Hvad er harmoniske i elektriske systemer, og hvad forårsager dem?

I et elektrisk system refererer harmonier til de komponenter, der har frekvenser, der er heltalsmange gange større end den grundlæggende frekvens, som opnås ved at dekomponere en periodisk ikke-sinusformet alternerende størrelse gennem Fourier-serien, og de kaldes normalt for højere harmonier.

De vigtigste årsager til harmonier er følgende:

• Tilstedeværelse af ikkelineære belastninger: Dette er den primære årsag til dannelse af harmonier. For eksempel vil elektroniske effektenheder, herunder rektifikatorer, invertere og frekvenskonvertere, have halvlederenheder, der forvrider strøm- og spændingsbølgeformer under drift, hvilket genererer harmonier. Tag en rektifikator som eksempel. Den konverterer alternativ strøm til direkte strøm. Under konverteringsprocessen vil indgangsstrømmen vise en ikke-sinusformet bølgeform og indeholde et stort antal harmoniske komponenter. Desuden er udstyr som bugefurnacer og fluorescentlamper også almindelige ikkelineære belastninger. I processen med stålproduktion i en bugefurnace vil usikkerheden af bugen føre til strømfluktuationer og danne harmonier. På grund af ballastens funktion i en fluorescentlampe vil strømbølgeformen også blive forvredset, hvilket genererer harmonier.

• Transformatorers opbygningstrøm: Når en transformator er i drift, vil det ske magnetisk mættelse i dens jernkern, hvilket resulterer i, at opbygningstrømmen ikke længere er en sinusbølge, og dermed genererer harmonier. Særligt når transformatoren tændes uden last eller arbejder under let last, vil de harmoniske komponenter i opbygningstrømmen være mere tydelige.

• Ubalancering af elforsyningsystemet: Når belastningen i hver fase i et trefase elforsyningsystem er ubalanceret, vil det føre til asymmetri i strøm og spænding, og dermed generere harmonier. For eksempel kan det i nogle industriområder på grund af forskelligt udstyr, der er forbundet til hver fase, forekomme situationer med trefasebelastningsubalancering, hvilket fører til, at harmonier opstår i elforsyningsystemet.

Harmonier kan forårsage øget opvarmning og større tab i elektrisk udstyr, hvilket påvirker den normale drift og levetid af udstyret. De kan også forstyrre kommunikationssystemer og udløse resonanser i elforsyningsystemet samt andre problemer. Derfor skal der træffes passende foranstaltninger for behandling.