فرمت فایل : word (لینک دانلود پایین صفحه) تعداد صفحات 98 صفحه
مقدمه
موضوع چشمک زدن چراغ ، یک مساله بسیار قدیمی بوده ، از بدو شروع به کار سیستمهای AC توجه مهندسان را به خود جلب کرده است. در سال 1886 ، ویلیام استنلی ، برای اولین بار از سستم‌های AC برای تغذیه بار روشنایی در شمال آمریکا استفاده کرد چهار سال بعد مهندسان برق شرکت westinghouseبا مشکل فلیکر مواجه شدند. در سال 1891 ، برای پیشگیری از فلیکر آزار دهنده ، آنها فرکانس 60 هرتز را به عنوان فرکانس استاندارد و جدید اختیار کردند.مشکل فلیکر که آنها با آن برخورد کردند، بر خلاف تصور ، بیش از آنکه مربوط به لامپ‌های رشته‌ای باشد ، به لامپ‌های قوسی مربوط بودکه با جریان متناوب کار می‌کردندحتی لامپ‌های قوسی بدون محفظه ، به دلیل نوسان‌های دمای قوس ، بیشتر از لامپ‌های قوسی محفظه دار باعث نوسان نور می‌شدند.
در همان سال در برلین ، مهندسان AEG با مشکل مشابه برخورد کردند ، اما نتیجه‌ای که آنان به آن رسیدند، تا حدی با نتیجه آمریکائیان تفاوت داشت. آنها استاندارد جدید خود را 50 هرتز انتخاب کردند .علت این انتخاب در نوع لامپ‌های قوسی مورد استفاده آنان نهفته بود .
آمریکائیان از لامپ بدون محفظه و اروپائی‌ها از لامپ محفظه دار استفاده می‌کردند.
کیفیت انرژی الکتریکی از مسائلی است که امروزه توجه شرکتهای برق و مصرف‌کنندگان را به خود معطوف کرده است. دلیل این توجه فزاینده ، اثرات زیانباری است که کیفیت پایین برق بر بارهای حساس می‌گذارد.
یکی از انواع نوسان‌های ولتاژ که تاثیر آن بر روشنایی مشهود است چشمک زدن نام گرفته است دنباله‌ای از اغتشاش‌های ولتاژ، که باعث چشمک زدن مکررچراغ میشود که می‌تواندآزاردهنده باشد، به خصوص اگر اغتشاش تکراری باشد.
اغلب ، چشمک زدن ولتاژ(voltage flicker ( نامیده میشود. این نوسان در نور ، نتیجه تغییرات در درخشش، شدت و یا رنگ نور است به طوری که چشم بتواند آن را تشخیص دهد.این اغتشاش در اثر عوامل متعددی همچون قطع و وصل بارهای بزرگ (مثلا موتورهای بزرگ که در صنایع فولاد مورد استفاده قرار میگیرند)یا عبور جریان‌های نامنظم بزرگ و غیر سینوسی (مثلا ناشی از کوره‌های قوس التریکی) ایجاد میشود.در این سیمنار ابتدا به تشریح پدیده فلیکر، اهمیت توجه به آن وبارهای ایجاد کننده آن پرداخته شده وسپس در فصل دوم روشهای تخمین آن آورده شده است زیرا اغلب قبل از ساختن یک کارخانه لازم است تا میزان فلیکری که ایجاد می‌کند تخمین زده شود. در فصل سوم روشهای قدیمی وجدید ارزیابی و اندازه‌گیری
مورد بحث قرار گرقته است در فصل چهارم مهمترین جبران‌کننده‌های فلیکر معرفی شده‌اند و در پایان به در فصل پنجم به معرفی دو جبران‌کننده جدید فلیکر پرداخته شده است.
