Хармониците са електрически напрежения и токове с честоти, които са цели кратни на основната честота на мрежата (50Hz). Те се пораждат от нелинейни товари (като импулсни захранвания, инвертори, LED осветление и честотни регулатори), които консумират ток на прекъснати импулси, вместо в непрекъсната синусоида. Тези хармонични изкривявания деформират формата на вълната и са основна причина за проблеми с качеството на захранването, водещи до прегряване на оборудването и смущения в прецизната електроника

Ефекти

Претоварване на неутралния проводник Един от най-критичните ефекти на хармониците е значителното увеличаване на тока в системата. Това се наблюдава най-осезаемо при третия хармоник (и неговите кратни), които в трифазни системи са в еднаква фаза (синфазни). Поради това те не се нулират, а се сумират алгебрично в неутралния проводник. В резултат токът в нулата може да превиши фазовия ток, което създава риск от прегряване и пожар. Този ефект е от решаващо значение при проектирането на инсталации с висок дял на нелинейни товари (компютри, сървъри, LED осветление).

Загуби в електрическите машини (двигатели и трансформатори) Хармониците причиняват повишени загуби от хистерезис и вихрови токове (токове на Фуко) в магнитопроводите (железните ядра) на машините. Тъй като тези загуби са пряко пропорционални на честотата, високите хармоници генерират много повече топлина от основната честота (50Hz). Това води до ускорено стареене на изолацията и съкращаване на експлоатационния живот на оборудването.

Паразитни моменти и вибрации. Различните хармоници създават магнитни полета с различна посока на въртене: Петият хармоник създава магнитно поле, което се върти в обратна посока на основното поле (negative sequence). Това поражда спирачен момент, който действа срещу ротацията на ротора. Макар и недостатъчен да спре двигателя, този момент предизвиква силни механични вибрации, шум и допълнително натоварване на вала и лагерите. Седмият хармоник се върти в права посока, но причинява пулсации (тласъци), които също влошават плавната работа на машината.

Методи за филтриране и потискане на хармоници За да се неутрализират вредните ефекти на хармониците, в индустриалните и търговски сгради се използват няколко основни технологии за филтриране:

Пасивни филтри Това са най-разпространените и икономични решения. Състоят се от комбинация от индуктивности (дросели) и кондензатори (LC вериги). Принцип на работа: Настроени са да резонират на специфична честота (например 250Hz за 5-ти хармоник), като осигуряват път с ниско съпротивление, по който хармоничният ток се „оттича“, вместо да се връща в мрежата. Предимства: Ниска цена, надеждност и възможност за едновременна компенсация на реактивната мощност. Недостатъци: Не са гъвкави – филтрират само честотите, за които са проектирани. При промяна на товара могат да възникнат рискове от резонанс с мрежата. Активни филтри (Active Harmonic Filters) Това са високотехнологични електронни устройства, базирани на силова електроника. Принцип на работа: Те следят мрежата в реално време и генерират („инжектират“) същите хармонични токове, но с обратна фаза (180 градуса). Така хармониците от товара се неутрализират почти напълно. Предимства: Изключително гъвкави – адаптират се към променливи товари и могат да филтрират широк спектър от хармоници едновременно (обикновено до 50-ти ред). Не създават риск от резонанс. Недостатъци: Значително по-висока първоначална цена спрямо пасивните модели. Линейни реактори и изолационни трансформатори Най-простият метод за частично намаляване на хармониците при честотни инвертори (VFD). Реактори: Поставят се серийно преди товара и ограничават стръмността на тока, намалявайки хармоничните изкривявания с до 50%. Трансформатори: Специалните трансформатори (напр. K-factor) не премахват хармониците, но са проектирани да издържат на високите температури, които те причиняват, без да дефектират.

Изборът на метод зависи от това дали имате постоянен индустриален товар (където пасивният филтър е добър), или модерна офис сграда с хиляди компютри и вариращо потребление (където активният филтър е незаменим).

Източници Категория:Електричество Категория:Електротехника Категория:Електроенергетика