Vad orsakar harmoniska i elektriska system?

Harmoniska vågor i elektriska system orsakas av icke-linjära belastningar som producerar icke-sinusformade ströms- eller spänningsvågor i växelströmsystem. Harmoniska vågor är sinuskomponenter med heltalsmultipler av frekvenser annat än grundfrekvens. Följande är några av de huvudsakliga orsakerna till harmoniska vågor i elektriska system:

Icke-linjär belastning

Icke-linjära belastningar är sådana där strömmen inte linjärt relateras till spänningen. Denna typ av belastning är vanlig i kraftsystemet, och de huvudsakliga källorna inkluderar:

• Rektifierare: En enhet som används för att konvertera växelström till likström, såsom en strömförser, frekvensomvandlare, etc.

• Pulsmodulerad strömförser: Den strömförser som vanligtvis används i modern elektronutrustning, såsom datorströmförser, mobiltelefonladdare, etc.

• Inverter: En enhet som används för att konvertera likström till växelström, vanligt förekommande i solcellssystem, laddningsstationer för elbilar, etc.

• Variabelfrekvensdriv: en enhet som används för att styra motorhastigheten, brett använd i industriell automation.

• Bågsvetsningsmaskin: Icke-linjär ström genereras under svetsningsprocessen.

• Gasavlägsnade lampor: som fluorescenslampor, högtryckssodiumlampor, etc., kommer att producera harmoniska vågor under uppstart och drift.

Kraftelektronisk utrustning

Kraftelektroniska enheter som brett används i moderna kraftsystem är också viktiga källor till harmoniska vågor:

• Frekvensomvandlare: används för att styra hastighet och moment hos växelströmsmotor, dess arbetsprincip kommer att producera harmoniska vågor.

• UPS (Oavbruten strömförsörjning) : Harmoniska vågor genereras när man växlar till batteriförsörjning.

• Omvandlare: En enhet som används för att ändra frekvensen av växelström, såsom omvandlare som används i vindkraftsgenerering.

Motorer och transformatorer

Även i traditionella motorer och transformatorer kan lätt harmoniska vågor uppstå på grund av orsaker som magnetiska mättnadsverkningar:

• Motorer: Särskilt under startfasen kan harmoniska vågor genereras på grund av inflytande av icke-linjära magnetiseringskurvor.

• Transformator: När transformatorn fungerar i den mättade zonen kommer det också att producera harmoniska vågor.

Problem med nätet självt

• Obalanserad belastning: En obalanserad belastning i ett trefas-system kan leda till att neutralströmmen innehåller harmoniska vågor.

• Långdistanssförsörjning: Under processen av långdistanssförsörjning kan induktiva och kapacitiva effekter av ledningen leda till förstärkning av harmoniska vågor.

Andra faktorer

• Åldrande av kraftutrustning: Äldre kraftutrustning kan producera ytterligare harmoniska vågor på grund av försämring av interna komponenter.

• Designfel: Dåligt utformade kraftsystem kan leda till förstärkning eller generering av harmoniska vågor.

Effekt av harmoniska vågor

Harmoniska vågor kan orsaka en mängd negativa effekter på kraftsystem, inklusive men inte begränsat till:

• Ökade enhetsförluster: Harmoniska vågor kan leda till ytterligare förluster i motorer, transformatorer och andra enheter, vilket förkortar deras livslängd.

• Minskad systemeffektivitet: Harmoniska vågor kan minska systemeffektiviteten och öka energiförbrukningen.

• Påverkar mätningens noggrannhet: Harmoniska vågor kommer att störa mätningens noggrannhet av energimätaren, vilket leder till felaktig beräkning av elavgifter.

• Stör kommunikationssystem: Harmoniska vågor kommer att störa kommunikationssystemet och påverka signalöverföringens kvalitet.

• Utlösning av resonans: I vissa fall kan harmoniska vågor resonera med induktorer och kondensatorer i systemet, vilket leder till allvarliga problem med kvaliteten på kraften.

Åtgärder för att undertrycka harmoniska vågor

För att minska effekten av harmoniska vågor, vidtas vanligtvis följande åtgärder:

• Filter: Installera passiva eller aktiva filter för att absorbera eller motverka harmoniska vågor.

• Öka belastningens induktans: Genom att öka belastningens induktans för att undertrycka harmoniska vågor.

• Förbättra belastningsegenskaper: Använd en belastning med låg innehåll av harmoniska vågor, till exempel en trefasrektifierare istället för en enfasrektifierare.

• Dynamisk reaktiv effektkompensation: Använd utrustning som SVG (statisk reaktiv effektkompensation) för dynamisk reaktiv effektkompensation.

Sammanfattning

Harmoniska vågor i elektriska system orsakas huvudsakligen av icke-linjära belastningar, såsom rektifierare, pulsmodulerade strömförsörjningar, inverter, variabelfrekvensdriv, etc. Harmoniska vågor kan negativt påverka prestandan och tillförlitligheten i kraftsystemet, så det är nödvändigt att vidta lämpliga åtgärder för att undertrycka eller eliminera harmoniska vågor.