Alternatif akım ideal şartlar altında sinüzoidal dalga şeklindedir. Harmonik ise kısaca bu sinüzoidal dalgaların bozulması durumudur. Harmonik ortaya çıkmasının sebebi, yarı iletken teknolojiye sahip bir sisteme veya nonlineer yüklere sinüzoidal formlu gerilim (AC gerilim) uygulanmasıdır. Bu durumlarda sistemin akım geri dönüşü beklenenin aksine sinüzoidal değil kare şeklindedir.
Harmonikle ilgili 2 temel kavramın bilinmesi gerekir. Kısaca bir göz atalım:
Nonlineer Yükler
Aşağıdaki gibi nonlineer elemanlar akımı sistemlerinde işleme tabi tutup daha sonra çıkış verdiklerinden giriş akımıyla çıkış akımı birbirine eşit değildir. Bu da sinüzoidal akımın bozulmasına sebep olur.
- Demir çekirdekli bobinler
- Yarıiletken malzeme içeren elemanlar
- Elektronik balastlar
- Transformatörler
- Endüktif balastlar
- Bobinler
- TV, bilgisayar
- Statik VAr kompanzatörleri
- Tristör anahtarlamalı güç kaynakları
- Kontrollü motor hız ayar devreleri
- Kesintisiz güç kaynakları
- Frekans dönüştürücüler
Sinüzoidal Akım
Alternatördeki iletkenin bir tam dönüşünü tamamlaması, yani 360 derecelik bir dönüş yapması sonucunda elektromotor kuvvetin bir periyodu oluşmaktadır. Gerilim değerinin sıfırdan başlayarak pozitif maksimum değere çıkması, buradan tekrar düşerek sıfıra inmesi, ardından negatif maksimum değere ulaşması ve artarak tekrar sıfıra çıkması sonunda tamamlanan döngü sinüzoidal akımın bir periyodunu oluşturur.
Periyot: Bir saykılın (devir) tamamlanması için gerekli zamanı belirtir.
Frekans: Periyodun tersi saykılın “frekansı, f” dir. Frekans birimi hertz (Hz), 1 devir (saykıl)/saniye olarak tarif edilir.
Genlik (amplitude): Denge halinden olan maksimum yer değiştirmedir.
Alternatif akım
HARMONİK FREKANSLARI
|
Temel Bileşen(1.Harmonik) |
50 Hz |
|
2. |
100 Hz |
|
3. |
150 Hz |
|
4. |
200 Hz |
|
5. |
250 Hz |
|
6. |
300 Hz |
|
7. |
350 Hz |
Elektrik şebekelerindeki dalga şekillerinin simetri özellikleri nedeni ile çift katsayılı harmonik bileşenler ile (2. harmonik, 4. harmonik gibi) genellikle karşılaşılmaz.
Şekilde de görüldüğü üzere periyodik işaret , temel bileşene (referans akımı 50 Hz) göre bozulmaya uğramış ve sinüzoidalden kare dalgaya doğru evrilmiştir.
HARMONİKLERİN ETKİLERİ
Elektrik Şebekelerinde
- Nötr iletkeninin aşırı ısınması ve yangın riskine sebep olması
- Güç kayıplarının artması
- Kuvvetli elektromanyetik alanlar
- Şebekeye enterferansların verilmesi
Endüstriyel Tesislerde
- Güç kayıplarının artması
- Rezonans riski
- Harmonik akımının dönmesinden dolayı trafoların delta sargılarında aşırı yüklenme
- Gürültü
- Sıcaklık yükselmesi
İletkenlerde
- Güç kayıplarının artması
- Nötr iletkeni üzerinde aşırı yüklenme
- Yangın riski
Kompanzasyon Sisteminde
- Güç kayıplarının artması
- Rezonans riski
- İşletme ömrünün azalması (Kondansatörlerin ömrünün azalması)