Τι είναι οι αρμονικές συστημάτων ισχύος;

Οι αρμονικές συστημάτων ισχύος είναι τα υποπροϊόντα ηλεκτρονικών συσκευών που εμφανίζονται όταν ορισμένοι τύποι συνδέονται σε συστήματα ισχύος. Συσκευές όπως τα αδιάλειπτα τροφοδοτικά, οι προσωπικοί υπολογιστές και οι μονάδες μεταβλητής συχνότητας δημιουργούν αρμονικές του συστήματος ισχύος όταν αντλούν ρεύμα σε σύντομους παλμούς αντί με ομαλό τρόπο. Τα αποτελέσματα αυτών των αρμονικών έχουν ως αποτέλεσμα παραμορφωμένες τάσεις και προβλήματα που επηρεάζουν αρνητικά την απόδοση των συστημάτων.

Οι πηγές ηλεκτρικής τροφοδοσίας στοχεύουν στην παροχή ημιτονοειδών τάσεων με συνέπεια. Όταν τα μη γραμμικά φορτία ή οποιαδήποτε συσκευή που χρησιμοποιεί τροφοδοτικά μεταγωγής στερεάς κατάστασης για τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα συνδέονται σε μια πηγή ισχύος, αυτό οδηγεί σε αρμονικές του συστήματος ισχύος. Ένα γραμμικό φορτίο έχει μια συνεχή σχέση ρεύματος στην οποία η ισχύς είναι ανάλογη με την τάση και τα δύο κύματα έχουν το ίδιο σχήμα. Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως, οι κινητήρες και οι θερμαντήρες είναι μερικά παραδείγματα γραμμικών φορτίων.

Τα αρμονικά φορτία που παράγουν ρεύμα είναι μη γραμμικά, όπου οι κυματομορφές ρεύματος και τάσης διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το σχήμα. Όταν ένα τέτοιο φορτίο αντλεί ισχύ, δημιουργούνται αρμονικές τάσεις από την σύνθετη αντίσταση μέσα στο σύστημα. Οι σιδηρομαγνητικές συσκευές, οι μονάδες φωτισμού εκκένωσης και οι συσκευές τόξου είναι μερικά παραδείγματα μη γραμμικών φορτίων. Οι επιπτώσεις των αρμονικών συστημάτων ισχύος μπορεί να είναι αρκετά σοβαρές ανάλογα με το μέγεθος της παραμόρφωσης της τάσης.

Από πολλές απόψεις, η επίδρασή του είναι συγκρίσιμη με το πώς το άγχος επηρεάζει αρνητικά το ανθρώπινο σώμα. Τα υψηλά επίπεδα αρμονικής παραμόρφωσης μπορεί να οδηγήσουν σε σποραδική λειτουργία του εξοπλισμού, αναποτελεσματικότητα του συστήματος τροφοδοσίας και ακόμη και τερματισμούς λειτουργίας. Ολόκληρο το σύστημα διανομής κοινής ωφέλειας και τυχόν συνδεδεμένες συσκευές μπορούν να επηρεαστούν σε διάφορα επίπεδα με διάφορους τρόπους. Για παράδειγμα, οι αρμονικές του συστήματος ισχύος μπορούν να μειώσουν τη διάρκεια ζωής των πυκνωτών ή να προκαλέσουν αστοχία ή ρήξη τους. Τα εξαρτήματα μπορεί να σκοντάψουν, να ανατιναχθούν ή να καταστραφούν χωρίς κάποια ευδιάκριτη αιτία.

Οι αρμονικές παραμορφώσεις τάσης προκαλούν ασταθή λειτουργία των γεννητριών και υπερθέρμανση των περιελίξεων στους μετασχηματιστές. Συσκευές όπως τηλέφωνα και υπολογιστές ενδέχεται να αποτύχουν κατά διαστήματα ή να παρουσιάσουν παρεμβολές. Οι χρήστες ενδέχεται να καταλήξουν με υπερβολικούς λογαριασμούς ρεύματος, επειδή οι μετρητές κοινής ωφέλειας καταγράφουν εσφαλμένα τις μετρήσεις ισχύος.

Οι τεχνικοί χρησιμοποιούν πολλές μεθόδους για τη μείωση των αρμονικών συστημάτων ισχύος, που κυμαίνονται από πιο αποδοτικούς σχεδιασμούς έως τη χρήση μετασχηματιστών απομόνωσης και δέλτα-δέλτα. Με καλύτερο σχεδιασμό, οι αρμονικές μπορούν να μειωθούν περιορίζοντας τα μη γραμμικά φορτία σε ένα ορισμένο ποσοστό της χωρητικότητας ενός μετασχηματιστή. Οι μετασχηματιστές δέλτα-δέλτα μετατοπίζουν τις σχέσεις φάσης χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές, οι οποίες είναι επίσης ευεργετικές. Οι μετασχηματιστές απομόνωσης προσπαθούν να λύσουν το πρόβλημα αυξάνοντας και μειώνοντας την τάση του συστήματος ώστε να ταιριάζει.