فصل اول
تشریح پدیده فلیکر
معیار “کیفیت توان“ متاثر از انواع گوناگونی از اغتشاش می باشد که از آن میان میتوان به دو مورد عمده‌تر هارمونیکها و نوسانات ولتاژ اشاره کرد. پدید آمدن هر یک از موارد یاد شده باعث ایجاد اعوجاج در شکل موج مولفه اصلی ولتاژ یا جریان خواهد شد. هارمونیکها متناظر با اعوجاجهای با فرکانس بزرگتر از مولفه اصلی و نوسانات ولتاژ با اعوجاجهای با فرکانس کوچکتر از مولفه اصلی می‌باشند.
کارکرد بعضی از بارهای غیر خطی مثل مبدلها ، کوره های القایی و منابع تغذیه با تولید هارمونیکها باعث می گردند که علاوه بر شکل موج مولفة اصلی (مؤلفة 50 یا 60 هرتز)، مولفه های دیگری اما با فرکانس هایی بیش از فرکانس اصلی ظاهر شوند. راه اندازی موتورهای بزرگ یا کارکرد انواع دیگری از بارها نظیر دستگاههای جوش و کوره های قوس الکتریک با تغییراتی که در مقدار موثر و لتاژ ایجاد می کنند و به آن اصطلاحاً فلیکر ولتاژ اطلاق می گردد، به گونه دیگری نیز می‌توانند باعث ایجاد اعوجاج شوند. بر طبق استاندارد IEEE-100 1997 فلیکر ولتاژ اثر نوسان نور می باشد. و درزمانی مشاهده می شودکه تغییر فرکانس در رنج چند هرتز باشد از آنجائیکه فلیکر لامپ بسیار به نوسان ولتاژ منبع بستگی دارد,معمولا به نوسان ولتاژ,فلیکر ولتاژگفته می شود]4[.فلیکر ولتاژ به علت تغییر ناگهانی در ولتاژ منبع ایجاد می شودتغییر ناگهانی در ولتاژ منبع به دلیل بکار گیری بارهای بزرگ در سیستم قدرت یا به وسیله عملکرد تجهیزاتی با بارگذاری زیاد و لحظه ای می باشد. مشخصه فلیکر به دو دسته فلیکر دوره ای و فلیکر غیردوره ای تقسیم می شود]5[.فلیکر دوره ای همانطور که از نامش پیداست ,بصورت تکراری می باشد.فلیکر دوره ای از نوسانات ولتاژ پرِیودیک به واسطه عملکرد بارهایی نظیر راه اندازی منظم یک موتور,کمپرسور و غیره ایجاد می شود.
فلیکرغیردوره ای معادل نوسانات ولتاژ اتفاقی می باشد. و اغلب به واسطه کارکرد کوره های قوس الکتریک ,دستگاهای سنگ خرد کنی وغیره ایجاد می شود]6[ .
برای توضیح این مطلب می توان قطع و وصل متناوب یک موتور را در نظر گرفت که باعث می گردد شکل موج ولتاژ تغذیه، شبیه آنچه در شکل ( 1-1 ) نمایش داده شده، گردد.
همانگونه که در شکل(1-1)مشاهده میشود, تاثیر راه اندازی موتور به گونه ای است که گویی شکل موج اصلی توسط یک شکل موج جدید مدوله شده است. این شکل موج مدوله کننده، اصطلاحاً شکل موج فلیکر خوانده می شود که دارای فرکانسی کوچکتر از فرکانس مولفة اصلی می باشد.
