Apakah harmonik dalam sistem elektrik, dan apa yang menyebabkannya?

Dalam sistem elektrik, harmonik merujuk kepada komponen-komponen dengan frekuensi yang merupakan gandaan integer lebih besar daripada frekuensi asas yang diperoleh melalui pemecahan kuantiti bolak-balik berkala bukan sinusoidal menggunakan siri Fourier, dan biasanya disebut sebagai harmonik tinggi.

Penyebab utama harmonik adalah seperti berikut:

• Kewujudan Beban Nonlinear: Ini adalah penyebab utama penghasilan harmonik. Sebagai contoh, peranti elektronik kuasa, termasuk rectifier, inverter, dan pemindah frekuensi, peranti semikonduktor di dalamnya akan mendistorsi bentuk gelombang arus dan voltan semasa operasi, menghasilkan harmonik. Ambil contoh rectifier. Ia menukar arus bolak-balik menjadi arus searah. Semasa proses penukaran, arus input akan menunjukkan bentuk gelombang bukan sinusoidal dan mengandungi banyak komponen harmonik. Selain itu, peralatan seperti tanur busur dan lampu fluks juga merupakan beban nonlinear yang biasa. Dalam proses pembuatan besi di tanur busur, ketidakstabilan busur akan menyebabkan fluktuasi arus dan menghasilkan harmonik. Karena fungsi ballast pada lampu fluks, bentuk gelombang arus juga akan terdistorsi, menghasilkan harmonik.

• Arus Eksitasi Transformator: Semasa transformator beroperasi, jenuhan magnet akan berlaku di inti besinya, menyebabkan arus eksitasi tidak lagi menjadi gelombang sinus, sehingga menghasilkan harmonik. Terutamanya apabila transformator dihidupkan tanpa beban atau beroperasi dengan beban ringan, komponen harmonik dalam arus eksitasi akan lebih ketara.

• Ketidakseimbangan Sistem Bekalan Kuasa: Apabila beban setiap fasa dalam sistem bekalan kuasa tiga fasa tidak seimbang, ia akan menyebabkan asimetri arus dan voltan, sehingga menghasilkan harmonik. Sebagai contoh, di beberapa tapak industri, kerana peralatan yang berbeza terhubung ke setiap fasa, situasi ketidakseimbangan beban tiga fasa mungkin berlaku, menyebabkan harmonik muncul dalam sistem bekalan kuasa.

Harmonik boleh menyebabkan peningkatan panasan dan kerugian yang lebih besar pada peralatan elektrik, mempengaruhi operasi normal dan jangka hayat peralatan tersebut. Harmonik juga mungkin mengganggu sistem komunikasi dan memicu resonansi dalam sistem kuasa serta isu-isu lain. Oleh itu, langkah-langkah yang sesuai perlu diambil untuk penanganannya.