Что вызывает гармоники в электрических системах?

Гармоники в электрических системах вызываются нелинейными нагрузками, которые создают несинусоидальные формы тока или напряжения в системах переменного тока. Гармоники — это синусоидальные составляющие с целыми кратными частотами, отличными от основных частот. Ниже приведены некоторые из основных причин возникновения гармоник в электрических системах:

Нелинейная нагрузка

Нелинейные нагрузки — это такие, в которых ток не линейно связан с напряжением. Такой тип нагрузки распространен в энергетических системах, и основные источники включают:

• Преобразователь: устройство, используемое для преобразования переменного тока в постоянный, например, адаптер питания, преобразователь частоты и т. д.

• Импульсный источник питания: источник питания, широко используемый в современной электронной аппаратуре, например, блоки питания компьютеров, зарядные устройства для мобильных телефонов и т. д.

• Инвертор: устройство, используемое для преобразования постоянного тока в переменный, часто встречается в солнечных фотоэлектрических системах, станциях зарядки электромобилей и т. д.

• Частотный преобразователь: устройство, используемое для управления скоростью двигателя, широко применяется в области промышленной автоматизации.

• Сварочный аппарат: в процессе сварки генерируется нелинейный ток.

• Газоразрядные лампы: такие как люминесцентные лампы, высоконапорные натриевые лампы и т. д., будут производить гармоники при запуске и работе.

Электронное оборудование

Широко используемые в современных энергетических системах электронные устройства также являются важными источниками гармоник:

• Частотный преобразователь: используется для управления скоростью и моментом вращения асинхронного двигателя, его принцип работы будет производить гармоники.

• ИБП (источник бесперебойного питания): гармоники генерируются при переходе на питание от аккумулятора.

• Преобразователь: устройство, используемое для изменения частоты переменного тока, например, преобразователь, используемый в ветровой энергетике.

Двигатели и трансформаторы

Даже в традиционных двигателях и трансформаторах могут возникать незначительные гармоники по причинам, таким как эффекты магнитного насыщения:

• Двигатели: особенно в фазе запуска, гармоники могут возникать из-за влияния нелинейных кривых намагничивания.

• Трансформатор: когда трансформатор работает в зоне насыщения, он также будет производить гармоники.

Проблемы с самой сетью

• Неравномерная нагрузка: неравномерная нагрузка в трехфазной системе может привести к тому, что ток нейтрали будет содержать гармоники.

• Дальняя передача: в процессе дальней передачи индуктивные и емкостные эффекты линии могут привести к усилению гармоник.

Другие факторы

• Старение электрооборудования: старое электрооборудование может производить дополнительные гармоники из-за деградации внутренних компонентов.

• Дефекты проектирования: плохо спроектированные энергетические системы могут приводить к усилению или генерации гармоник.

Влияние гармоник

Гармоники могут вызывать множество неблагоприятных эффектов на энергетические системы, включая, но не ограничиваясь:

• Увеличение потерь оборудования: гармоники могут приводить к дополнительным потерям двигателей, трансформаторов и другого оборудования, сокращая срок службы.

• Снижение эффективности системы: гармоники могут снижать эффективность системы и увеличивать потребление энергии.

• Влияние на точность измерений: гармоники будут мешать точности измерений счетчиков энергии, приводя к неверному расчету стоимости электроэнергии.

• Вмешательство в систему связи: гармоники будут вызывать помехи в системе связи и влиять на качество передачи сигнала.

• Вызывание резонанса: в некоторых случаях гармоники могут резонировать с индуктивностями и конденсаторами в системе, вызывая серьезные проблемы качества энергии.

Меры подавления гармоник

Для снижения влияния гармоник обычно принимаются следующие меры:

• Фильтры: установка пассивных или активных фильтров для поглощения или противодействия гармоникам.

• Увеличение индуктивности нагрузки: путем увеличения индуктивности нагрузки для подавления гармоник.

• Улучшение характеристик нагрузки: использование нагрузки с низким содержанием гармоник, например, трехфазного выпрямителя вместо однофазного.

• Динамическая компенсация реактивной мощности: использование оборудования, такого как SVG (статический генератор реактивной мощности), для динамической компенсации реактивной мощности.

Заключение

Гармоники в электрических системах в основном вызываются нелинейными нагрузками, такими как выпрямители, импульсные источники питания, инверторы, частотные преобразователи и т. д. Гармоники могут негативно влиять на производительность и надежность энергетической системы, поэтому необходимо принимать соответствующие меры для подавления или устранения гармоник.