بدیهی است راه اندازی منظم یک موتور الکتریکی باعث می شود که شکل موج فلیکر شبیه آنچه در شکل
(1-1 ) نشان داده شده سینوسی محض باشد و راه اندازی نامنظم یک موتور الکتریکی شروع به کار یک دستگاه جوش و یا فعالیت بارهای نامنظم و کاملاً غیر قابل پیش بینی مثل کوره‌های قوس الکتریکی، باعث میگردد که شکل موج فلیکر مطابق شکل (1- 2) غیر سینوسی و یاحتی نامتناوب شود. در هر صورت مولفه های فرکانسی موجود در شکل موج فلیکر کوچکتر از فرکانس مولفه اصلی خواهد بود (معمولاً کمتر از 30 هرتز)
از اثرات مضر نوسانات ولتاژ ایجاد شده در حالتهای گذرا که عمدتاً بر اثر راه اندازی تجهیزات خاص موجود در کارخانجات و کارگاهها به وجود می آیند و یا بر اثر اشکالات و خطاهای گذرا در شبکه، کم و زیاد شدن یا سوسوزدن نور لامپ های روشنایی می باشند. این پدیده فلیکر نام گرفته است و گر چه یک پدیدة فیزیولوژیکی ناشی از نوسانات ولتاژ می باشد و اساساًُ مفاهیم فلیکر و نوسان ولتاژ طبیعت یکسانی ندارند اما در بعضی ازموارد برای انتقال آسانتر مطلب ، این دو مفهوم معادل هم به کار می روند. فلیکر یک احساس فردی از کم و زیاد شدن میزان روشنایی است و ممکن است از فردی به فرد دیگر تغییر کند، به این معنی که یک فلیکر ولتاژ مشخص، ممکن است در نظر تمامی افراد ، آزار دهنده و یا برعکس ، غیر قابل درک تشخیص داده نشود. درک افراد از این پدیده، به دامنه و فرکانس نوسانات ولتاژ نوع لامپ های مورد استفاده (فلیکر ناشی از لامپ های التهابی در مقایسه با لامپ های فلورسنت، به ازای نوسانات ولتاژ مشابه، محسوس‌تراست. میزان روشنایی مورد نیاز و تجربه شخصی فلیکر بستگی دارد.
1-2 -اهمیت توجه به فلیکر
اهمیّت توجه به پدیده فیلکر از دو جنبه اشکار می شود. جنبه اول آنکه مقادیر غیر مجاز آن باعث آزردگی چشم می شود و موجبات نارضایتی مشترکین رافراهم می کند و جنبه دوم آنکه به طور کلی کیفیت ولتاژ شبکه را کاهش داده و بارهای حساس از قبیل کامپیوتر ها و دیگر تجهیزات الکترونیکی را تحت تاثیر خود قرار می دهد. در واقع محتوای طیفی این نوع اعوجاج می تواند کارکرد بارهایی را که به فرکانس حساس هستند و در نزدیکی بارهای مولد اعوجاج قرار دارند با مشکل مواجه کند.]1[.
1-3- بارهای ایجاد کننده فلیکر
فلیکر ولتاژ به فاکتورهایی نظیر دامنه و فاز جریان مصرفی و نحوه تغییرات آنها بستگی دارد دستگاههای ایجادکننده پدیده فلیکر عبارتند از:
- تجهیزات که جریان های متغیر و یا ضربه ای از شبکه می کشند و در نتیجه منجر به نوسان ولتاژ می شوند.
- تجهیزاتی که جریان های غیر سینوسی می کشند و باعث ایجاد شکل موج اعوجاج یافته ولتاژ و تولید هارمونیک در ولتاژ می شوند.
- تجهیزاتی که بار نامتعادل داشته وباعث عدم تعادل بین سه فاز منبع شده و ولتاژ منبع را نامتعادل می کنند.
تجهیزات ایجاد کننده اغتشاش در ولتاژ:
1- کوره های قوس الکتریک 2- دستگاههای جوشکاری 3- راه اندازی موتورها
تجهیزات تولید کننده هارمونیک:
1 - یکسو کننده ها برای مقاصد الکترولیز 2- کوره های القایی
3- محرکه های کنترل شده توسط یکسوسازها 4- کوره های قوس
5- تاسیسات روشنایی کنترل شده توسط یکوسازها 6-ماشین های جوشکاری
7-کنوتورها برای گرم کننده های القایی و دی الکتریک مقاوم با کنترل جرقه
تجهیزات ایجاد کننده عدم تعادل در ولتاژ ها:
این گروه شامل تمامی مصرف کننده هایی است که از فیدرهای منبع سه فاز به صورت نا مساوی بارگیری می‌کنند و به خصوص تمامی واحدهایی که تنها توسط دو فاز تغذیه می شود]2[.
