Co oznacza prąd harmoniczny
Prąd harmoniczny to zbiorcze określenie składowych sinusoidalnych, których częstotliwość jest całkowitą wielokrotnością pierwotnej okresowej częstotliwości prądu. Prąd harmoniczny o częstotliwości równej k razy częstotliwość pierwotnego prądu okresowego nazywany jest prądem k-tej harmonicznej, a wszystkie prądy harmoniczne o częstotliwości większej niż 1 są zbiorczo określane jako prądy harmoniczne wyższego rzędu.
Sygnał okresowy można rozłożyć na liniową superpozycję składowej stałej c0 i sygnałów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach za pomocą transformaty Fouriera: f (t)=c0+∑ _ (m=1) ^ ∞ ▒ [c_m sin (m ω T+ φ_ m) ]
Wśród nich c_msin (m ω T+ φ_ m) Wyrażenie na m-tą harmoniczną, gdzie cm oznacza amplitudę m-tej harmonicznej, a jej częstotliwość kątowa wynosi m ω， Faza początkowa wynosi φ m. Jego efektywna wartość wynosi cm/√ 2.
Gdy m=1, c1sin（ ω T+ φ_ 1) Wyrażenie na składową podstawową, której częstotliwość kątowa wynosi ω， Faza początkowa wynosi φ. Wartość średniokwadratowa c1/√ 2 nazywana jest podstawową wartością efektywną.
ω/ 2 π to częstotliwość składowej podstawowej, zwanej częstotliwością podstawową. Częstotliwość składowej podstawowej jest równa częstotliwości sygnału prądu przemiennego. Częstotliwość m-tej harmonicznej jest całkowitą wielokrotnością (m-krotności) częstotliwości podstawowej.
Definicja harmonicznych w układach zasilania to rozkład Fouriera okresowych niesinusoidalnych wielkości elektrycznych. Oprócz otrzymania składowych o częstotliwości podstawowej sieci elektroenergetycznej, otrzymuje się także szereg składowych o wartości większej od częstotliwości podstawowej sieci elektroenergetycznej. Ta część wielkości elektrycznej nazywana jest harmonicznymi. Stosunek częstotliwości harmonicznej do częstotliwości podstawowej (n=fn/f1) nazywany jest rządem harmonicznym. Czasami w sieci elektroenergetycznej występują harmoniczne niecałkowite, znane jako harmoniczne nieharmoniczne lub harmoniczne ułamkowe.
Harmoniczne to w rzeczywistości rodzaj zakłóceń, które zanieczyszczają sieć energetyczną. Dziedzina technologii elektrycznej bada głównie występowanie, transmisję, pomiary, uszkodzenia i tłumienie harmonicznych, w zakresie częstotliwości na ogół 2 ≤ n ≤ 40.
2. Przyczyny powstawania prądów harmonicznych
Podstawowym powodem generowania prądów harmonicznych są obciążenia nieliniowe.
Gdy prąd przepływa przez obciążenie i nie ma liniowej zależności z przyłożonym napięciem, tworzy prąd niesinusoidalny, w wyniku czego powstają harmoniczne. Tłumienie harmonicznych w systemie elektroenergetycznym polega na zmniejszeniu lub wyeliminowaniu prądu harmonicznego wprowadzanego do systemu w celu kontrolowania napięcia harmonicznych w określonym zakresie.
Istnieją cztery główne środki tłumienia prądu harmonicznego:
(1) Zmniejsz zawartość harmonicznych źródła harmonicznych. Oznacza to podjęcie działań w stosunku do źródła harmonicznych, aby zminimalizować powstawanie harmonicznych króliczych. Ta metoda jest bardziej proaktywna, może poprawić jakość sieci energetycznej i znacznie obniżyć koszty eliminacji efektów harmonicznych.
