Què són les harmoniques en els sistemes elèctrics i què les provoca?

En un sistema elèctric, els harmònics es refereixen als components amb freqüències que són múltiples enters més grans que la freqüència fonamental obtinguda descomposant una magnitud alternada no sinusoidal periòdica mitjançant la sèrie de Fourier, i generalment es coneixen com a harmònics superiors.

Les causes principals dels harmònics són les següents:

• Existència de càrregues no lineals: Aquesta és la causa principal de la generació d'harmònics. Per exemple, els dispositius electrònics de potència, incloent rectificadors, inversors i convertidors de freqüència, els dispositius semiconductors interiors distorsionaran les ones de corrent i tensió durant l'operació, generant harmònics. Prengui's com a exemple un rectificador. Aquest converteix la corrent alternada en corrent contínua. Durant el procés de conversió, la corrent d'entrada mostrarà una forma d'ona no sinusoidal i contindrà un gran nombre de components harmònics. A més, equips com forns d'arc i llums fluorescent també són càrregues no lineals habituals. En el procés de fabricació d'açò al forn d'arc, la inestabilitat de l'arc provocarà fluctuacions de corrent i generarà harmònics. Degut a la funció del ballast en una llum fluorescent, la forma d'ona de la corrent també es distorcionarà, generant harmònics.

• Corrent d'excitació dels transformadors: Quan un transformador està en funcionament, es produeix la saturació magnètica en el seu nucli ferromagnètic, resultant que la corrent d'excitació ja no sigui una ona sinusoidal, generant així harmònics. Especialment quan el transformador s'encén sense càrrega o opera amb una càrrega lleugera, els components harmònics en la corrent d'excitació seran més evidents.

• Desequilibri del sistema d'abastament d'energia: Quan les càrregues de cada fase en un sistema d'abastament d'energia trifàsic són desequilibrades, això portarà a l'asimetria de la corrent i la tensió, generant així harmònics. Per exemple, en alguns llocs industrials, degut a l'equipament diferent connectat a cada fase, pot succeir una situació de desequilibri de càrrega trifàsic, causant l'aparició d'harmònics en el sistema d'abastament d'energia.

Els harmònics poden causar un augment del calentament i major pèrdues en l'equipament elèctric, afectant el funcionament normal i la vida útil de l'equipament. També poden interferir amb els sistemes de comunicació i desencadenar ressonàncies en el sistema d'energia i altres problemes. Per tant, cal prendre mesures corresponents per tractar-los.