روش های تخمین فلیکر 2-1-مقدمه
از آنجائیکه فلیکر ولتاژ بر سیستمهای حفاظتی و مخابراتی سیستم انتقال نیرو وهمچنین بر مشترکین و مصرف کننده های تغذیه شده از نقطه کوپلاژ مشترک (point of common coupling یا به اختصار(P.C.C اثرات سوء و مزاحمتهایی ایجاد می کند , پس با توجه به اینکه فلیکر ولتاژ یک پدیده آزار دهنده است، باید میزان آن را با روش های مناسب جبران‌سازی تا حد امکان کاهش داد اما انتخاب جبران ساز مناسب، مستلزم در اختیار داشتن اطلاعاتی از میزان فلیکر تولیدی می باشد و طبیعتاً چون قبل از نصب تجهیزات کارخانه، امکان اندازه گیری فلیکر وجود ندارد، چاره ای به جزء پیش بینی یا تخمین میزان فلیکر نیست. بدین ترتیب گر چه پارامترهای مشخص کننده شدت فلیکر(Pst,(…,Plt عملاً توسط فلیکر متر اندازه گیری می شوند اما همچنان به روش‌هایی برای تخمین یا پیش بینی فلیکر به منظور آگاهی از حدود اثرات اغتشاش بارهای الکتریکی خصوصاً از نوع کوره های قوس نیاز هست. هر چند به دلیل نامشخص بودن دامنه و فرکانس نوسانات ولتاژ ناشی از کوره های قوس، امکان توصیف فلیکر ناشی از آنها بر حسب یک معادله تحلیلی وجود ندارد، بنابراین بر این نکته، تاکید می شود که هیچ روش محاسباتی برای پیش بینی دقیق میزان فلیکر در تاسیسات کوره های قوس وجود ندارد و آنچه انجام می شود صرفاً یک برآورد تقریبی است که با ملاحظاتی صرفاً میتوان میزان این تقریب را بهبود بخشید. در این بحث بعد از اشاره به دو روش نسبتاً قدیمی پیش بینی فلیکر، روش اشاره می گردد.
2-2-تخمین فلیکر ناشی از کوره های قوس الکتریکی
دو روش عمده برای تخمین حدود اثرات اغتشاشی کوره‌های قوس مورد استفاده قرار می گیرد که در ادامه، هر یک از آنها تشریح می شود:
2-2-1-محاسبه درصد نوسان ولتاژ میانگین
گر چه دامنه و فرکانس نوسانات ولتاژی که بر اثر فعالیت کوره های قوس به وجود می آید مقدار ثابتی نیست و بخصوص در دقایق اولیه عملکرد کوره ها، شدیداً متغیر با زمان می باشد، اما به تقریب یک مقدار میانگین برای مجموعة این نوسانات در نظر گرفته می شود که مقدار آن از رابطه (1 -2) به دست می آیدو[19] ]5[. (1-2 )
در این رابطه Sf: ظرفیت نامی کوره : Sccnظرفیت اتصال کوتاه از دید شنیه کوپلاژ مشترک (PCC) می باشد این رابطه تشان می دهد که با در اختیار داشتن کمترین اطلاعات، می توان تخمین زد که اتصال یک کوره به یک شینة خاص ، به طور متوسط چند در صد نوسان ولتاژ در شینه کوپلاژ مشترک ایجاد می کند. همان گونه که برای مجموعة در صد نوسانات ولتاژ، یک مقدار میانگین تعریف شده، برای فرکانس آنها نیز یک مقدار بر متوسط معادل با 5/1 هرتز تعریف شده است. با معلوم بودن این دو پارامتر، منحنیهای مشخصة فلیکر قابل استفاده شده و در نتیجه ارزیابی فلیکر امکان پذیر خواهد بود.
