Hva er harmoniske i elektriske systemer, og hva forårsaker dem?

I et elektrisk system refererer harmoniske til komponenter med frekvenser som er heltallige multipler større enn grunnfrekvensen, som blir funnet ved å dekomponere en periodisk ikke-sinusformet alternerende størrelse gjennom Fourier-rekker, og de kalles vanligvis for høyere harmoniske.

De viktigste årsakene til harmoniske er følgende:

• Tilstedeværelse av ikke-lineære laster: Dette er den primære årsaken til generering av harmoniske. For eksempel, kraft-elektroniske enheter, inkludert rektifikatorer, invertere og frekvenskonvertere, vil deformer strøm- og spenningbølgeformer under drift, noe som genererer harmoniske. Ta en rektifikator som eksempel. Den konverterer alternerende strøm til direkte strøm. Under konverteringsprosessen vil inngangstrømmen vise en ikke-sinusformet bølgeform og inneholde et stort antall harmoniske komponenter. I tillegg er utstyr som buesmelter og fluorescerende lampelys også vanlige ikke-lineære laster. Under stålsmeltning i en buesmelte vil ubestemtheten i buen føre til strømfluktuasjoner og generere harmoniske. På grunn av ballastens funksjon i en fluorescerende lampe, vil også strømbølgeformen bli deformert, noe som genererer harmoniske.

• Anspinningsstrøm til transformatorer: Når en transformator er i drift, oppstår magnetisk metning i dens jernkjede, noe som fører til at anspinningsstrømmen ikke lenger er en sinusbølge, og dermed genereres harmoniske. Spesielt når transformatoren slås på uten last eller opererer under lettlast, vil harmoniske komponentene i anspinningsstrømmen være mer innlysende.

• Ubalanse i strømforsyningssystemet: Når lastene i hver fase i et tre-fase strømforsyningssystem er ubalanserte, vil det føre til asymmetri i strøm og spenning, og dermed generere harmoniske. For eksempel, på noen industrielle steder, på grunn av ulikt utstyr koblet til hver fase, kan situasjonen med tre-fase lastubalans oppstå, noe som fører til at harmoniske dukker opp i strømforsyningssystemet.

Harmoniske kan føre til økt varming og større tap i elektrisk utstyr, noe som påvirker normal drift og levetid av utstyret. De kan også forstyrre kommunikasjonssystemer og utløse resonanser i strømsystemet og andre problemer. Derfor må det tas forholdsregler for behandling.