Kaj povzroča harmonike v električnih sistemih?

Harmonike v električnih sistemih so povzročene nelinearnimi obremenitvami, ki ustvarjajo nen sinusne talasnice tokov ali napetosti v sistemih izmeničnega toka. Harmonike so komponente sinusnih valov z celoštevilskimi večkratniki frekvenc, različne od osnovnih frekvenc. Naslednje so nekatere od glavnih vzrokov harmonik v električnih sistemih:

Nelinearna obremenitev

Nelinearne obremenitve so tiste, kjer tok ni linearno povezan z napetostjo. Ta vrsta obremenitve je pogosta v sistemu snovi in glavne vire vključujejo:

• Rectifikator: Naprava, uporabljena za pretvorbo izmeničnega toka v enosmeren tok, kot je napajalnik, frekvenčni pretvornik itd.

• Pretiznostni napajalnik: Napajalnik, ki se pogosto uporablja v sodobni elektronski opremi, kot so napajalniki računalnikov, nabiralniki za mobilne telefone itd.

• Inverter: Naprava, uporabljena za pretvorbo enosmerenega toka v izmenični tok, pogosto najdena v sistemih fotovoltaik in nabiralnicah za električna vozila itd.

• Variabilni frekvenčni pogon: naprava, uporabljena za nadzor hitrosti motorja, široko uporabljana v področju industrijske avtomatizacije.

• Varilna stroj: Med varilnim procesom se generira nelinearni tok.

• Plinske razsvetljalne lampice: kot so fluorescentne lampice, visokonaponi natrijevi svetili itd., bodo med zaganjanjem in delovanjem ustvarile harmonike.

Elektronska močna oprema

Elektronske močne naprave, široko uporabljane v sodobnih električnih sistemih, so tudi pomembni viri harmonik:

• Frekvenčni pretvornik: uporabljen za nadzor hitrosti in vremskega momenta izmeničnega motorja, njegov delovni način bo ustvaril harmonike.

• Neprekinjeno napajanje (UPS): Harmonike se ustvarijo, ko preklopiš na napajanje s baterijami.

• Pretvornik: Naprava, uporabljena za spremembo frekvence izmeničnega toka, kot je pretvornik, uporabljen pri proizvodnji energije iz vetra.

Motorji in transformatorji

Tudi v tradicionalnih motorjih in transformatorjih zaradi razlogov, kot so učinki magnetske nasititve, se lahko pojavijo manjše harmonike:

• Motorji: Še posebej v fazi zaganjanja se lahko zaradi vpliva nelinearnih magnetizacijskih krivulj ustvarijo harmonike.

• Transformator: Ko transformator deluje v nasiti, bo tudi on ustvaril harmonike.

Težave z mrežo same po sebi

• Neravnotežna obremenitev: Neravnotežna obremenitev v trofaznem sistemu lahko povzroči, da neutralni tok vsebuje harmonike.

• Dolgoposebna prenos: V procesu dolgoposebnega prenosa lahko induktivnost in kapacitivnost črte povzročita posiljanje harmonik.

Drugi faktorji

• Staranje močne opreme: Starejša močna oprema lahko zaradi degradacije notranjih komponent ustvari dodatne harmonike.

• Nedostatki v dizajnu: Slabo zasnovani električni sistemi lahko povzročijo posiljanje ali nastanek harmonik.

Učinki harmonik

Harmonike lahko povzročijo različne negativne učinke na električne sisteme, vključno z, toda ne omejeno na:

• Povečana izgube opreme: Harmonike lahko povzročijo dodatne izgube motorjev, transformatorjev in druge opreme, kar skrati življenjski čas.

• Zmanjšanje učinkovitosti sistema: Harmonike lahko zmanjšajo učinkovitost sistema in povečajo porabo energije.

• Vpliv na natančnost merjenja: Harmonike bodo motile natančnost merjenja energije, kar bo vodilo do napačnega izračuna stroškov energije.

• Motnja v komunikacijskem sistemu: Harmonike bodo povzročile motnjo v komunikacijskem sistemu in vplivale na kakovost prenosa signala.

• Sprožitev resonancije: V nekaterih primerih se lahko harmonike resonirajo z induktorji in kondenzatorji v sistemu, kar povzroči resne težave z kakovostjo energije.

Merila za zmanjševanje harmonik

Za zmanjšanje vpliva harmonik se običajno uporabljajo naslednja merila:

• Filtriranje: Namestite pasivne ali aktivne filtre za absorpcijo ali protiven učinkom harmonik.

• Povečanje induktivnosti obremenitve: Z povečanjem induktivnosti obremenitve se lahko zmanjšajo harmonike.

• Izboljšanje lastnosti obremenitve: Uporabite obremenitev z nizkim vsebnostjo harmonik, kot je tri-fazni rectifikator namesto enofaznega rectifikatorja.

• Dinamična reaktivna kompenzacija: Uporabite opremo, kot je SVG (staticni generator reaktivne moči) za dinamično reaktivno kompenzacijo.

Sklep

Harmonike v električnih sistemih so predvsem povzročene nelinearnimi obremenitvami, kot so rectifikatorji, pretiznostni napajalniki, inverters, variabilni frekvenčni pogoni itd. Harmonike lahko negativno vplivajo na zmogljivost in zanesljivost električnega sistema, zato je potrebno sprejeti ustrezna merila za zmanjšanje ali odstranitev harmonik.