Какви причини водят до хармоники в електрическите системи?

Хармониците в електрическите системи са причинени от нелинейни натоварвания, които произвеждат несинусоидални вълнови форми на тока или напрежението в алтернативните системи. Хармониците са синусови компоненти с интегрални кратни честоти, различни от основната честота. Ето някои от основните причини за хармониците в електрическите системи:

Нелинейно натоварване

Нелинейните натоварвания са такива, при които токът не е линейно свързан с напрежението. Този тип натоварване е широко разпространен в електроенергийната система, и основните източници включват:

• Ректификатор: Устройство, използвано за преобразуване на алтернативен ток в постоянен, като адаптери за напрежение, преобразуватели на честота и т.н.

• Импулсни блокове захранване: Блоковете захранване, широко използвани в модерната електроника, като захранване на компютри, зарядни устройства за мобилни телефони и т.н.

• Инвертор: Устройство, използвано за преобразуване на постоянен ток в алтернативен, обикновено се среща в фотоелектрични системи, зарядни станции за електромобили и т.н.

• Променливочестотен привод: Устройство, използвано за контрол на скоростта на двигател, широко използвано в областта на индустриалната автоматизация.

• Дъгова сварочна машина: При сваряването се генерира нелинеен ток.

• Газови разрядни лампи: Такива като флуоресцентни лампи, високонапрежни натриеви лампи и т.н., произвеждат хармоници при стартиране и работа.

Електронни устройства за мощност

Електронните устройства за мощност, широко използвани в модерните електроенергийни системи, са също важни източници на хармоници:

• Преобразувател на честота: Използван за контрол на скоростта и момента на AC двигателя, принципът му на работа произвежда хармоници.

• UPS (без прекъсване на захранването): Хармониците се генерират, когато се преминава в режим на батерийно захранване.

• Конвертор: Устройство, използвано за промяна на честотата на алтернативния ток, като конвертор, използван в вятровата енергия.

Двигатели и трансформатори

Даже в традиционните двигатели и трансформатори, леки хармоници могат да възникнат поради причини като магнитна насыщеност:

• Двигатели: Особено в началния етап, хармониците могат да бъдат генерирана поради влиянието на нелинейни магнитизационни криви.

• Трансформатор: Когато трансформаторът работи в насятен район, той също произвежда хармоници.

Проблеми с самата мрежа

• Неуравновесено натоварване: Неуравновесеното натоварване в тритефазна система може да доведе до наличието на хармоници в нейния ток.

• Дългобройна предавка: В процеса на дългобройна предавка, индуктивността и капацитетността на линията може да доведе до увеличаване на хармониците.

Други фактори

• Стареене на електроустановки: По-старите електроустановки могат да произвеждат допълнителни хармоници поради деградацията на вътрешните компоненти.

• Дизайнерски дефекти: Лошо проектирани електроенергийни системи могат да доведат до увеличаване или генериране на хармоници.

Ефект от хармониците

Хармониците могат да причинят различни неблагоприятни ефекти върху електроенергийните системи, включително, но не ограничавайки се до:

• Увеличаване на загубите на оборудването: Хармониците могат да доведат до допълнителни загуби на двигатели, трансформатори и друго оборудване, съкращавайки срока на ползване.

• Намаляване на ефективността на системата: Хармониците могат да намалят ефективността на системата и да увеличи потреблението на енергия.

• Влияние върху точността на измерването: Хармониците ще въздействат върху точността на измерването на счетача за енергия, водейки до грешки в изчисленията на фактурата за електроенергия.

• Възпрепятстване на комуникационната система: Хармониците ще причинят възпрепятстване на комуникационната система и ще засегнат качеството на сигнала.

• Предизвикване на резонанс: В някои случаи, хармониците могат да резонират с индукторите и кондензаторите в системата, причинявайки сериозни проблеми с качеството на електроенергията.

Мерки за подаване на хармониците

За да се намали въздействието на хармониците, обикновено се взимат следните мерки:

• Филтри: Инсталирайте пасивни или активни филтри, за да абсорбират или противодействат на хармониците.

• Увеличете индуктивността на натоварването: Чрез увеличаване на индуктивността на натоварването, за да подавите хармониците.

• Подобряване на характеристиките на натоварването: Използвайте натоварване с нисък съдържание на хармоници, като трифазен ректификатор вместо единофазен ректификатор.

• Динамично реактивно компенсиране: Използвайте оборудване като SVG (статичен реактивен генератор) за динамично реактивно компенсиране.

Резюме

Хармониците в електроенергийните системи са главно причинени от нелинейни натоварвания, като ректификатори, импулсни блокове захранване, инвертори, променливочестотни приводи и т.н. Хармониците могат да окажат неблагоприятно влияние върху производителността и надеждността на електроенергийната система, затова е необходимо да се предприемат подходящи мерки за подаване или елиминиране на хармониците.