Harmonik Nedir ve Nasıl Etki Eder ?

HARMONİK ve ETKİLERİ NEDİR ?

Harmonik nedir ? Harmonikler endüstriyel ortamda cihazlara nasıl etki eder ? Harmoniğin zararları nedir ? Harmonik nasıl oluşur ve çalışır ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Harmonik Nedir ve Nasıl Etki Eder adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

HARMONİK

Bir AC devresinde direnç, bir DC devresinde olduğu gibi davranır.Yani, dirençten geçen akım, üzerindeki voltajla orantılıdır.

Bunun nedeni, bir rezistansın doğrusal bir cihaz olması ve kendisine uygulanan voltajın bir sinüs dalgası olması durumunda, içinden geçen akımın aynı zamanda bir sinüs dalgası olması ve böylece iki sinüzoit arasındaki faz farkının sıfır olmasıdır.

Genel olarak, elektrik devrelerinde değişken voltaj ve akımlarla uğraşırken, bunların “temel frekans” olarak adlandırılan, sade bir frekans değeriyle saf ve sinüzoidal oldukları varsayılır, ancak bu her zaman böyle değildir.

Doğrusal olmayan bir voltaj-akım özelliğine sahip elektrikli veya elektronik bir cihazda veya devrede, içinden geçen akım uygulanan voltajla orantılı değildir.

Cihazla ilişkili değişen dalga formları, ideal bir sinüzoidal dalga formununkinden daha büyük veya daha küçük bir ölçüde farklı olacaktır.

Bu tür dalga formları genel olarak sinüzoidal olmayan veya karmaşık dalga formları olarak adlandırılır.

Kompleks dalga formları, demir özlü indüktörler, anahtarlama transformatörleri, floresan lambalardaki elektronik balastlar ve benzeri diğer endüktif yükler gibi ortak elektrikli cihazlar ve AC alternatörlerin, jeneratörlerin ve diğer elektrikli makinelerin çıkış voltajını ve akım dalga formlarını oluşturur.

Sonuç olarak, akım dalga biçimi, voltaj dalga biçimi olsa bile sinüzoidal olmayabilir.

Ayrıca doğrultucular, silikon kontrollü doğrultucular (SCR’ler), güç transistörleri, güç çeviricileri ve güç kaynaklarını kesen ve diğer katı hal anahtarları gibi elektrik güç kaynağı anahtarlama devrelerinin çoğu motor gücünü kontrol etmek veya sinüzoidal AC kaynağını DC’ye dönüştürmek için kullanılırlar.

Tez değiştirme devreleri AC kaynağının sadece tepe değerlerinde akım çekme eğilimindedir ve anahtarlama akımı dalga formunun sinüzoidal olmadığı için ortaya çıkan yük akımının Harmonikleri içerdiği söylenir.

Sinüzoidal olmayan kompleks dalga formları, “Harmonikler” olarak bilinen bir dizi sinüs dalgası frekansın eklenilmesi oluşturulur.

Harmonikler, sinüzoidal bir dalga formunun farklı frekanslardaki dalga formlarıyla bozulmasını tanımlamak için kullanılan genel bir terimdir.

O zaman şekli ne olursa olsun, karmaşık bir dalga biçimi matematiksel olarak temel frekans ve bir dizi “harmonik frekans” olarak adlandırılan kendi bileşenlerine ayrılabilir.

Fakat “temel frekans” ile ne kastediyoruz?

Temel frekans

Temel Dalga Biçimi (veya ilk harmonik), besleme frekansına sahip sinüzoidal dalga biçimidir.Temel olan kompleks üzerine karmaşık dalga formunun yapıldığı en düşük veya temel frekanstır ve bu şekilde ortaya çıkan karmaşık dalga formunun periyodik süresi Τ, temel frekansın periyodik zamanına eşit olacaktır.

Temel  veya 1. harmonik AC dalga formunu resimde gösterildiği gibi düşünelim.

Burada: Vmax, volt cinsinden en yüksek değerdir ve ƒ Hertz(Hz) dalga şekli frekansıdır.

