Wat veroorzaakt harmonischen in elektrische systemen?

Harmonieën in elektrische systemen worden veroorzaakt door niet-lineaire belastingen die niet-sinusvormige stroom- of spanningssignalen in wisselstroomsystemen produceren. Harmonieën zijn sinusgolfcomponenten met gehele veelvouden van frequenties anders dan de grondfrequenties. De volgende zijn enkele van de belangrijkste oorzaken van harmonieën in elektrische systemen:

Niet-lineaire belasting

Niet-lineaire belastingen zijn belastingen waarbij de stroom niet lineair gerelateerd is aan de spanning. Dit type belasting komt vaak voor in het energienetwerk, en de belangrijkste bronnen zijn:

• Rectifier: Een apparaat dat wordt gebruikt om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom, zoals een netadapter, frequentieomzetter, enz.

• Schakelvoeding: De voeding die algemeen wordt gebruikt in moderne elektronische apparatuur, zoals computer voedingen, telefoonladers, enz.

• Inverter: Een apparaat dat wordt gebruikt om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom, meestal gevonden in zonnepanelen, laadstations voor elektrische voertuigen, enz.

• Frequentieregelaar: een apparaat dat wordt gebruikt om de snelheid van een motor te regelen, wijdverspreid in de industriële automatisering.

• Booglasapparaat: Niet-lineaire stroom wordt gegenereerd tijdens het lassen.

• Gasontladingslampen: zoals tl-buizen, hoogdruk natriumlampen, enz., produceren harmonieën tijdens het opstarten en werken.

Krachtige elektronische apparatuur

Wijdverspreide krachtige elektronische apparaten in moderne energienetwerken zijn ook belangrijke bronnen van harmonieën:

• Frequentieomzetter: gebruikt om de snelheid en koppel van de wisselstroommotor te regelen, de werking ervan zal harmonieën produceren.

• UPS (ononderbroken voeding): Harmonieën worden gegenereerd wanneer er overgeschakeld wordt naar batterijvoeding.

• Converter: Een apparaat dat wordt gebruikt om de frequentie van wisselstroom te veranderen, zoals een converter die wordt gebruikt bij windenergieopwekking.

Motoren en transformatoren

Zelfs in traditionele motoren en transformatoren kunnen lichte harmonieën optreden vanwege factoren zoals magnetische verzadigingseffecten:

• Motoren: Vooral in de startfase kunnen harmonieën worden gegenereerd door de invloed van niet-lineaire magnetisatiecurves.

• Transformer: Wanneer de transformer werkt in het verzadigde gebied, zal dit ook harmonieën produceren.

Problemen met het net zelf

• Ongelijke belasting: Een ongelijke belasting in een driefasensysteem kan leiden tot het bevatten van harmonieën in de neutrale stroom.

• Langeafstandsoverdracht: Tijdens de langeafstandsoverdracht kunnen de inductieve en capacitaire effecten van de lijn leiden tot de versterking van harmonieën.

Andere factoren

• Veroudering van energieapparatuur: Oudere energieapparatuur kan extra harmonieën produceren vanwege de slijtage van interne componenten.

• Ontwerpfouten: Slecht ontworpen energienetwerken kunnen leiden tot de versterking of generatie van harmonieën.

Effecten van harmonieën

Harmonieën kunnen verschillende negatieve effecten hebben op energienetwerken, waaronder maar niet beperkt tot:

• Toename van apparatuurverliezen: Harmonieën kunnen leiden tot extra verliezen van motoren, transformatoren en andere apparatuur, waardoor de levensduur verkort wordt.

• Afname van systeemefficiëntie: Harmonieën kunnen de systeemefficiëntie verminderen en de energieverbruik verhogen.

• Beïnvloeden van de meetnauwkeurigheid: Harmonieën zullen de meetnauwkeurigheid van de energiemeter beïnvloeden, wat kan leiden tot foute berekening van elektriciteitskosten.

• Interferentie met communicatiesystemen: Harmonieën zullen interferentie veroorzaken in communicatiesystemen en de kwaliteit van signaaloverdracht beïnvloeden.

• Resonantie opwekken: In sommige gevallen kunnen harmonieën resoneren met spoelen en condensatoren in het systeem, wat ernstige kwaliteitsproblemen in de energielevering kan veroorzaken.

Maatregelen ter onderdrukking van harmonieën

Om de impact van harmonieën te verminderen, worden doorgaans de volgende maatregelen genomen:

• Filters: Installeer passieve of actieve filters om harmonieën op te nemen of tegen te gaan.

• Verhoog de inductie van de belasting: Door de inductie van de belasting te verhogen, kunnen harmonieën worden onderdrukt.

• Verbeter de belastingskenmerken: Gebruik een belasting met een lage harmonisch gehalte, zoals een driedriefasenrectifier in plaats van een enkelefasenrectifier.

• Dynamische reactieve vermogenscompensatie: Gebruik apparatuur zoals SVG (static reactive power generator) voor dynamische reactieve vermogenscompensatie.

Samenvatting

Harmonieën in elektrische systemen worden voornamelijk veroorzaakt door niet-lineaire belastingen, zoals rectifiers, schakelvoedingen, inverters, frequentieregelaars, enz. Harmonieën kunnen de prestaties en betrouwbaarheid van het energienetwerk negatief beïnvloeden, dus het is nodig om gepaste maatregelen te nemen om harmonieën te onderdrukken of te elimineren.