2-2-2-محاسبه تنزل ولتاژ اتصال کوتاه((Short circuit Voltage Depression
روش SCVD بر ارتباط بین شکایات رسیده از مشترکین مجاور کارخانه از مساله جشمک زدن و کاهش ولتاژ اتصال کوتاه در نقطه کوپلاژ مشترک استوار است . SCVDمعمولا بصورت درصد کاهش ولتاژ در نقطه P.C.Cاز حالت مدارباز کوره تا اتصال کوتاه هر سه فا ز آن , بیان میشود]5[
(1-3)
کمیتی با عنوان تنزل ولتاژ اتصال کوتاه تعریف شده است که به صورت اختصاری SCVD نمایش داده می شود. برای محاسبة این کمیت رابطة بالا به کار می رود که مشاهده می شود از همان اطلاعات مورد استفاده روش قبلی بهره می گیرد ]13[.
در کوره های قوس الکتریکی، ظرفیت نامی هر کوره حدوداً بین 48 تا 58 در صد ظرفیت اتصال کوتاه کوره می باشد. ، بنابراین صورت کسر رابطه(1-3) ، تقریباً همان ظرفیت اتصال کوره است.
بر این اساس، مقدار SCVD نشان می دهد که ظرفیت اتصال کوتاه کوره چه نسبتی از ظرفیت اتصال کوتاه شنیه تغذیه می باشد. این نسبت تخمینی از اثر اغتشاشی کوره خواهد بود.
در خاتمه این مبحث می توان گفت که چون در مراحل طراحی یک کارخانه فولاد با بارهای شدیداً اغتشاشی نظیر کوره های قوس الکتریکی، بخصوص در حالتی که امکان اندازه گیری عملی نیز وجود ندارد، باید روش هایی برای پیش بینی شدت فلیکر وجود داشته باشد که در این مبحث مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. این روش ها، صرفاً یک دید کلی و نه دقیق به طراح ارائه می نمایند که وی تا حدودی از اثرات اغتشاش در آینده آگاهی یابد.
استاندارد های مرتبط با موضوع فلیکر
از استانداردهای مرتبط با موضوع فلیکر می توان به استانداردهای سری 555IEC و 868IEC IEEE 519 – 1997-
استاندارد IEC در رابطه اندازه گیری فلیکر بوده و اطلاعاتی دربارة طراحی و ساخت فلیکر متر ارائه می نماید
فصل سوم روشهای اندازه گیری و ارزیابی فلیکر
3-1- روش های قدیمی
بر اساس روش های قدیمی ارزیابی فلیکر مستلزم در اختیار داشتن دوپارامتر عمده می باشد.
پارامتر اول، درصد نوسان ولتاژ یا در صد فلیکر ولتاژ و پارامتر دوم ، فرکانس یا فرکانس‌های وقوع نوسانات ولتاژ می‌باشند. این دو پارامتر را یا از طریق اندازه‌گیری و یا بر اساس اطلاعاتی که از مشخصات بار و وضعیت کارکرد آن در دسترس هست، می توان به دست آورد. با در اختیار داشتن این دو پارامتر،میتوان به منحنیهای مشخصه حساسیت فیلکر مراجعه کرد و درباره میزان در قابل احساس بودن یا آزار دهنده بودن فلیکر ایجاد شده قضاوت نمود شکل( 3-1 )نمونه ای از این منحنی‌ها که در سال 1934میلادی توسط شرکت جنرال الکتریک تهیه شده،مشاهده میشود.
تحقیق جامع و کامل درباره فلیکر
