Harmônicos do Gerador: Causas, Efeitos, e métodos de mitigação

Um gerador fornece um fluxo contínuo, suave, e fornecimento de energia a longo prazo na ausência de eletricidade da rede principal. Aparelhos avançados podem perturbar essa energia limpa através harmônicos do gerador. Estes são imediatos, flutuações elétricas criadas por cargas elétricas variáveis, incluindo unidades em constante mudança, servidores, e sistemas UPS.

Esses harmônicos podem danificar os aparelhos sensíveis, superaquecer os alternadores eletromagnéticos, e diminuir a vida útil do seu gerador. Neste artigo de HuaQuan, você lerá sobre as principais causas dos harmônicos, junto com suas consequências em seu circuito. Além disso, você também lerá sobre os métodos modernos de fabricação usados ​​para evitar esses harmônicos.

O que são harmônicos do gerador?

Se você quiser entender o conceito de harmônicos do gerador, você precisa saber o básico de um sinal AC. No sistema de rede elétrica principal, o AC fornece uma fonte em uma frequência ideal (por exemplo, essa frequência é 60 Hz na América do Norte e 50 Hz na Europa). As ondas fornecem um excelente fluxo nesta frequência.

Basicamente, harmônicos são extras, ondas senoidais não necessárias que têm uma frequência mais alta do que as ondas necessárias e existem em sincronização com as ondas básicas. Essas ondas indesejadas operam em múltiplos dos sinais de frequência básica. Por exemplo, se você tiver um 60 Sistema gerador Hz, você verá que a onda do 5º harmônico funciona em 300 Hz, enquanto o 7º harmônico opera em 420 Hz, muito maior que a frequência necessária.

Essas ondas de frequência aumentada dominam o 60 Sistema Hz e criar unificado, ondas elétricas distorcidas. Você pode medir a flutuação exata como Distorção Harmônica Total ou THD. O aumento da distorção significa contínuo, sinais elétricos instáveis.

Em casos raros, o gerador causa esses harmônicos devido ao enrolamento e isolamento incorretos. Na maioria dos casos, a causa raiz é o equipamento conectado que está causando distorção nas ondas de frequência primária.

Causas dos Harmônicos do Gerador

As principais razões para a criação de harmônicos no gerador incluem as cargas elétricas dispersas no gerador. As cargas lineares são normais, que são extraídos de uma lâmpada ou de um aquecedor. Em condições normais, a corrente elétrica extraída do gerador depende exatamente do valor da tensão necessária para o local. Como resultado, a forma de onda de saída se alinha com os sinais senoidais de tensão necessários.

No mundo tecnológico de hoje, existem numerosos aparelhos e equipamentos que funcionam com sinais elétricos distorcidos ou não lineares. Esses dispositivos não funcionam suavemente e utilizam corrente em altas frequências. Consequentemente, ele forma harmônicos geradores de sinais de frequência mais alta e funciona enviando sinais distorcidos para a rede do gerador.

As fontes comuns desses harmônicos variáveis ​​são aquelas associadas a equipamentos ou aparelhos que convertem corrente alternada em corrente contínua.. As máquinas mais comuns incluem as seguintes:

• Unidades de frequência variável (Inversores de frequência): As aplicações incluem o controle da velocidade balanceada de motores elétricos industriais. Os VFDs são responsáveis ​​por causar o 5º e o 7º harmônicos do gerador na alimentação..
• Retificadores e Inversores: As aplicações incluem sistemas UPS, painéis solares, e sistemas de carregamento baseados em EV.
• Fontes de alimentação comutadas (SMPS): As aplicações incluem computadores avançados, servidores modernos, Drivers de LED, e eletrônicos domésticos.

Às vezes, o próprio layout do gerador causa esses harmônicos. Também, decide como esses harmônicos afetarão o fornecimento elétrico. Geradores são substitutos alternativos para o fornecimento da rede principal, tendo uma grande capacidade de resistência ao fluxo de corrente.

Quando você retira uma carga dispersa do gerador, mostra mais resistência e resulta em comprimentos de onda distorcidos. Esta situação será completamente diferente na ligação à rede principal devido à menor impedância. Por isso, seu site pode funcionar normalmente na carga da rede principal, mas mostrar harmônicos do gerador ao extrair energia do gerador.

Efeitos dos Harmônicos do Gerador em Sistemas de Potência

Você não pode ignorar esses harmônicos, pois eles causarão danos graves. O raro evento destes harmônicos resultará em uma série contínua de falhas de máquinas. O dano ocorrerá tanto no gerador quanto nos aparelhos de frequência variável conectados.

Primeiro, harmônicos prejudicam o desempenho básico dos geradores. Ondas harmônicas com frequência aumentada resultam em um efeito chamado efeito de pele. Nesse caso, essas frequências mais altas empurram os elétrons para as coberturas externas de cobre. Este empurrão forçado aumenta a impedância do fio. Causa maiores perdas de calor ao permitir que a corrente passe pelo sistema.

Este aquecimento excessivo derrete o isolamento do fio dentro do alternador. Como resultado, diminui a vida útil do gerador. Além disso, os harmônicos distorcidos podem produzir campos magnéticos opostos dentro do estator. Causa estresse físico, vibrações mais altas, e ineficiência de combustível.

