Apakah yang menyebabkan harmonik dalam sistem elektrik?

Harmonik dalam sistem elektrik disebabkan oleh beban bukan linear yang menghasilkan bentuk gelombang arus atau voltan yang tidak sinusoidal dalam sistem arus ulang-alik. Harmonik adalah komponen gelombang sinus dengan gandaan integer frekuensi selain frekuensi asas. Berikut adalah beberapa penyebab utama harmonik dalam sistem elektrik:

Beban bukan linear

Beban bukan linear adalah beban di mana arus tidak berkaitan secara linear dengan voltan. Jenis beban ini biasa dalam sistem kuasa, dan sumber utamanya termasuk:

• Rektifer: Peranti yang digunakan untuk menukar arus ulang-alik kepada arus searah, seperti penjanakuasa, pengubah frekuensi, dll.

• Penjanakuasa beralih: Penjanakuasa yang biasa digunakan dalam peralatan elektronik moden, seperti penjanakuasa komputer, cas telefon mudah alih, dll.

• Inverter: Peranti yang digunakan untuk menukar arus searah kepada arus ulang-alik, biasa ditemui dalam sistem fotovoltaik solar, stesen pengcas kenderaan elektrik, dll.

• Pemacu frekuensi boleh ubah: peranti yang digunakan untuk mengawal kelajuan motor, luas digunakan dalam bidang otomasi industri.

• Mesin las ark: Arus bukan linear dihasilkan semasa proses penyambungan.

• Lampu pelepasan gas: seperti lampu fluorensen, lampu natrium tekanan tinggi, dll., akan menghasilkan harmonik semasa permulaan dan operasi.

Peralatan elektronik kuasa

Peranti elektronik kuasa yang luas digunakan dalam sistem kuasa moden juga merupakan sumber penting harmonik:

• Pengubah frekuensi: digunakan untuk mengawal kelajuan dan tork motor AC, prinsip kerjanya akan menghasilkan harmonik.

• UPS (Sumber Kuasa Tidak Terputus): Harmonik dihasilkan apabila berpindah ke mod pengcas bateri.

• Penukar: Peranti yang digunakan untuk mengubah frekuensi arus ulang-alik, seperti penukar yang digunakan dalam penjanaan tenaga angin.

Motor dan transformator

Walaupun dalam motor dan transformator tradisional, harmonik ringan mungkin berlaku disebabkan faktor-faktor seperti kesan jemu magnet:

• Motor: Terutamanya pada fasa permulaan, harmonik mungkin dihasilkan disebabkan pengaruh kurva pemagnetan bukan linear.

• Transformator: Apabila transformator bekerja dalam kawasan jemu, ia juga akan menghasilkan harmonik.

Masalah dengan rangkaian sendiri

• Beban tidak seimbang: Beban tidak seimbang dalam sistem tiga fasa boleh menyebabkan arus neutral mengandungi harmonik.

• Penghantaran jarak jauh: Dalam proses penghantaran jarak jauh, kesan induktansi dan kapasitansi laluan mungkin menyebabkan amplifikasi harmonik.

Faktor lain

• Penuaan peralatan kuasa: Peralatan kuasa yang lebih tua mungkin menghasilkan harmonik tambahan disebabkan penurunan komponen dalaman.

• Rancangan yang cacat: Sistem kuasa yang dirancang dengan buruk boleh menyebabkan amplifikasi atau penghasilan harmonik.

Kesan harmonik

Harmonik boleh menyebabkan pelbagai kesan negatif pada sistem kuasa, termasuk tetapi tidak terhad kepada:

• Kerugian peralatan bertambah: Harmonik boleh menyebabkan kerugian tambahan pada motor, transformator, dan peralatan lain, memendekkan tempoh hidup.

• Menurunkan kecekapan sistem: Harmonik boleh menurunkan kecekapan sistem dan meningkatkan penggunaan tenaga.

• Mempengaruhi ketepatan pengukuran: Harmonik akan mengganggu ketepatan pengukuran meter tenaga, menyebabkan pengiraan caj elektrik yang salah.

• Gangguan pada sistem komunikasi: Harmonik akan menyebabkan gangguan pada sistem komunikasi dan mempengaruhi kualiti penghantaran isyarat.

• Memicu resonans: Dalam sesetengah kes, harmonik boleh beresonans dengan induktor dan kapasitor dalam sistem, menyebabkan masalah kualiti kuasa yang serius.

Tindakan penekanan harmonik

Untuk mengurangkan kesan harmonik, langkah-langkah berikut biasanya diambil:

• Penapis: Pasang penapis pasif atau aktif untuk menyerap atau melawan harmonik.

• Meningkatkan induktansi beban: Dengan meningkatkan induktansi beban untuk menekan harmonik.

• Meningkatkan ciri-ciri beban: Gunakan beban dengan kandungan harmonik rendah, seperti rektifer tiga fasa daripada rektifer satu fasa.

• Pembayaran reaktif dinamik: Gunakan peralatan seperti SVG (penjana reaktif statik) untuk pembayaran reaktif dinamik.

Kesimpulan

Harmonik dalam sistem elektrik kebanyakannya disebabkan oleh beban bukan linear, seperti rektifer, penjanakuasa beralih, inverter, pemacu frekuensi boleh ubah, dll. Harmonik boleh memberi kesan negatif terhadap prestasi dan kebolehpercayaan sistem kuasa, oleh itu perlu mengambil langkah-langkah yang sesuai untuk menekan atau menghapuskan harmonik.