Wat zijn harmonischen in elektrische systemen, en wat veroorzaakt ze?

In een elektrisch systeem verwijzen harmonischen naar de componenten met frequenties die gehele veelvouden groter zijn dan de grondfrequentie, verkregen door het ontleden van een periodieke niet-sinusvormige wisselgrootte via Fourier-reeks, en worden deze meestal hogere harmonische genoemd.

De belangrijkste oorzaken van harmonischen zijn als volgt:

• Aanwezigheid van niet-lineaire belastingen: Dit is de primaire oorzaak van het genereren van harmonischen. Bijvoorbeeld, kracht-elektronische apparaten, waaronder rectifiers, inverters en frequentieomzetters, zullen tijdens hun werking de stroom- en spanningssignalen vervormen, wat harmonischen genereert. Neem een rectifier als voorbeeld. Het converteert wisselstroom in gelijkstroom. Tijdens dit conversieproces zal de ingangsstroom een niet-sinusvormig signaal vertonen en een groot aantal harmonische componenten bevatten. Daarnaast zijn apparatuur zoals boogovens en tl-buizen ook algemene niet-lineaire belastingen. Tijdens het staalproductieproces in een boogoven zal de onstabiele boog leiden tot stroomfluctuaties en harmonische generatie. Door de werking van de ballast in een tl-buis zal het stroomschema ook vervormd worden, wat harmonischen genereert.

• Opwekstroom van transformatoren: Wanneer een transformator in bedrijf is, zal magnetische verzadiging optreden in de ijzerkern, waardoor de opwekstroom niet langer een sinusvormige golf is, wat harmonischen genereert. Vooral wanneer de transformator zonder belasting of onder lichte belasting wordt ingeschakeld, zullen de harmonische componenten in de opwekstroom duidelijker zijn.

• Ongelijkmatigheid in het energievoorzieningssysteem: Wanneer de belasting van elke fase in een driefase energievoorzieningssysteem ongelijk is, zal dit leiden tot asymmetrie in de stroom en spanning, waardoor harmonischen worden gegenereerd. Bijvoorbeeld, op sommige industriële plaatsen kan, door verschillende apparatuur die aan elke fase is verbonden, de situatie van ongelijke driefasebelasting voorkomen, wat harmonische in het energievoorzieningssysteem doet verschijnen.

Harmonischen kunnen leiden tot verhoogde verhitting en grotere verliezen in elektrische apparatuur, waardoor de normale werking en levensduur van de apparatuur beïnvloed worden. Ze kunnen ook storingen veroorzaken in communicatiesystemen en resonanties in het energienetwerk en andere problemen uitlokken. Daarom moeten er passende maatregelen worden getroffen om hieraan te remediëren.