj aydınlatma elemanları, 

Gerilim veya sıcaklıkla dirençleri değişen elamanlar 

Harmonik Üreten Elemanlar 

Konverterler

Enerji sistemlerindeki başlıca harmonik kaynaklarından biri tek ve üç fazlı hat komütasyonlu konverterlerdir. DC iletim sistemleri, akü ve fotovoltaik sistemler, hat komütasyonlu konverterler üzerinden beslenir. Üç fazlı ideal konverterlerin bir fazlı konverterlere göre üstünlüğü, üç fazlı konverterin üç ve üçün katı harmonikleri üretmemesidir. Üç fazlı konverterler, konverter transformatörünün primer tarafından, şebekeden çekilen AC akımın dalga şeklinin içerdiği darbe sayısı ile tanınır. Darbe sayısı arttıkça düşük harmonik bileşenlerin ortaya çıkması önlenmektedir.  

Transformatörler

Enerji sistemine bağlanan ve en önemli elemanlardan birisi olan transformatörler harmoniklere neden olurlar. Transformatörlerin mıknatıslanma özelliğinden kaynaklanan harmonik bileşenler transformatörün bağlantı grubuna, yıldız noktasının topraklanıp topraklanmamasına bağlı olarak değişmektedir. Transformatörlerin yük durumuna göre de harmonik genliklerinin değişimi söz konusu olmaktadır. Sürekli enerji altında bulunan bu elemanlar harmonik kaynağı olarak sistemde harmonik akımları dolaştırarak harmonik distorsiyona neden olurlar.  

Generatörler

En doğal harmonik üreticileri generatörlerdir. Senkron generatörlerin harmonik üretme özelliği çıkık kutbun alan şeklinden, manyetik direncin oluklara bağlı olmasından, ana devrenin doyuma ulaşması ve kaçak akımlar ile sık aralıklarla ve simetrik olmayan boşluklarla yerleştirilen sönüm sargılarından kaynaklanmaktadır. Dönen makineler, makine hızının ve endüvi oluk sayısının fonksiyonu olan harmonikleri üretirler. Bunu önlemek için oluk şekli, sargı yapısı, uyarma sargısı ve kutuplar gibi kısımlarda uygun yapısal tedbirler alınarak generatörü amortisman sargısı ile donatarak gerilim eğrisinin sinüzoidal olması sağlanır. Senkron generatörlerin oluşturduğu harmonikler generatör gücü 1000 kVA’dan büyük olmadığı sürece dikkate alınmazlar. Generatör bağlantı şekilleri de harmonik frekansında belirleyici özellik taşırlar; • Eğer statorun sargısı yıldız bağlanmışsa, üç ve üçün katı frekanslı harmonikler sadece faz gerilimlerinde bulunmakta olup fazlar arası gerilimlerde bulunmazlar.  • Eğer yıldız bağlı generatöre üç fazlı dengeli bir tüketici bağlanırsa ve yıldız noktası generatörün yıldız noktasına bağlanmazsa, üç ve üçün katı harmonik akımları geçmez. Yıldız noktası nötre bağlı bir yükte ise, faz iletkenlerinden üç ve üçün katı frekanslı akım, nötr üzerinden de bunların toplamı olan üç katı değerinde akımlar geçer.  • Eğer generatör sargıları üçgen bağlı ise, bu sargılarda üçün katları frekanslı bir sirkülasyon akımı geçer.  Bu akım yüke bağlı olmayıp sargılarda büyük kayıplara neden olur. Bu sebeplerden dolayı, generatör sargılarının yıldız bağlanması ve yıldız noktasının yalıtılması tercih edilir.  

Ark fırınları

Ark fırınları geniş harmonik spektrumları ile enerji sistemine bağlanan büyük güçlü harmonik kaynaklarından biri olarak önemli yer tutar. Bunlar, yüksek gerilim iletim şebekesine direk bağlanan, anma gücü MW mertebesinde olan ve elektriksel ark oluşumu esasına dayanan fırınlardır. Ark fırınları, elektrik akımının akım-gerilim karakteristiğinin lineer olmaması nedeniyle harmonik üretirler.  

Gaz deşarjı prensibi ile çalışan aydınlatma elemanları

Bir tüp içerisindeki gazın deşarjı prensibine dayanarak geliştirilen aydınlatma elemanları (cıva buharlı lambalar, fluoresant lambalar, sodyum buharlı lambalar vb) nonlineer akım-gerilim karakteristiğine sahip oldukları için harmonik üretirler. Yaygın olarak kullanılan fluoresant lambalar üç ve üçün katı harmonik bileşenleri üreterek üç fazlı dört telli aydınlatma devrelerinde nötr iletkeninden geçerek iletkenin ısınmasına neden olurlar. Ayrıca kullanılan balastlarında manyetik devreleri olması nedeniyle bu yardımcı elemanlar harmonik üretirler.  

Statik VAr kompanzatörleri

Sürekli ve hızlı bir reaktif güç ve gerilim kontrolü sağlama kabiliyetleri sebebiyle tristör kontrollü reaktörler, güç sisteminin performansını pek çok yönden geliştirebilirler. Bunlar, güç frekansında geçici aşırı gerilimlerin kontrolü, gerilim çökmesinin önlenmesi, geçici kararlılığın arttırılması, iletim ve dağıtım sistemlerinde dengesiz yükleri besleyen üç fazlı sistemlerin dengelenmesi ve kesintili sürelerde çalışan yüklerin sebep olduğu gerilim salınımlarının önlenmesi olarak sıralanabilir.  Güç sistemlerinde reaktif güç kontrolü maksadıyla kullanılan tristör kontrollü reaktör içeren statik Var kompanzatörleri, içerdikleri nonlineer elemanlar sebebiyle güç sistemlerinde harmonikler oluştururlar. Dengeli yüklenme koşulu altında tek dereceli harmonikleri üreten tristör kontrollü reaktörler üçgen bağlantı yapılırsa üç ve üçün katı harmonikler şebekeye verilmez. 

{loadposition yatay} 

Fotovoltaik sistemler

Fotovoltaik sistemler harmonik üretme bakımından genel olarak konverterlerden kaynaklanan harmonik etkinliğe sahiptir. Bu sistemler elektrik enerjisini fotovoltaik yoldan elde eden sistemler olup, ürettikleri doğru akımı alternatif akıma dönüştürmek için konverterleri kullanırlar. (Özer Şenyurt'un Yüksek Lisans Seminerinden Alıntıdır)

 

harmonik, 'harmonik nedir', 'nonlineer elemanlar', 'harmonikler neden olur', 'nonsinüzoidal akım', 'özer şenturt seminer', 'statik var kompanzasyonu', kompanzatör, 'ark fırını', 'harmonikli gerilim'

Powered by Ali Osman Gkcan 2014 - All Rights Reserved.