Що спричиняє гармоніки в електричних системах?

Гармоніки в електричних системах викликаються нелінійними навантаженнями, які створюють несинусоїдальні форми струму або напруги в системах змінного струму. Гармоніки - це синусоїдальні компоненти з інтегральними кратними частотами, відмінними від основної частоти. Ось деякі з основних причин гармонік у електричних системах:

Нелінійне навантаження

Нелінійні навантаження - це такі, в яких струм не лінійно пов'язаний з напругою. Цей тип навантаження поширений в енергетичній системі, а основні джерела включають:

• Прямокутник: Пристрій, використовуваний для перетворення змінного струму на постійний, наприклад, блок живлення, частотний перетворювач тощо.

• Перемикальний блок живлення: Блок живлення, широко використовується в сучасному електронному обладнанні, таких як блоки живлення комп'ютерів, зарядні пристрої мобільних телефонів тощо.

• Інвертор: Пристрій, використовуваний для перетворення постійного струму на змінний, часто знайти в сонячних фотопанелях, станціях зарядки електромобілів тощо.

• Частотний регулятор: Пристрій, використовуваний для керування швидкістю двигуна, широко використовується в галузі промислової автоматизації.

• Апарат для дугової сварки: Нелінійний струм генерується під час процесу сварки.

• Розрядні лампи: такі як ртутно-кварцові лампи, високотискові sodієві лампи тощо, будуть генерувати гармоніки під час запуску та роботи.

Електронне обладнання живлення

Електронні пристрої, широко використовувані в сучасних системах живлення, є також важливими джерелами гармонік:

• Частотний перетворювач: використовується для керування швидкістю та моментом зворотного зв'язку асинхронного двигуна, його принцип роботи викликає гармоніки.

• Безперервний джерело живлення (UPS): Гармоніки генеруються при переході на режим живлення від акумулятора.

• Перетворювач: Пристрій, використовуваний для зміни частоти змінного струму, наприклад, перетворювач, використовуваний у вітровій енергетиці.

Двигуни та трансформатори

Навіть в традиційних двигунах та трансформаторах можуть виникнути невеликі гармоніки через причини, такі як ефекти магнітної насиченості:

• Двигуни: особливо на етапі запуску, гармоніки можуть виникнути через вплив нелінійних кривих намагнічування.

• Трансформатор: Коли трансформатор працює в зоні насичення, він також генерує гармоніки.

Проблеми з самою мережею

• Нерівномірне навантаження: Нерівномірне навантаження в трифазній системі може призводити до появи гармонік в нейтральному струмі.

• Дальній транспорт: У процесі дальнього транспортування, індуктивні та капацитивні ефекти лінії можуть призводити до збільшення гармонік.

Інші фактори

• Вік енергетичного обладнання: Старе енергетичне обладнання може генерувати додаткові гармоніки через вироблення внутрішніх компонентів.

• Помилки проектування: Погано спроектовані системи живлення можуть призводити до збільшення або генерації гармонік.

Ефекти гармонік

Гармоніки можуть призводити до різноманітних небажаних ефектів на системи живлення, включаючи, але не обмежуючись:

• Збільшення втрат обладнання: Гармоніки можуть призводити до додаткових втрат двигунів, трансформаторів та іншого обладнання, скорочуючи термін служби.

• Зменшення ефективності системи: Гармоніки можуть зменшувати ефективність системи та збільшувати споживання енергії.

• Вплив на точність вимірювання: Гармоніки будуть заважати точності вимірювання лічильника енергії, що призведе до некоректного розрахунку плати за електроенергію.

• Перешкоди комунікаційній системі: Гармоніки будуть завдавати перешкод комунікаційній системі та впливати на якість передачі сигналів.

• Спалах резонансу: У деяких випадках, гармоніки можуть резонувати з індуктивностями та конденсаторами в системі, призводячи до серйозних проблем якості електроенергії.

Захід з подолання гармонік

Для зменшення впливу гармонік зазвичай приймаються наступні заходи:

• Фільтри: Встановлюються пасивні або активні фільтри для поглинання або протидії гармонікам.

• Збільшення індуктивності навантаження: Збільшенням індуктивності навантаження для придушення гармонік.

• Покращення характеристик навантаження: Використання навантаження з низьким вмістом гармонік, наприклад, трифазний прямокутник замість однофазного.

• Динамічна компенсація реактивної потужності: Використання обладнання, такого як SVG (статичний генератор реактивної потужності) для динамічної компенсації реактивної потужності.

Підсумок

Гармоніки в електричних системах в основному викликаються нелінійними навантаженнями, такими як прямокутники, перемикальні блоки живлення, інвертори, частотні регулятори тощо. Гармоніки можуть негативно впливати на продуктивність та надійність системи живлення, тому необхідно приймати відповідні заходи для придушення або усунення гармонік.