Sinüzoidal bir dalga formunun 2 açısının sinüs fonksiyonu olarak değişen alternatif bir voltaj (veya akım) olduğunu görebiliyoruz.Dalga şekli frekansı, ƒ saniye başına devir sayısı ile belirlenir.Birleşik Krallık’ta bu temel frekans 50Hz’e, Birleşik Devletler’de ise 60Hz’e ayarlanmıştır.

Harmonikler, temel frekansın bir tamsayı olarak katı olan bir frekansta çalışan voltajlar veya akımlardır.

Dolayısıyla, 50Hz’lik temel bir dalga biçimi verildiğinde, bu 2. harmonik frekansın 100Hz (2 x 50Hz), 3. harmonik’in 150Hz (3 x 50Hz), 250Hz’de 5., 350Hz’de 7. ve benzeri olduğu anlamına gelir.

Benzer şekilde, 60Hz’lik bir temel dalga formu verildiğinde, 2., 3., 4. ve 5. harmonik frekanslar sırasıyla 120Hz, 180Hz, 240Hz ve 300Hz olacaktır.

Başka bir deyişle, “harmoniklerin” temel frekansın katları olduğunu ve bu nedenle şu şekilde ifade edilebileceğini söyleyebiliriz: 2ƒ, 3ƒ, 4ƒ, vb.

Harmoniklerden Kaynaklanan Karmaşık Dalga Formları

Resimdeki kırmızı dalga formlarının, temel frekansa eklenen harmonik içeriğe bağlı olarak, bir yük tarafından görülen dalga formlarının gerçek şekilleri olduğuna dikkat edin.

Temel dalga biçimi ayrıca 1. harmonik dalga biçimi olarak da adlandırılabilir.Bu nedenle, ikinci bir harmonik, temelin iki katı bir frekansa sahiptir, üçüncü harmonik, temelin üç katı bir frekansa sahiptir ve dördüncü bir harmonik, soldaki sütunda gösterildiği gibi temelin dört katıdır.

Sağ taraftaki sütun, temel dalga formunun eklenmesi ile farklı harmonik frekanslardaki harmonik dalga formları arasındaki etki sonucu oluşan karmaşık dalga şeklini gösterir.

Ortaya çıkan karmaşık dalga formunun şeklinin yalnızca mevcut harmonik frekansların sayısına ve genliğine değil, aynı zamanda temel veya baz frekansı ile bireysel harmonik frekansları arasındaki faz ilişkisine de bağlı olacağını unutmayın.

Karmaşık bir dalganın, her biri kendi tepe değeri ve faz açısına sahip olan temel bir dalga formu artı harmoniklerden oluştuğunu görebiliriz.

 Örneğin, temel frekans; E = Vmax (2πƒt), harmoniklerin değerleri şöyle verilecektir:

İkinci bir harmonik için:

E2 = V2max (2 * 2πƒt) = V2max (4πƒt), = V2max (2πt)

Üçüncü bir harmonik için:

E3 = V3max (3 * 2πƒt) = V3max (6πƒt), = V3max (3ωπt)

Dördüncü bir harmonik için:

E4 = V4max (4 * 2πƒt) = V4max (8πƒt), = V4max (4πt) ve bunun gibi devam edip gitmektedir.

Daha sonra karmaşık bir dalga formunun değeri için verilen denklem şöyle olacaktır:

ET= E1 + E2 + E3 + …….. E(n) etc.

ET= V1max sin(2πƒt) + V2max sin(4πƒt) + V3max sin(6πƒt) …. etc.

Harmonikler genellikle adlarına ve sıklıklarına, örneğin 100 Hz’deki temel frekansın 2. harmoniği ve aynı zamanda bunların sekanslarına göre sınıflandırılır.

Harmonik dizi, dengeli, 3 fazlı 4 telli bir sistemde harmonik gerilimlerin ve akımların temel dalga biçimine göre fazör dönüşünü ifade eder.

Pozitif sekans harmoniği (4., 7., 10.,…), temel frekans ile aynı yönde (ileri) dönecektir.

Negatif bir sekans harmonik olarak (2., 5., 8.,…) temel frekansın zıt yönüne (tersine) döndüğü yerde ortaya çıkacaktır.

