Què provoca les harmoniques en els sistemes elèctrics?
Els harmònics en els sistemes elèctrics són causats per càrregues no lineals que produeixen ones de corrent o tensió no sinusoidals en sistemes de corrent alternada. Els harmònics són components d'ona sinusoidal amb múltiples integrals de freqüències diferents a les freqüències fonamentals. A continuació es mostren algunes de les principals causes d'harmònics en els sistemes elèctrics:
Càrrega no lineal
Les càrregues no lineals són aquelles en les quals la corrent no està relacionada linealment amb la tensió. Aquest tipus de càrrega és comuna en el sistema de potència, i les fonts principals inclouen:
Rectificador: un dispositiu utilitzat per convertir la corrent alternada en corrent contínua, com ara un adaptador de corrent, un convertidor de freqüència, etc.
Font d'alimentació commutada: la font d'alimentació comunament utilitzada en l'equip electrònic modern, com ara les fonts d'alimentació dels ordinadors, els carregadors de mòbils, etc.
Inversor: un dispositiu utilitzat per convertir la corrent contínua en corrent alternada, comunament trobat en sistemes fotovoltaics solars, estacions de càrrega de vehicles elèctrics, etc.
Driver de freqüència variable: un dispositiu utilitzat per controlar la velocitat d'un motor, ampliament utilitzat en el camp de l'automatització industrial.
Màquina de soldadura per arc: es genera una corrent no lineal durant el procés de soldadura.
Llums de descàrrega de gas: com les llums fluorescentes, llums de sodi de alta pressió, etc., produeixen harmònics durant l'engegada i la operació.
Equip electrònic de potència
Els dispositius electrònics de potència àmpliament utilitzats en els sistemes de potència moderns també són fonts importants d'harmònics:
Convertidor de freqüència: utilitzat per controlar la velocitat i el moment de torsió del motor de corrent alternada, el seu principi de funcionament produeix harmònics.
SAP (Sistema d'Alimentació Ininterrompuda) : es generen harmònics quan es canvia al mode d'alimentació per bateria.
Convertidor: un dispositiu utilitzat per canviar la freqüència de la corrent alternada, com ara un convertidor utilitzat en la generació d'energia eòlica.
Motors i transformadors
Fins i tot en els motors i transformadors tradicionals, poden ocórrer lleus harmònics per raons com l'efecte de saturació magnètica:
Motors: especialment en la fase d'engegada, es poden generar harmònics degut a l'influència de les corbes de magnetització no lineals.
Transformador: quan el transformador treballa en l'àrea saturada, també produeix harmònics.
Problemes amb la xarxa en si mateixa
Càrrega desequilibrada: una càrrega desequilibrada en un sistema trifàsic pot fer que la corrent neutra contingui harmònics.
Transmissió a llarga distància: en el procés de transmissió a llarga distància, els efectes d'inductància i capacitància de la línia poden portar a l'amplificació d'harmònics.
Altres factors
Envelleciment de l'equip de potència: l'equip de potència antic pot produir harmònics addicionals degut a la degradació dels components interns.
Defectes de disseny: els sistemes de potència mal dissenyats poden portar a l'amplificació o generació d'harmònics.
Efecte dels harmònics
Els harmònics poden causar diversos efectes adversos en els sistemes de potència, inclosos però no limitats a:
Augment de les pèrdues d'equipament: els harmònics poden portar a pèrdues addicionals de motors, transformadors i altres equips, reduint la vida útil.
Reduir l'eficiència del sistema: els harmònics poden reduir l'eficiència del sistema i augmentar el consum d'energia.
Afectar la precisió de mesura: els harmònics interferiran amb la precisió de mesura del comptador d'energia, resultant en un càlcul incorrecte de les tarifes d'electricitat.
Interferència amb el sistema de comunicació: els harmònics causaran interferències al sistema de comunicació i afectaran la qualitat de la transmissió del senyal.
Triggering resonance: en alguns casos, els harmònics poden resonar amb els inductors i condensadors del sistema, causant problemes seriosos de qualitat de la potència.
Mesures de supressió d'harmònics
Per reduir l'impacte dels harmònics, se solen prendre les següents mesures:
Filtres: instal·lar filtres passius o actius per absorir o contrarestar els harmònics.
Augmentar la inductància de la càrrega: incrementant la inductància de la càrrega per suprimir els harmònics.
Millorar les característiques de la càrrega: utilitzar una càrrega amb baix contingut d'harmònics, com un rectificador trifàsic en lloc d'un rectificador monofàsic.
Compensació reactiva dinàmica: utilitzar equipaments com el SVG (generador estàtic de potència reactiva) per a la compensació reactiva dinàmica.
Resum
Els harmònics en els sistemes elèctrics són principalment causats per càrregues no lineals, com rectificadors, fonts d'alimentació commutades, inversors, drivers de freqüència variable, etc. Els harmònics poden afectar negativament el rendiment i la fiabilitat del sistema de potència, per tant, és necessari prendre les mesures adequades per suprimir o eliminar els harmònics.
