Hvad forårsager harmonier i elektriske systemer?

Harmoniske svingninger i elektriske systemer skyldes ikke-lineære laster, der producerer ikke-sinusformede strøm- eller spændingsbølger i vekselstrømsystemer. Harmoniske svingninger er sinuskomponenter med heltallige multipler af frekvenser, som ikke er grundfrekvensen. Følgende er nogle af de hovedårsager til harmoniske svingninger i elektriske systemer:

Ikke-lineær last

Ikke-lineære laster er dem, hvor strømmen ikke er lineært relateret til spændingen. Denne type last er almindelig i kraftsystemet, og de primære kilder inkluderer:

• Rektifier: En enhed, der bruges til at konvertere vekselstrøm til gennemstrøm, såsom en strømforsyning, frekvenskonverter, osv.

• Switching power supply: Den strømforsyning, der typisk anvendes i moderne elektronikudstyr, såsom computerstrømforsyninger, mobiltelefonopladers, osv.

• Inverter: En enhed, der bruges til at konvertere gennemstrøm til vekselstrøm, ofte fundet i solcellefotovoltaiske systemer, elbiloplader, osv.

• Variable frequency driver: En enhed, der bruges til at kontrollere hastigheden på en motor, bredt anvendt inden for industrielle automatiseringssystemer.

• Buevejse-maskine: Ikke-lineær strøm genereres under vejsprocessen.

• Gasudladningslamp: såsom lysrør, højtryk-natriumlamp, osv., vil producere harmoniske svingninger under opstart og drift.

Kraftelektroniske udstyr

Kraftelektroniske enheder, der er bredt anvendt i moderne kraftsystemer, er også vigtige kilder til harmoniske svingninger:

• Frekvenskonverter: Anvendes til at kontrollere hastighed og drejningsmoment for AC-motor, dens arbejdsmåde vil producere harmoniske svingninger.

• UPS (ubrudt strømforsyning): Harmoniske svingninger genereres, når der skiftes til batteri-strømforsyning.

• Konverter: En enhed, der bruges til at ændre frekvensen af vekselstrøm, såsom en konverter, der anvendes i vindkraftproduktion.

Motorer og transformatorer

Selv i traditionelle motorer og transformatorer kan lette harmoniske svingninger forekomme på grund af årsager som magnetisk mættelseseffekt:

• Motorer: Specielt i startfasen kan harmoniske svingninger genereres på grund af ikke-lineære magnetiseringskurver.

• Transformator: Når transformatoren arbejder i det mættede område, vil den også producere harmoniske svingninger.

Problemer med selve nettet

• Ubalanceret last: En ubalanceret last i et tre-fase-system kan føre til, at neutralstrømmen indeholder harmoniske svingninger.

• Langafstandsoverførsel: I processen med langafstandsoverførsel kan induktions- og kapacitanceffekter af linjen føre til forstærkning af harmoniske svingninger.

Andre faktorer

• Alderdom af kraftudstyr: Ældre kraftudstyr kan producere yderligere harmoniske svingninger på grund af nedbrydning af interne komponenter.

• Designfejl: Dårligt designet kraftsystemer kan føre til forstærkning eller generering af harmoniske svingninger.

Effekt af harmoniske svingninger

Harmoniske svingninger kan forårsage en række negative effekter i kraftsystemer, herunder, men ikke begrænset til:

• Forhøjet udslip fra udstyr: Harmoniske svingninger kan føre til yderligere tab i motorer, transformatorer og andet udstyr, hvilket forkorter levetiden.

• Reduktion af systemeffektivitet: Harmoniske svingninger kan reducere systemeffektiviteten og øge energiforbruget.

• Påvirkning af målnøjagtighed: Harmoniske svingninger vil forstyrre målnøjagtigheden af energimåleren, hvilket fører til fejlagtig beregning af elomkostninger.

• Forstyrrelse af kommunikationssystem: Harmoniske svingninger vil forårsage forstyrrelser i kommunikationssystemet og påvirke kvaliteten af signaloverførslen.

• Udløsning af resonans: I nogle tilfælde kan harmoniske svingninger resonere med induktorer og kondensatorer i systemet, hvilket forårsager alvorlige problemer med kvaliteten af strømmen.

Foranstaltninger mod harmoniske svingninger

For at reducere effekten af harmoniske svingninger tages normalt følgende foranstaltninger:

• Filtre: Installér passive eller aktive filtre for at absorbere eller modvirke harmoniske svingninger.

• Forhøj induktansen af lasten: Ved at forhøje induktansen af lasten for at undertrykke harmoniske svingninger.

• Forbedring af lastegenskaber: Brug en last med lavt harmonisk indhold, f.eks. en tre-fase rektifier i stedet for en en-fase rektifier.

• Dynamisk reaktiv effekt kompensation: Brug udstyr som SVG (static reactive power generator) for dynamisk reaktiv effekt kompensation.

Sammenfatning

Harmoniske svingninger i elektriske systemer skyldes hovedsageligt ikke-lineære laster, såsom rektificere, switching power supplies, invertorer, variable frequency drivers, osv. Harmoniske svingninger kan negativt påvirke ydeevnen og pålideligheden af kraftsystemet, så det er nødvendigt at træffe passende foranstaltninger for at undertrykke eller eliminere harmoniske svingninger.