Genel olarak, pozitif dizi harmonikleri istenmeyen bir durumdur çünkü dalga formlarının eklenmesi nedeniyle iletkenlerin, elektrik hatlarının ve transformatörlerin aşırı ısınmasına sebebiyet verirler.

Diğer yandan negatif dizi harmonikleri, motorlarla ek problemler yaratan fazlar arasında dolaşır ve zıt fazör rotasyonu motorların gerektirdiği dönen manyetik alanı zayıflatır ve özellikle endüksiyon motorları daha az mekanik tork üretmelerine neden olur.

“Üçlü” (üçte bir) adı verilen bir başka özel harmonik grubu sıfır dönüş sırasına sahiptir.

Üçlüler, üçüncü harmoniğin (3., 6., 9.,…) vb. katlarıdır,  ve sıfır dereceyle değiştirilirler.Sıfır dizi harmonikleri faz ile nötr veya toprak arasında dolaşır.

Birbirini iptal eden pozitif ve negatif dizi harmonik akımlarının aksine, üçüncü mertebe veya üçlü harmonikleri iptal olmaz.

Bunun yerine, her üç fazdan akan akıma maruz kalan ortak nötr telde aritmetik olarak toplanırlar.

Sonuç, bu üçlü harmonikler nedeniyle nötr teldeki akım genliğinin, temel frekanstaki faz akımının genliğinin daha az verimli ve fazla ısınmasına neden olacak şekilde 3 katına kadar çıkabilmesidir.

Daha sonra dizi etkilerini, 50Hz’lik temel frekansın katları olarak özetleyebiliriz:

Harmonik Sıralaması

İsimTemel 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Frekans50100 150 200 250 300 350 400 450
Sıra + 0 + 0 + 0

Aynı harmonik dizinin 60Hz temel dalga formları için de geçerli olduğunu unutmayın.

Sıra Dönüş Yön Harmonik Etki
+İleriAşırı Isınma
GeriMotor Tork Prob.
0Isınmadan dolayı nötr hatta aşırı akım ya da voltaj

Harmonikler Özet:

Harmonikler, temel frekansın üzerine, yani devrenin frekansı olan ve dalga şeklini tahrip etmek için yeterli olan üst frekans dalga formlarıdır.

Temel dalgaya uygulanan bozulma miktarı tamamen mevcut harmoniklerin türüne, miktarına ve şekline bağlı olacaktır.

Harmonikler, motorlar, fanlar ve pompalar için elektronik sürücüler, redresör, güç dönüştürücüleri ve tristör , yükler ve yüksek frekanslı (enerji tasarruflu) floresan lambalar ,güç kontrolörleri gibi güç kaynağı anahtarlama devreleri ve birçok lineer olmayan elektronik faz kontrollü gibi güç kaynakları var olduğundan bu yana, var olmuştur.

Bunun nedeni, yük tarafından çekilen kontrollü akımın redresör veya güç yarı iletken anahtarlama devrelerinde olduğu gibi sinüzoidal besleme dalga formlarını tam olarak takip etmemesidir.

Elektrik güç dağıtım sistemindeki harmonikler, voltaj ve/veya akım dalga biçimlerinin bozulmasını sağlamak için temel frekans (50Hz veya 60Hz) beslemesini birleştirir.Bu bozulma, elektrik ekipmanı ve elektrik hatları üzerinde olumsuz etkiye sahip olabilecek bir dizi harmonik frekanstan oluşan karmaşık bir dalga şekli oluşturur.

Karmaşık bir dalga biçimine kendine özgü şekli veren mevcut dalga şekli bozulma miktarı, harmonik frekansı temel frekansın katları (tam sayı) olan en baskın harmonik bileşenlerin frekansları ve büyüklükleri ile doğrudan ilgilidir.

En baskın harmonik bileşenler, üçlü olanların en kötüsü olduğu, 2’den 19’a kadar olan düşük dereceli harmoniklerdir.

HARMONİK NEDİR ve NASIL ETKİ EDER SONUÇ :

Bugün Harmonik Nedir ve Nasıl Etki Eder adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Umuyorum faydalı birtakım bilgiler edinmişsinizdir.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.