Що таке гармоніки в електричних системах, і що їх спричиняє?

У електричній системі гармоніки вказують на компоненти з частотами, які є цілочисельними кратними більшими за основну частоту, отриману шляхом розкладання періодичної несинусоїдальної величини через ряд Фур'є, і їх зазвичай називають вищими гармоніками.

Основні причини появи гармонік такі:

• Наявність нелінійних навантажень: це головна причина генерації гармонік. Наприклад, пристрої електронної техніки, включаючи выпрямлячі, інвертори та перетворювачі частоти, під час роботи спотворюють форми струму та напруги, генеруючи гармоніки. Розглянемо приклад выпрямляча. Він перетворює черговий струм на постійний. Під час процесу перетворення входячий струм матиме несинусоїдальну форму і міститиме велику кількість гармонічних компонентів. Крім того, обладнання, таке як дугові печі та люмінесцентні лампи, також є поширеними нелінійними навантаженнями. У процесі виплавки сталі у дуговій печі, нестабільність дуги призведе до коливань струму та появи гармонік. Через функцію пускорегулювального пристрою (баласту) в люмінесцентній лампі, форма струму також буде спотворена, що призводить до появи гармонік.

• Екситаційний струм трансформаторів: під час роботи трансформатора у його залізній серцевині відбувається намагнічування, в результаті чого екситаційний струм більше не є синусоїдою, що призводить до появи гармонік. Особливо, коли трансформатор увімкнений без навантаження або працює при легкому навантаженні, гармонічні компоненти екситаційного струму будуть більш помітними.

• Незбалансованість системи живлення: коли навантаження кожного фази у трифазній системі живлення є незбалансованим, це призведе до асиметрії струму та напруги, що в свою чергу призводить до появи гармонік. Наприклад, на деяких промислових об'єктах через різне обладнання, підключене до кожної фази, може виникнути ситуація небалансу трифазного навантаження, що призводить до появи гармонік у системі живлення.

Гармоніки можуть призводити до збільшення нагріву та більших втрат у електричному обладнанні, що впливає на нормальне функціонування та термін служби обладнання. Вони також можуть завдавати перешкод комунікаційним системам та спричиняти резонанс у системі живлення та інші проблеми. Тому потрібно приймати відповідні заходи для їх ліквідації.