Hva forårsaker harmoniske i elektriske systemer?

Harmoniske bølger i elektriske systemer er forårsaket av ikke-lineære laster som produserer ikke-sinusformede strøm- eller spenningbølger i vekselstrømsystemer. Harmoniske bølger er sinuskomponenter med heltallige multipler av frekvenser unna grunnfrekvensen. Følgende er noen av de hovedmessige årsakene til harmoniske bølger i elektriske systemer:

Ikke-lineær last

Ikke-lineære laster er de der strømmen ikke er lineært relatert til spenningen. Denne typen last er vanlig i kraftsystemet, og de viktigste kildene inkluderer:

• Rektifier: En enhet brukt for å konvertere vekselstrøm til likestrøm, som en strømforsyning, frekvenskonverter, etc.

• Skiftespenningsforsyning: Den strømforsyningen som vanligvis brukes i moderne elektronisk utstyr, som datamaskinens strømforsyning, mobiltelefonlader, etc.

• Inverter: En enhet brukt for å konvertere likestrøm til vekselstrøm, ofte funnet i solcelle fotovoltaiske systemer, ladelastere for elbiler, etc.

• Variabel frekvensdriver: en enhet brukt for å kontrollere motorens hastighet, vidt brukte i feltet for industriell automasjon.

• Buelysmaskin: Ikke-lineær strøm genereres under svartingsprosessen.

• Gassutløpslamp: som lysrør, høytrykkssodiumlamper, etc., vil produsere harmoniske bølger under oppstart og drift.

Kraftelektronisk utstyr

Kraftelektroniske enheter, som er vidt brukte i moderne kraftsystemer, er også viktige kilder til harmoniske bølger:

• Frekvenskonverter: brukt for å kontrollere hastigheten og dreiemomentet på AC-motor, arbeidsprinsippet vil produsere harmoniske bølger.

• USV (ubrytelig strømforsyning): Harmoniske bølger genereres når den skifter til batteri-strømforsyning.

• Konverter: En enhet brukt for å endre frekvensen av vekselstrøm, som en konverter brukt i vindkraftgenerering.

Motorer og transformatorer

Selv i tradisjonelle motorer og transformatorer kan det forekomme ringe harmoniske bølger på grunn av grunner som magnetisk mättnadseffekter:

• Motorer: Spesielt under startfasen kan harmoniske bølger genereres på grunn av påvirkningen av ikke-lineære magnetiseringskurver.

• Transformator: Når transformatoren fungerer i mättnadsområdet, vil den også produsere harmoniske bølger.

Problemer med nettet selv

• Ubalansert last: En ubalansert last i et tre-fase system kan føre til at neutralstrømmen inneholder harmoniske bølger.

• Langdistansetransmisjon: Under prosessen med langdistansetransmisjon kan induktivitets- og kapasitivitetsvirkningslinjen føre til forsterking av harmoniske bølger.

Andre faktorer

• Aldring av kraftutstyr: Eldre kraftutstyr kan produsere ekstra harmoniske bølger på grunn av nedbryting av interne komponenter.

• Designfeil: Dårlig designet kraftsystemer kan føre til forsterking eller generering av harmoniske bølger.

Effekt av harmoniske bølger

Harmoniske bølger kan forårsake en rekke negative effekter på kraftsystemer, inkludert men ikke begrenset til:

• Økte tap i utstyr: Harmoniske bølger kan føre til ekstra tap i motorer, transformatorer og annet utstyr, og forkorte levetiden.

• Redusert systemeffektivitet: Harmoniske bølger kan redusere systemeffektiviteten og øke energiforbruket.

• Påvirkning av målnøyaktighet: Harmoniske bølger vil forstyrre målnøyaktigheten i strømmåler, og resultere i feil beregning av strømkostnader.

• Forstyrrelser i kommunikasjonssystem: Harmoniske bølger vil forstyrre kommunikasjonssystemet og påvirke signaloverføringens kvalitet.

• Utløsning av resonans: I noen tilfeller kan harmoniske bølger resonere med induktorer og kondensatorer i systemet, og forårsake alvorlige kvalitetsproblemer med strømmen.

Tiltak for å dempe harmoniske bølger

For å redusere innvirkningen av harmoniske bølger, tas vanligvis følgende tiltak:

• Filtre: Installere passive eller aktive filtre for å absorbere eller motvirke harmoniske bølger.

• Øke induktansen til lasten: Ved å øke induktansen til lasten for å dempe harmoniske bølger.

• Forbedre lastegenskapene: Bruke en last med lav harmonisk innhold, som en tre-fase rektifier istedenfor en enkel fase rektifier.

• Dynamisk reaktiv effekt-kompensasjon: Bruke utstyr som SVG (statisk reaktiv effekt-generator) for dynamisk reaktiv effekt-kompensasjon.

Oppsummering

Harmoniske bølger i elektriske systemer er hovedsakelig forårsaket av ikke-lineære laster, som rektifier, skiftespenningsforsyninger, inverter, variabel frekvensdriver, etc. Harmoniske bølger kan negativt påvirke ytelsen og påliteligheten i kraftsystemet, så det er nødvendig å ta passende tiltak for å dempe eller eliminere harmoniske bølger.