(2) Przyjęcie metody modulacji szerokości impulsu (PWM). Dzięki zastosowaniu technologii modulacji szerokości impulsu (PWM) napięcie prądu stałego jest modulowane na serię impulsów napięcia prądu przemiennego o równej amplitudzie, ale nie równej szerokości w wymaganym cyklu częstotliwości. Ta metoda może znacznie ograniczyć generowanie harmonicznych.
(3) Absorbuj prąd harmoniczny u źródła harmonicznych. Metoda tego typu jest skuteczną metodą tłumienia istniejących harmonicznych, co jest obecnie najpowszechniej stosowaną metodą tłumienia harmonicznych w systemie elektroenergetycznym.
(4) Popraw system zasilania i środowisko. W przypadku systemu zasilania generowanie harmonicznych jest nieuniknione, ale należy zastosować środki takie jak zwiększenie wytrzymałości zwarciowej systemu zasilania, poprawa poziomu napięcia systemu zasilania, zwiększenie wydajności urządzeń zasilających i utrzymanie trzech - zrównoważenie obciążenia fazowego w jak największym stopniu może poprawić zdolność sieci elektroenergetycznej do przeciwstawiania się harmonicznym. Wybór rozsądnego napięcia zasilania i utrzymanie w miarę możliwości równowagi napięć trójfazowych może skutecznie ograniczyć wpływ harmonicznych na
sieć energetyczną. Źródło harmonicznych jest dostarczane przez punkt zasilania o większej mocy lub sieć o wyższym napięciu, a odporność na harmoniczne wzrośnie. Zasilanie obciążenia źródła harmonicznych za pośrednictwem dedykowanych linii zmniejsza wpływ harmonicznych na inne obciążenia, a także pomaga skoncentrować tłumienie i eliminację harmonicznych wyższego rzędu.
3. Zagrożenia prądami harmonicznymi
W ciągu ostatnich trzydziestu do czterdziestu lat szybki rozwój różnych urządzeń energoelektronicznych doprowadził do coraz poważniejszych zanieczyszczeń harmonicznych w publicznej sieci energetycznej. Różne usterki i wypadki spowodowane przez harmoniczne również miały miejsce stale, a powaga zagrożeń harmonicznych przyciągała dużą uwagę ludzi. Szkodliwość harmonicznych w publicznych sieciach elektroenergetycznych i innych systemach można z grubsza podsumować w następujących aspektach.
(1) Harmoniczne powodują dodatkowe straty harmoniczne w elementach publicznej sieci elektroenergetycznej, zmniejszając efektywność urządzeń wytwarzających, przesyłających i zużywających energię. Gdy przez linię neutralną przepływa duża liczba harmonicznych trzeciego rzędu, może to spowodować przegrzanie linii, a nawet pożar.
(2) Harmoniczne wpływają na normalne działanie różnych urządzeń elektrycznych. Oddziaływanie harmonicznych na silniki powoduje nie tylko dodatkowe straty, ale także generuje drgania mechaniczne, hałas i przepięcia, powodując poważne lokalne przegrzanie transformatorów. Harmoniczne mogą powodować przegrzanie, starzenie się izolacji, skrócenie żywotności, a nawet uszkodzenie kondensatorów, kabli i innego sprzętu.
(3) Harmoniczne mogą powodować lokalny rezonans równoległy i rezonans szeregowy w publicznej sieci energetycznej, wzmacniając w ten sposób harmoniczne, znacznie zwiększając szkody dla powyższych punktów (1) i (2), a nawet powodując poważne wypadki.
(4) Harmoniczne mogą powodować nieprawidłowe działanie zabezpieczeń przekaźników i urządzeń automatycznych oraz mogą prowadzić do niedokładnych pomiarów elektrycznych przyrządów pomiarowych.
(5) Harmoniczne mogą powodować zakłócenia w sąsiednich systemach komunikacyjnych, a w lekkich przypadkach może generować szum, obniżając jakość komunikacji; Ciężkie przypadki powodują utratę zakwaterowania, przez co system komunikacji nie może prawidłowo funkcjonować
