Τι είναι οι αρμονικές σε ηλεκτρικά συστήματα και ποια είναι η αιτία τους;

Σε ένα ηλεκτρικό σύστημα, τα αρμονικά αναφέρονται στις συνιστώσες με συχνότητες που είναι ακέραια πολλαπλάσια της βασικής συχνότητας, που προκύπτουν από την ανάλυση μιας περιοδικής μη ημιτονοειδούς εναλλασσόμενης μεγέθους μέσω της σειράς Fourier, και συνήθως ονομάζονται υψηλότερα αρμονικά.

Οι κύριες αιτίες των αρμονικών είναι οι εξής:

• Υπάρχουν μη γραμμικές φορτίες: Αυτή είναι η κύρια αιτία παραγωγής αρμονικών. Για παράδειγμα, οι ηλεκτρονικές συσκευές, που περιλαμβάνουν ορθογωνικοποιητές, αντιστροφείς και μετατροπείς συχνότητας, τα εντός τους ηλεκτρονικά συστήματα διαστρεβλώνουν την κύματα των ρεύματος και τάσης κατά τη λειτουργία τους, παράγοντας αρμονικά. Λάβετε ως παράδειγμα έναν ορθογωνικοποιητή. Μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε έναντιο. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετατροπής, το εισερχόμενο ρεύμα θα εμφανίζει μη ημιτονοειδή κύμα και θα περιέχει μεγάλο αριθμό αρμονικών συνιστωσών. Επιπλέον, εξοπλισμός όπως τα τόξανα και οι φωτεινές λάμπες είναι επίσης κοινές μη γραμμικές φορτίες. Κατά τη διάρκεια της παραγωγής χάλυβα σε ένα τόξανο, η αστάθεια του τόξου θα οδηγήσει σε κυμαίνοντα ρεύματα και παραγωγή αρμονικών. Λόγω της λειτουργίας του μετατροπέα σε μια φωτεινή λάμπη, το κύμα του ρεύματος θα διαστρεβλώνεται, παράγοντας αρμονικά.

• Ρεύμα ενθάρρυνσης των μετατροπέων: Κατά τη λειτουργία ενός μετατροπέα, θα παρουσιαστεί μαγνητική κόλληση στον σίδηρο του, αποτελώντας το ρεύμα ενθάρρυνσης να μην είναι πλέον ημιτονοειδές, παράγοντας αρμονικά. Ειδικά όταν ο μετατροπέας είναι σε λειτουργία χωρίς φορτίο ή υπό ελαφρύ φορτίο, οι αρμονικές συνιστώσες στο ρεύμα ενθάρρυνσης θα είναι πιο ορατές.

• Ανισορροπία του συστήματος εφοδιασμού: Όταν τα φορτία κάθε φάσης σε ένα τριφασικό σύστημα εφοδιασμού είναι ανισορροπημένα, θα οδηγήσει στην ασυμμετρία του ρεύματος και της τάσης, παράγοντας αρμονικά. Για παράδειγμα, σε ορισμένες βιομηχανικές εγκαταστάσεις, λόγω των διαφορετικών συσκευών που είναι συνδεδεμένες σε κάθε φάση, μπορεί να παρουσιαστεί η κατάσταση ανισορροπίας των τριφασικών φορτίων, προκαλώντας την εμφάνιση αρμονικών στο σύστημα εφοδιασμού.

Τα αρμονικά μπορούν να προκαλέσουν αύξηση της θερμοκρασίας και μεγαλύτερες απώλειες στον ηλεκτρικό εξοπλισμό, επηρεάζοντας την κανονική λειτουργία και τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Επίσης, μπορούν να επερντάξουν συστήματα επικοινωνίας και να προκαλέσουν συντονίες στο ηλεκτρικό σύστημα και άλλα προβλήματα. Συνεπώς, χρειάζονται αντίστοιχα μέτρα για την αντιμετώπισή τους.