چرا امواج مربعی برای خطوط انتقال برق استفاده نمی‌شوند

چرا خطوط انتقال از موج مربعی استفاده نمی‌کنند و موج سینوسی را ترجیح می‌دهند شامل چند جنبه از مهندسی برق می‌شود، از جمله کارایی، سازگاری تجهیزات، تداخل الکترومغناطیسی، پایداری سیستم و کنترل و اندازه‌گیری. در زیر توضیحات دقیق‌تر آورده شده است:

۱. کارایی و تلفات

• تشویه هارمونیک: موج‌های مربعی حاوی مولفه‌های هارمونیک غنی هستند. این هارمونیک‌ها وقتی از طریق خطوط برق منتقل می‌شوند، تلفات اضافی ایجاد می‌کنند، از جمله تلفات مقاومتی در هادی‌ها و تلفات فولادی و مسی در ترانسفورماتورها و موتورها.

• اثر پوسته‌ای: هارمونیک‌های با فرکانس بالا باعث متمرکز شدن جریان روی سطح هادی می‌شوند، پدیده‌ای که به آن "اثر پوسته‌ای" گفته می‌شود. اثر پوسته‌ای مقاومت مؤثر هادی را افزایش می‌دهد و منجر به تلفات انتقال بالاتر می‌شود.

۲. سازگاری تجهیزات

• ترانسفورماتورها و موتورها: بیشتر تجهیزات الکتریکی مانند ترانسفورماتورها و موتورها برای موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند. موج‌های سینوسی مطمئن می‌شود که این دستگاه‌ها به بهینه عمل کنند و کارایی آنها را افزایش می‌دهند و عمر مفید آنها را افزایش می‌دهند.

• دستگاه‌های محافظ: دستگاه‌های محافظ رله‌ای و تجهیزات محافظ دیگر نیز برای موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند. موج‌های مربعی می‌توانند باعث خرابی این دستگاه‌ها شوند و امنیت و قابلیت اطمینان سیستم را تحت تأثیر قرار دهند.

۳. تداخل الکترومغناطیسی

• تداخل الکترومغناطیسی (EMI): هارمونیک‌های مرتبه بالا در موج‌های مربعی تداخل الکترومغناطیسی قوی ایجاد می‌کنند که عملکرد عادی دستگاه‌های الکترونیکی اطراف را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال، ارتباطات رادیویی، تجهیزات پزشکی و کامپیوترها ممکن است توسط تداخل تحت تأثیر قرار بگیرند.

• تداخل تابشی: لبه‌های صعودی و نزولی سریع موج‌های مربعی تابش الکترومغناطیسی شدیدی ایجاد می‌کنند که به ویژه در خطوط انتقال دور مسافت مشهود است و ممکن است منجر به خرابی دستگاه‌ها و خطاهای انتقال داده شود.

۴. پایداری سیستم

• آلودگی هارمونیک: مولفه‌های هارمونیک در موج‌های مربعی سیستم برق را آلوده می‌کنند و پایداری شبکه و کیفیت برق را تحت تأثیر قرار می‌دهند. هارمونیک‌ها می‌توانند تحریف ولتاژ، نوسان فرکانس و مشکلات دیگر را ایجاد کنند که می‌تواند منجر به گرم شدن و خرابی تجهیزات شود.

• توان واکنشی: هارمونیک‌ها همچنین تقاضای توان واکنشی سیستم را افزایش می‌دهند، ضریب توان را کاهش می‌دهند و بار سیستم را افزایش می‌دهند که می‌تواند منجر به کاهش ولتاژ و بار زیاد تجهیزات شود.

۵. کنترل و اندازه‌گیری

• دقّت اندازه‌گیری: موج‌های سینوسی راحت‌تر اندازه‌گیری و کنترل دقیق می‌شوند. دستگاه‌های و ابزارهای اندازه‌گیری استاندارد برای موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند و داده‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

• الگوریتم‌های کنترل: بسیاری از الگوریتم‌های کنترل و منطق‌های محافظ در سیستم‌های برق بر اساس فرضیه موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند. موج‌های مربعی می‌توانند باعث خرابی یا تولید خطاهای این الگوریتم‌ها شوند.

۶. فاصله انتقال

انتقال دور مسافت: موج‌های سینوسی برای انتقال دور مسافت مناسب‌تر هستند. خطوط انتقال دور مسافت اغلب از انتقال با ولتاژ بالا استفاده می‌کنند و موج‌های سینوسی می‌توانند ولتاژ و جریان را بهتر ثابت نگه دارند و تلفات انتقال را کاهش دهند.

خلاصه

دلایلی که خطوط انتقال از موج مربعی استفاده نمی‌کنند و موج سینوسی را ترجیح می‌دهند شامل موارد زیر است:

• کارایی و تلفات: موج‌های سینوسی تشویه هارمونیک و اثر پوسته‌ای را کاهش می‌دهند و کارایی انتقال را افزایش می‌دهند.

• سازگاری تجهیزات: موج‌های سینوسی مطمئن می‌شود که تجهیزات الکتریکی به بهینه عمل کنند و کارایی و عمر مفید آنها را افزایش می‌دهند.

• تداخل الکترومغناطیسی: موج‌های سینوسی تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهند و عملکرد عادی دستگاه‌های الکترونیکی اطراف را حفظ می‌کنند.

• پایداری سیستم: موج‌های سینوسی آلودگی هارمونیک را کاهش می‌دهند و پایداری شبکه و کیفیت برق را افزایش می‌دهند.

• کنترل و اندازه‌گیری: موج‌های سینوسی اندازه‌گیری و کنترل دقیق را تسهیل می‌کنند و قابلیت اطمینان و امنیت سیستم را تضمین می‌کنند.

• فاصله انتقال: موج‌های سینوسی برای انتقال دور مسافت مناسب‌تر هستند و تلفات انتقال را کاهش می‌دهند.