Total harmonic distortion یا همان اعوجاج، معیاری کمی، برای سنجش شکل موج می‌باشد که در موارد مختلفی مثل بلندگو‌ها، چشمه‌های نور، ساز‌های موسیقی و موارد دیگر مطرح می‌باشد.
هارمونیک‌ها قسمت‌هایی از موج هستند که با فرکانس بالاتر یا پایین تر از جد نورمال موج اصلی ایجاد می‌شوند. در ادامه این مقاله با عوامل ایجاد THD و همچین راه و روش کنترل و حذف آن و کاربرد‌ها و استاندارد‌هایش آشنا خواهید شد.
THD به زبان ساده
شکل موج در موارد مختلف عموما به اصطلاح به حالت سینوسی می‌باشد به این معناکه به صورت یک نواخت و منظم از دره‌ها و قله‌های متوالی تشکیل شده است.
حال به عنوان مثال زمانی که یک لامپ پرتو نوری از خود ساطع می‌کند نیز به صورت آرمانی و ایده‌آل باید دارای موجی بدون نویز و به حالت سینوسی باشد؛ اما در بسیاری موارد این اتفاق نخواهد افتاد و تا میزان اندکی نوسان در آن موج وجود خواهد داشت.
به این نوسان موجود در موج اعوجاج یا THD گفته میشود. این پارامتر به صورت درصدی بیان میشود و هرچه درصد بیان شده کمتر باشد نشان دهنده کیفیت بهتر موج می‌باشد. حال آن که آن موج، برای نور باشد یا صدا یا هر چیز دیگر.
عوامل ایجاد هارمونیک
به کار گرفتن بار‌های غیر خطی و سیستم‌های مداری یکی از عوامل موثر در ایجاد هارمونیک می‌باشد؛ که باعث ایجاد امواج غیر سینوسی شده و با انتقال از منبع به بار‌ها شدت آن نیز افزایش می‌یابد.
اما اگر بخواهیم قطعاتی در دستگاه‌های مختلف که باعث ایجاد اعوجاج می‌شوند، نام ببریم، می‌توان از موارد زیر یاد کرد:
درایور‌های الکترونیکی PWM
بانک‌های خازنی
منبع تغذیه کامپیوترها
شارژر‌های باطری
کوره‌های القایی
مبدل‌های الکترونیکی نیرو مثل یک سو ساز‌ها (دیود ها در لامپ) اینورتر‌ها
ترانس‌ها و ماشین‌های الکتریکی
لامپ‌های فلورسنت و تجهیزات تخلیه‌ای
کاربرد THD
THD به این دلیل اندازه گیری و نام‌گذاری شد که افراد پارامتری برای اندازه گیری میزان کیفیت موج در دسترس داشته باشند و بتوان با معیار مشخصی در سطوح مختلف امواج را مورد بررسی کیفی قرار داد و برای آن استاندارد مشخص کرد.
حال این موج می‌تواند موج صدا باشد یا موج نور.
اثرات THD:
اصولا هارمونیک‌ها اثر مثبتی بر هیچ قسمتی نداردند و تنها باعث کاهش راندمان بخش‌های مختلف و از کار افتادن یا آسیب دیدن بخش‌ها میشود.
به عنوان مثال، ازدیاد هارمونیک سبب تشدید جریان خازن‌ها و هدر رفت ترانسفورمر‌ها و هادی‌ها میشود که اختلالات متعددی در سیستم‌های حفاظتی و کنترلی دستگاه ایجاد می‌کند.
یا در مثال دیگر زیاد شدن اعوجاج مساوی است با گرم شدن بیش از حد ماشین و کاهش راندمان و عمر مفید آن و آسیب دیدن کابل‌های متصل به دستگاه و بانک‌های خازنی آن.
اما به طور کلی THD بر چهار مورد اثر مخربی می‌گذارد که عبارتند از: عایق‌ها، اثرات دمایی، مدار‌ها و شبکه قدرت
محدوده استاندارد اعوجاج
جریان دارای اعوجاج وارد شده به یک سیسیتم می‌تواند بر روی قسمت‌های دیگری از سیستم نیز اثرات مخلبی بگذارد. از این روی استاندارد‌هایی وضع شد تا از وجود جریان‌های حاوی هارمونیک محدود شود.
البته استاندارد‌های IEC به طور کامل به این مقوله پرداخته است و در آن محصولاتی که جریان ورودی آن‌ها 16A کمتر باشد و محصولاتی که جریان ورودی آن‌ها بیشتر از16A باشد، از هم تفکیک شده است.
حذف هارمونیک
هارمونیک‌ها اگرچه پارامتر های آسیب زایی هستند و وجود آن‌ها باعث تخریب سیستم دستگاه میشود؛ اما با استفاده از فاکتور‌هایی می‌توان آن را کنترل کرد و میزان آن را کاهش داد. در ادامه به بررسی آن می‌پردازیم:
-
استفاده از مدار PFC:
به کار بردن مدار‌های PFC و تصحیح ضریب توان، سبب کاهش اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان میشود و در نهایت از میزان اعوجاج می‌کاهد. این مدار به نوعی مقاومتی برای THD شبیه سازی می‌کند.
-
اضافه کردن فیلتر شنت:
این فیلتر اعوجاج را در نزدیکی منبع جریان اتصال کوتاه می‌کند و به همین ترتیب هم اعوجاج را کاهش می‌دهد و هم ضریب قدرت را تصحیح می‌کند. این مورد رایج ترین نوع کنترل کننده THD است که صرفه اقتصادی بالایی دارد.
-
استفاده از ترانسفورمر:
راکتور خطی یا ترنسفورمر، بین ضریب قدرت خازن‌ها اصلاحاتی انجام می‌دهد و به همین ترتیت باعث کاهش اعوجاج میشود.
فرمول محاسبه THD:
THD در لامپ ال ای دی
لامپ ال ای دی که به روز ترین محصول روشنایی حال حاضر هستند و با تکنولوژی‌های مختلفی تولید می‌شوند، از نظر میزان THD مقررات سخت گیرانه‌ای برای آن‌ها وضع شده است که از کیفیت نوری خوبی برخوردار باشند و بدون نویز و اشمالاتی از این قبیل پرتو‌های خود را بتابانند.
محدوده اعوجاج در محصولات روشنایی از 5 تا 150 است که همانطور که قبل تر هم اشاره شد هرچه مقدار آن کمتر باشد کیفیت نور بالاتر است. در ال ای دی ها نیز به همین ترتیب بیشتر لامپ‌های ال ای دی با کیفیت دارای THD کمتر از 12 می‌باشد.
در هر حال با افزایش کیفیت نور می‌توان به کمتر شدن سردرد‌های مزمن و همچنین آلودگی نوری کمک کرد.
اگر علاقمند به مطالعه مقاله ای در خصوص آلودگی نوری هستید پیشنهاد می‌کنیم مقاله آلودگی نوری که بر روی سایت قرار گرفته است را مطالعه کنید.