Harmonische vervorming (ook wel harmonische vervorming van de stroom of spanningsvervorming genoemd) verwijst naar de verstoring van een elektrisch signaal, waarbij de originele sinusgolf wordt verstoord door extra frequenties die een veelvoud zijn van de fundamentele frequentie van het systeem. Dit kan optreden in elektrische netwerken en kan de prestaties van apparatuur negatief beïnvloeden.

Wat zijn harmonische vervormingen?

In een ideaal elektriciteitsnet hebben de spanningen en stromen een sinusgolfvorm. Dit betekent dat de spanning zich gelijkmatig en regelmatig varieert van positief naar negatief, met een bepaalde frequentie (bijvoorbeeld 50 Hz in Europa of 60 Hz in veel andere landen).

Harmonische vervorming ontstaat wanneer de stroom- of spanningsgolf niet perfect sinusvormig is, maar extra frequenties (harmonischen) bevat. Deze frequenties zijn veelvouden van de oorspronkelijke frequentie, zoals 2x de fundamentele frequentie (de 2e harmonische), 3x (de 3e harmonische), en zo verder.

Voorbeeld:

• In een 50 Hz-netwerk zou de tweede harmonische op 100 Hz draaien, de derde op 150 Hz, de vierde op 200 Hz, enzovoort.

Oorzaken van harmonische vervorming:

Harmonische vervorming wordt vaak veroorzaakt door niet-lineaire belastingen. Niet-lineaire belastingen zijn apparaten die de spanning of stroom niet gelijkmatig gebruiken, maar in plaats daarvan snel schakelen of pieken vertonen in hun stroomverbruik. Voorbeelden hiervan zijn:

1. LED-lampen: De driver in LED-lampen is vaak een niet-lineaire belasting die harmonischen kan genereren.
2. Computerapparatuur: Apparaten zoals computers, printers en servers bevatten vaak voedingen die niet-lineair zijn.
3. Industriële apparatuur: Apparaten zoals motoren, frequentieregelaars, en lasapparatuur kunnen ook harmonischen veroorzaken door hun wisselende stroomvraag.
4. Inverters voor zonnepanelen en windturbines kunnen ook harmonische vervorming veroorzaken door hun omvorming van DC naar AC.

Gevolgen van harmonische vervorming:

Harmonische vervorming kan een aantal negatieve effecten hebben op zowel de netwerkinfrastructuur als op de aangesloten apparatuur:

1. Oververhitting:
• Harmonische stromen kunnen ervoor zorgen dat transformatoren, bedrading, zekeringen en andere componenten in het netwerk oververhit raken, wat de levensduur van de apparatuur kan verkorten.
2. Verlies van efficiëntie:
• Apparaten kunnen minder efficiënt werken door de extra harmonische frequenties. Dit kan leiden tot hogere energiekosten, omdat apparatuur meer energie verbruikt dan strikt noodzakelijk is.
3. Storingen en defecten:
• Apparaten kunnen storingen vertonen of defect raken door de verstoring van hun normale werking door harmonischen. Bijvoorbeeld, een motor kan ongewenst trillen of zelfs vastlopen als gevolg van harmonische vervorming.
4. Verlies van netkwaliteit:
• De algehele kwaliteit van de elektriciteit kan afnemen, wat storingen kan veroorzaken in andere apparaten op het netwerk, zoals gevoelige elektronische apparatuur.
5. Verlaging van de levensduur van apparatuur:
• Verhoogde thermische belasting door harmonische stromen kan de levensduur van transformatoren, kabels en andere elektrische componenten verminderen.

Oplossingen voor harmonische vervorming:

1. Filters:
• Harmonische filters kunnen worden geïnstalleerd om specifieke harmonischen uit het systeem te filteren. Dit kan zowel actief als passief worden gedaan. Passieve filters verminderen specifieke harmonischen, terwijl actieve filters in real-time alle ongewenste frequenties kunnen verminderen.
2. Harmonische compensatoren:
• Dit zijn systemen die actief de effecten van harmonische vervorming corrigeren, bijvoorbeeld door de stroomverdeling in het netwerk te balanceren en de harmonische componenten te neutraliseren.
3. Gebruik van lineaire apparatuur:
• Het vermijden van niet-lineaire belastingen of het vervangen van apparatuur die harmonischen veroorzaakt door meer lineaire alternatieven kan helpen om de vervorming te verminderen.
4. Netwerkontwerpen:
• Het ontwerp van een elektrisch netwerk kan ook helpen om harmonische vervorming te minimaliseren. Dit kan bijvoorbeeld het gebruik van grotere transformatoren of speciale schakelaars omvatten.
5. Toepassen van filters in voedingssystemen van apparaten:
• Veel apparaten die harmonischen veroorzaken, kunnen worden uitgerust met speciale filters aan de ingang van hun voeding, waardoor de vervorming wordt verminderd voordat deze het netwerk in gaan.

Samenvatting:

Harmonische vervorming in elektrische systemen wordt veroorzaakt door niet-lineaire belastingen die extra frequenties toevoegen aan de normale sinusgolf van de stroom. Dit kan leiden tot oververhitting, verminderde efficiëntie, storingen en een verminderde levensduur van apparatuur. Het is belangrijk om harmonische vervorming te monitoren en te beheersen, bijvoorbeeld door filters en compensators te gebruiken of het ontwerp van het netwerk te optimaliseren om de negatieve effecten te verminderen.