Cosa sono gli armoniche nei sistemi elettrici e quali ne sono le cause?

In un sistema elettrico, gli armonici si riferiscono alle componenti con frequenze che sono multipli interi superiori della frequenza fondamentale ottenuta decomponendo una grandezza alternata periodica non sinusoidale attraverso la serie di Fourier, e sono solitamente chiamati armoniche superiori.

Le principali cause degli armonici sono le seguenti:

• Presenza di carichi non lineari: questa è la causa principale della generazione di armonici. Ad esempio, i dispositivi elettronici di potenza, tra cui rettificatori, invertitori e convertitori di frequenza, i dispositivi semiconduttori interni distorcono le forme d'onda di corrente e tensione durante il funzionamento, generando armonici. Prendiamo come esempio un rettificatore. Esso converte la corrente alternata in corrente continua. Durante il processo di conversione, la corrente di ingresso presenterà una forma d'onda non sinusoidale e conterrà un gran numero di componenti armoniche. Inoltre, apparecchiature come forni ad arco e lampade fluorescenti sono anche carichi non lineari comuni. Nel processo di acciaieria in un forno ad arco, l'instabilità dell'arco causerà fluttuazioni di corrente e genererà armonici. A causa della funzione del ballast in una lampada fluorescente, la forma d'onda della corrente sarà distorta, generando armonici.

• Corrente di eccitazione dei trasformatori: quando un trasformatore è in funzione, si verifica la saturazione magnetica nel suo nucleo di ferro, causando la corrente di eccitazione a non essere più una forma d'onda sinusoidale, generando così armonici. Specialmente quando il trasformatore viene acceso senza carico o funziona con un carico leggero, i componenti armonici nella corrente di eccitazione saranno più evidenti.

• Squilibrio del sistema di alimentazione: quando i carichi di ogni fase in un sistema di alimentazione trifase sono squilibrati, ciò porterà all'asimmetria della corrente e della tensione, generando armonici. Ad esempio, in alcuni siti industriali, a causa delle diverse attrezzature connesse a ciascuna fase, può verificarsi una situazione di squilibrio del carico trifase, causando l'apparizione di armonici nel sistema di alimentazione.

Gli armonici possono causare un aumento del riscaldamento e maggiore dissipazione negli apparecchi elettrici, influenzando il normale funzionamento e la durata di vita degli stessi. Possono inoltre interferire con i sistemi di comunicazione e scatenare risonanze nel sistema elettrico e altri problemi. Pertanto, è necessario adottare misure appropriate per trattarli.