Hogere harmonische

In een elektrisch voedingssysteem is een hogere harmonische een spanning of stroom op een veelvoud van de fundamentele frequentie van het systeem. Deze frequentie is geproduceerd door de werking van niet-lineaire belastingen zoals gelijkrichters, ontladingsverlichting. Maar ook door verzadigde magnetische apparaten.

Als gevolg hiervan zijn harmonische frequenties in het stroomnet een frequente oorzaak van problemen met de stroomkwaliteit. Harmonischen in energiesystemen resulteren niet alleen in verhoogde verwarming in de apparatuur en geleiders. Maar ook in misflitsen in aandrijvingen met variabele snelheid en koppelpulsaties in motoren. In een normaal wisselstroomvoedingssysteem, varieert de stroom sinusoïdaal met een specifieke frequentie, meestal 50 of 60 hertz.

Wanneer een lineaire elektrische belasting op het systeem is aangesloten, trekt deze een sinusvormige stroom op dezelfde frequentie als de spanning. Alhoewel meestal niet in fase met de spanning.

Hogere harmonischen door niet lineaire belastingen

Niet-lineaire belastingen veroorzaken hoger harmonischen. Wanneer een niet-lineaire belasting, zoals een gelijkrichter, op het systeem is aangesloten, trekt deze een stroom die niet noodzakelijk sinusvormig is.

De huidige golfvorm kan behoorlijk complex worden. Dit is afhankelijk van het type belasting en de interactie ervan met andere componenten van het systeem. Ongeacht hoe complex de huidige golfvorm is, zoals beschreven door Fourier-serieanalyse, is het mogelijk om deze te deconstrueren in een reeks eenvoudige sinusoïden.

Deze beginnen bij de fundamentele frequentie van het vermogenssysteem en treden op bij gehele veelvouden van de fundamentele frequentie. Verdere voorbeelden van niet-lineaire belastingen zijn algemene kantoorapparatuur zoals computers en printers, TL- en LED-verlichting, batterijladers en schijven met variabele snelheid. In vermogenssystemen zijn harmonischen gedefinieerd als positieve gehele veelvouden van de fundamentele frequentie.

De derde orde harmonische is dus het derde veelvoud van de fundamentele frequentie. Dit type harmonischen is gegenereerd in niet-lineaire belastingen. Halfgeleiderapparaten zoals transistors, IGBT's, MOSFETS, diodes enz. zijn allemaal niet-lineaire belastingen. Transformatoren op verzadiging kunnen ook harmonischen genereren. Elektromotoren dragen niet bij aan het genereren van harmonischen.

Motoren moeten het verzadigingsniveau bereiken om een harmonische stroom te genereren. Maar dit gebeurt zeldzaam. Halfgeleiders leveren dus de grootste bijdrage aan het genereren van harmonischen.

Oscillerende stroom in de nul

Stroom wordt geleverd door een driefasensysteem, waarbij elke fase 120 graden uit elkaar ligt. Dit wordt gedaan om twee redenen. Ten eerste omdat generatoren en motoren die drie fasen gebruiken efficiënter zijn vanwege het constante koppel dat de fasen leveren.

En ten tweede, nadat stroom is geleverd aan een belasting, kunnen de drie fasen theoretisch worden toegevoegd aan de neutrale of nul draad en heffen elkaar op. Als de drie fasen echter harmonischen van de derde orde bevatten, zullen de stromen niet volledig optellen tot nul. Dit leidt tot een oscillerende stroom in de neutrale draad, wat gevaarlijk is omdat het is ontworpen (kleine geleiders) om minimale stroom te voeren.

Om te voorkomen dat je de derde orde harmonischen optelt, gebruikt men deltaverbindingen. Hierdoor circuleert de stroom rond de verbinding in plaats van te combineren in de nulleider van een draadverbinding.