Elektrik sistemlerinde harmonikler nedir ve neden oluşur?

Bir elektrik sisteminde, harmonikler genellikle periyodik olmayan sinüzoidal bir alterne miktarın Fourier serisi ile ayrıştırılmasından elde edilen temel frekansın tam sayı katlarına sahip olan bileşenleri ifade eder ve genellikle yüksek harmonikler olarak adlandırılırlar.

Harmoniklerin ana nedenleri şunlardır:

• Doğrusal Olmayan Yüklerin Varlığı: Bu, harmonik üretimin en önemli nedenidir. Örneğin, güç elektronik cihazları, dikdörtgenleyiciler, inversörler ve frekans dönüştürücüler dahil, içindeki yarı iletken cihazlar, çalışırken akım ve gerilim dalgalı formlarını bozarak harmonikler oluşturur. Dikdörtgenleyiciyi örnek olarak ele alalım. Alternatif akımı doğrudan akıma dönüştürür. Dönüşüm sürecinde, giriş akımı non-sinüzoidal bir dalga formu gösterecek ve çok sayıda harmonik bileşene sahip olacaktır. Ayrıca, ark fırınları ve floresan lambalar da yaygın doğrusal olmayan yüklerdir. Ark fırında çelik üretim sürecinde, arkın istikrarsızlığı akım dalgalanmasına ve harmonik oluşturmaya yol açar. Floresan lambada, balastro nedeniyle akım dalgası da bozulur, bu da harmonikler oluşturur.

• Dönüşümçülerin Tetik Akımı: Bir dönüşümçü çalışırken, demir çekirdeğinde manyetik doygunluk meydana gelir, bu da tetik akımının artık sinüzoidal olmamasına neden olur ve böylece harmonikler oluşur. Özellikle dönüşümçü boş veya hafif yük altında çalışırken, tetik akımındaki harmonik bileşenler daha belirgin hale gelir.

• Güç Tedarik Sisteminin Dengesizliği: Üç fazlı bir güç tedarik sisteminde her fazdaki yükler dengesiz olduğunda, bu akım ve gerilimde asimetriye neden olur ve böylece harmonikler ortaya çıkar. Örneğin, bazı endüstriyel alanlarda, her faza bağlı farklı ekipmanlar nedeniyle üç fazlı yük dengesizliği durumu ortaya çıkabilir, bu da güç tedarik sisteminde harmoniklerin oluşmasına neden olur.

Harmonikler, elektrik ekipmanlarında ısının artmasına ve daha büyük kayıplara neden olabilir, bu da ekipmanın normal çalışmasını ve ömrünü etkileyebilir. Ayrıca iletişim sistemlerini etkileyebilir, güç sisteminde ve diğer sorunlarda rezonansları tetikleyebilir. Bu nedenle, tedavi için uygun önlemler alınmalıdır.