מה הם הרמוניות במערכות חשמליות, ומה גורם להם?

במערכת חשמלית, הרמוניות מתייחסות לרכיבים בתדרים שהם כפולות שלמים של התדר היסודי המתקבל מפירוק גודל מתחלף מחזורי שאינו סינוסואידלי באמצעות טור פורייה, והם נקראים בדרך כלל הרמוניות גבוהות.

הסיבות העיקריות להרמוניות הן כדלקמן:

• קיומן של מטענים לא ליניאריים: זוהי הסיבה העיקרית ליצירת הרמוניות. לדוגמה, מכשירי אלקטרוניקה חזקה, כולל מתקינים, מעבירי זרם ומחזירי תדר, המכשירים מוליכי החשמל בהם ייוותו עיוות בגלים של זרם ומתח במהלך ההפעלה, מה שמייצר הרמוניות. ניקח את המתקן כדוגמה. הוא ממיר זרם חילופין לזרם ישר. במהלך תהליך המרת הזדמנות, הזרם הנכנס יציג צורה לא סינוסואידלית ויברך על כמות גדולה של רכיבי הרמוניות. בנוסף, ציוד כגון כורים קשת ואורות פלואורסנט הם גם מטענים לא ליניאריים נפוצים. בתהליך יציקת המתכת בכור קשת, חוסר היציבות של הקשת יוביל לתנודות זרם וייצור הרמוניות. עקב פעולת הבלסט באור פלואורסנטי, צורת הגל של הזרם תיוות גם כן, מייצרת הרמוניות.

• זרם השראה של טרנספורטרים: כשטרנספורטר עובד, תתרחש רוויה מגנטית בליבתו, מה שגורם לזרם ההשראה להיות כבר לא גל סינוסואידלי, ובכך מייצר הרמוניות. במיוחד כאשר הטרנספורטר מופעל ללא מטען או עובד בהעמסה קלה, רכיבי ההרמוניות בזרם ההשראה יהיו יותר בולטים.

• אי-איזון במערכת האספקה החשמלית: כשהמטענים של כל פאזה במערכת אספקה תלת-פאזית אינם מאוזנים, זה יוביל לא-סימטריה בזרם ומתח, ובכך יוצר הרמוניות. לדוגמה, בחלק מהאתרים התעשייתיים, בשל המחשבים השונים המחוברים לכל פאזה, ייתכן מצב של אי-איזון במטענים תלת-פאתיים, מה שגורם להופיען של הרמוניות במערכת האספקה החשמלית.

הרמוניות יכולות לגרום לחימום נוסף והפסדים גדולים יותר בציוד חשמלי, משפיעים על הפעולה הנורמלית וזמן החיים של הציוד. הם יכולים גם להפריע למערכות תקשורת לעורר תהודה במערכת החשמל ועוד בעיות. לכן, יש לקחת אמצעים מתאימים לטיפול.