מה גורם להרמוניות במערכות חשמליות

הרמוניות במערכות חשמליות נגרמות על ידי מטענים לא ליניאריים המפיקים גלי זרם או מתח שאינם סינוסואידליים במערכות זרם חילופין. הרמוניות הן רכיבי גל סינוסואידליים בעוצמה של כפולות שלמות של תדרים אחרים מאשר התדר הבסיסי. להלן כמה מהסיבות העיקריות להרמוניות במערכות חשמליות:

מטען לא ליניארי

מטענים לא ליניאריים הם כאלה בהם הזרם אינו קשור באופן ליניארי למתח. סוג זה של מטען הוא נפוץ במערכת החשמל, והמקורות העיקריים כוללים:

• מתקן ישר זרם: מכשיר המשמש להמרת זרם חילופין לזרם ישר, כגון עטיפת כוח, מبدل תדרים וכדומה.

• ספק כוח מעבר: ספק החשמל הנפוץ במתקני אלקטרוניקה מודרניים, כגון ספק כוח מחשבים, טעיני טלפונים ניידים וכדומה.

• ממיר: מכשיר המשמש להמרת זרם ישר לזרם חילופין, נפוץ במערכות פוטו-וולטאיות סולריות, תחנות טעינה למכוניות חשמליות וכדומה.

• נהגת תדר משתנה: מכשיר המשמש לקביעת מהירות מנוע, בשימוש נרחב בתחום האוטומציה התעשייתית.

• מכונה ל悍接机：在焊接过程中会产生非线性电流。הנדבקות: נוצר זרם לא ליניארי במהלך תהליך ההדבקה.

• נורות דלקת גז: כאלה כמו נורות פלורסנט, נורות סודיום ברץ גבוה ועוד, יוצרות הרמוניות במהלך ההדלקה והפעולה.

ציוד אלקטרוני כוח

ציוד אלקטרוני כוח הנמצא בשימוש נרחב במערכות כוח מודרניות הוא גם מקור חשוב להרמוניות:

• מחליף תדר: משמש לקביעת מהירות ומומנט המנוע החילופי, עקרון פעולתו יוצר הרמוניות.

• UPS (ספק כוח בלתי מתווך): נוצרות הרמוניות בעת מעבר לโหมด ספק מבатарיה.

• ממיר: מכשיר המשמש לשינוי תדר זרם חילופין, כגון ממיר המשמש לייצור חשמל מветר.

מנועים וממררים

אפילו במנועים וממררים מסורתיים, עשויים להיווצר הרמוניות קלות עקב סיבות כגון השפעת רוויה מגנטית:

• מנועים: במיוחד בשלבי ההפעלה, עשויים להיווצר הרמוניות עקב השפעת עקומות מגנטיזציה לא ליניאריות.

• ממרר: כאשר הממרר עובד באזור הרוויה, ייווצרו גם כן הרמוניות.

בעיות עם הרשת עצמה

• מטען לא מאוזן: מטען לא מאוזן במערכת שלושה פאזה יכול לגרום לזרם ניטרלי להכיל הרמוניות.

• העברת מרחקים ארוכים: במהלך העברת מרחקים ארוכים, השפעות האינדוקטיביות והקיבוליות של הקו עשויות להוביל להגדלת הרמוניות.

גורמים נוספים

• הזדקנות של ציוד כוח: ציוד כוח ישן עשוי לייצר הרמוניות נוספות עקב התחשלות של רכיבים פנימיים.

• גימורים שגויים: מערכות כוח גרועות מעצבות יכולות להוביל להגדלת או יצירה של הרמוניות.

השפעת הרמוניות

הרמוניות יכולות לגרום למספר רב של השפעות שליליות על מערכות כוח, כולל אך לא רק:

• הגדלת אובדן ציוד: הרמוניות יכולות להוביל לאובדן נוסף של מנועים, ממררים וציוד אחר, ולחצר את תקופת החיים שלהם.

• הקטנת יעילות המערכת: הרמוניות יכולות להקטין את יעילות המערכת ולהגדיל את צריכת האנרגיה.

• פגיעה במדידת דיוק: הרמוניות יפריעו לדיוק המדידה של מד חשמל, ובכך יובילו לחישוב שגוי של תשלום החשמל.

• התערבות במערכת תקשורת: הרמוניות יגרמו להתערבות במערכת תקשורת ויגבירו על איכות העברת הסימן.

• הפעלת תהודה: במקרים מסוימים, הרמוניות יכולות להראות תהודה עם אינדקטור וקבל במערכת, ולגרום לבעיות חמורות באיכות החשמל.

אמצעי לדיכוי הרמוניות

כדי להפחית את השפעת הרמוניות, בדרך כלל מנקטים באחרים הבאים:

• מסננים: התקנת מסננים פסיביים או פעילים כדי לספוג או להכillez הרמוניות.

• הגדלת האינדוקטיביות של המטען: על ידי הגדלת האינדוקטיביות של המטען כדי לדכא הרמוניות.

• שיפור מאפייני המטען: שימוש במטען בעל תוכן הרמוניות נמוך, כגון מתקן ישר זרם של שלושה פאזה במקום מתקן ישר זרם חד-פאתי.

• פיצוי ריאקטיבי דינמי: שימוש בציוד כגון SVG (מפעיל ריאקטיבי סטטי) לפיצוי ריאקטיבי דינמי.

סיכום

הרמוניות במערכות חשמליות נגרמות בעיקר על ידי מטענים לא ליניאריים, כגון מתקני ישר זרם, ספק כוח מעבר, ממירים, נהגות תדר משתנה ועוד. הרמוניות יכולות להשפיע שלילית על ביצועי ואמינות מערכת החשמל, ולכן יש לנקוט בצעדים מתאימים לדיכוי או ביטול הרמוניות.