Os harmônicos de frequência variável também têm efeitos graves em seus equipamentos e aparelhos. Por exemplo, alguns de seus eletrodomésticos funcionam bem 60 Hz apenas para um funcionamento suave. Harmônicos também podem fazer com que seus circuitos desarmem do nada.

Se você não gerenciar os harmônicos, eles resultam em comportamento regulatório não conforme. Empresas de primeira linha, como o IEEE, forneça claramente limites de potência, como IEEE 519 conformidade padrão. Os usuários que deliberadamente devolvem harmônicos ao sistema gerador podem enfrentar consequências legais e penalidades de usinas de energia.

Métodos para gerenciar harmônicos do gerador

Você não pode remover as cargas elétricas variáveis ​​de máquinas avançadas. Mas os fabricantes de geradores podem gerenciar o funcionamento dos geradores para reduzir as chances de harmônicos do gerador e evitar danos aos seus aparelhos..

A solução inclui o uso de filtros de mitigação de harmônicos, tendo dois tipos diferentes.

• Filtros Passivos: Inclui capacitores e indutores com tamanhos específicos. Eles são conhecidos como armadilhas elétricas para capturar frequências harmônicas espalhadas antes de irem para o gerador.. Por exemplo, os filtros passivos podem detectar e capturar sinais de 5ª harmônica de VFDs.
• Filtros ativos: Inclui microprocessadores modernos com tecnologia avançada. Eles inspecionam as linhas de ondas que chegam ao gerador. Sempre que há uma onda harmônica, eles produzem exatamente a mesma onda anti-harmônica para cancelar o efeito de distorção.

Você também pode considerar modificações de projeto e layout na engenharia de geradores. Se você instalar alternadores de alta qualidade, eles usarão um específico 2/3 passo projetado dentro do estator. Esta modificação específica no enrolamento de cobre destrói automaticamente a onda do 3º harmônico e seus múltiplos de entrada. Esses harmônicos também são chamados de harmônicos triplos e são letais para o sistema, pois se acumulam no fio neutro e geram aquecimento excessivo..

Quando os engenheiros estão aplicando correção de fator baseada em potência, eles devem fazê-lo criticamente. Eles devem usar capacitores com extremo cuidado. Porque os bancos de capacitores podem otimizar frequências harmônicas, levando ao caos. Se os fabricantes quiserem reduzir as suas hipóteses, eles têm que instalar reatores dessintonizados quando incorporam capacitores. Ele aplicará seus Fator de potência de maneira segura.

Por último, mas não menos importante, o monitoramento e avaliação dos sites e dos sistemas de backup são necessários. Você deve instalar sistemas de rastreamento e analisadores em seus sites para obter informações em tempo real. Você será capaz de detectar os picos não lineares dentro do tempo.

Melhores práticas para minimizar harmônicos em geradores

Incorporar filtros é uma excelente opção. Se você quiser conhecer a estratégia de longo prazo para evitar essas harmônicas, você deve introduzir um sistema altamente ativo ao instalar um gerador.

Quando você está instalando seu sistema de backup, aumentar o tamanho do fio neutro. Será uma medida de segurança rigorosa. Geralmente, o 3º, 9o, e 15ª ondas de harmônicos não cancelam o efeito. Em vez de, eles se combinam para dar um efeito unificado e fluem de volta para o fio neutro.

O fio neutro terá que transportar uma quantidade extra de corrente do que na situação normal. Quando você usa um fio neutro de tamanho extra, evitará que a corrente extra cause curtos-circuitos e incêndios.

Você deve garantir o equilíbrio de carga adequado no gerador. Tente fornecer cargas não lineares em distribuição igual entre as três fases. Se houver um desequilíbrio, isso irá deteriorar a situação, e a forma de onda resultante será espalhada.

Você também deve dar importância à manutenção programada e atualização dos sistemas. Se você estiver renovando suas instalações com luzes LED extras e lâmpadas estéticas, você deve atualizar seu sistema de energia, também. Entre em contato com um engenheiro profissional para obter aconselhamento especializado sobre atualização de energia. Isso ajudará seu gerador a atender às suas novas necessidades de energia.

Nota Final!

Harmônicos do gerador são uma ameaça oculta às suas dispendiosas fontes de backup de energia. Eles podem danificar até mesmo os sistemas geradores mais eficientes. Na verdade, locais modernos incorporam aparelhos e equipamentos elétricos que operam em frequências variáveis ​​e geram harmônicos no gerador. Se você não administrar essas ondas distorcidas, isso danificará todo o sistema. Se você pratica medidas preventivas adequadas e prefere manutenção programada de geradores, você pode evitar suas consequências facilmente.

Proteja suas instalações contra energia suja

Não permita que as ondas elétricas dispersas interrompam toda a sua energia de reserva. Também danificará seus aparelhos sensíveis e equipamentos críticos. Você precisa da análise harmônica recente do seu gerador, ou você deseja incorporar filtros harmônicos em seu sistema? Em ambos os casos, nossos engenheiros profissionais em Huaquan estão disponíveis ao seu serviço. Contate-nos hoje.