Co jsou harmonické vlny v elektrických systémech a jak vznikají?

V elektrickém systému se harmonické složky týkají komponent s kmitočty, které jsou celočíselnými násobky základní frekvence získané rozložením periodické neharmonické střídavé veličiny pomocí Fourierovy řady, a bývají obvykle nazývány vyššími harmonickými složkami.

Hlavní příčiny vzniku harmonických složek jsou následující:

• Existence nelineárních zatěžovacích zařízení: Toto je hlavní příčina vzniku harmonických složek. Například elektrotechnické přístroje, jako jsou usměrňovače, inverzory a frekvenční měniče, mají vnitřní polovodičové součástky, které při provozu deformují průběhy proudů a napětí, což vede k vytváření harmonických složek. Usměrňovač, který převádí střídavý proud na stejnosměrný, během tohoto procesu ukazuje na svém vstupu neharmonický průběh proudu obsahující velké množství harmonických složek. Kromě toho jsou obloukové troubice a fluorescenční světlo taktéž běžnými nelineárními zátěžemi. Při výrobě oceli v obloukové troubici nestabilita oblouku vedoucí k fluktuacím proudu generuje harmonické složky. Díky funkci zapalovače u fluorescenčního světla dojde k deformaci průběhu proudu a vznikne harmonické složky.

• Vzbuzovací proud transformátorů: Během provozu transformátoru dochází v jeho železné části k magnetickému sytění, což způsobí, že vzbuzovací proud již není sinusoidální, což vede k vytvoření harmonických složek. Zvláště při spuštění transformátoru bez zátěže nebo při jeho provozu s lehkou zátěží budou harmonické složky v vzbuzovacím proudu více patrné.

• Nerovnováha v dodávacím systému elektrické energie: Pokud jsou zátěže jednotlivých fází v trojfázovém dodávacím systému nerovnoměrné, vedou k asymetrii proudu a napětí, což vede k vytváření harmonických složek. Například na některých průmyslových místech, kde je na každou fázi připojeno různé zařízení, může dojít k situaci, kdy zátěž na jednotlivých fázích není rovnoměrná, což vede k vzniku harmonických složek v dodávacím systému elektrické energie.

Harmonické složky mohou způsobit zvýšené zahřívání a větší ztráty v elektrických zařízeních, což ovlivňuje jejich normální fungování a životnost. Mohou také rušit komunikační systémy a vyvolávat rezonance v elektrickém systému a další problémy. Proto je třeba pro jejich odstranění zavést odpovídající opatření.