Le armoniche sono componenti di frequenza nella tensione o corrente di rete che si discostano dalla frequenza di rete di 50 Hz. Qualsiasi forma d'onda periodica non sinusoidale può essere scomposta in componenti sinusoidali utilizzando l'espansione della serie Fourier. Le frequenze che corrispondono ad un multiplo della frequenza fondamentale sono dette armoniche. Questa relazione è illustrata nella Figura 1. La progressione arancione, non sinusoidale, può essere suddivisa in una componente fondamentale e la 3ª armonica. La terza armonica ha una frequenza tre volte superiore alla fondamentale.
Un valore di ampiezza viene determinato per ogni frequenza che si verifica usando l'analisi di Fourier. Il totale dei valori di ampiezza delle frequenze non pari a 50 Hz formano il contenuto armonico. I requisiti per il contenuto armonico della rete sono definiti nella norma DIN EN 50160.
Le armoniche sono causate da apparecchiature che hanno una caratteristica di corrente-tensione non lineare. Questo avviene sempre più spesso con componenti elettronici di potenza come raddrizzatori e inverter. Il numero di consumatori non lineari, che comprendono lampade a risparmio energetico, alimentatori switching di televisori e computer, è in costante aumento. Il drenaggio di corrente non sinusoidale di queste utenze provoca una caduta di tensione all'impedenza di rete, che distorce la tensione di rete e quindi genera armoniche nella rete. Per questo motivo, la serie DIN EN 61000 definisce le specifiche per il contenuto armonico per i produttori di apparecchiature di consumo.
Le armoniche hanno un effetto negativo sulle apparecchiature e sui dispositivi collegati. Questi possono portare a malfunzionamenti, sovraccarichi, invecchiamento e, nel peggiore dei casi, alla distruzione. Occorre sottolineare i fenomeni di risonanza che possono verificarsi a causa delle armoniche. Induttori, capacità e resistenze nella rete formano insieme circuiti risonanti che possono essere eccitati dalle armoniche. Ciò può portare a tensioni o correnti armoniche elevate.
Installando opportuni filtri elettrici, le armoniche possono essere smorzate in modo che la tensione sia il più sinusoidale possibile. I trasformatori possono anche avere un effetto positivo sul contenuto armonico, in quanto possono filtrare la 3a armonica e tutti i suoi multipli. Inoltre, una rete con una potenza di cortocircuito sufficientemente elevata è meno sensibile alle armoniche.
Si distingue tra armoniche intere pari e dispari, interarmoniche e subarmoniche. Le componenti di frequenza della tensione di rete sono mostrate come esempio nella Figura 2. Le armoniche intere hanno un multiplo della frequenza di rete. Un numero pari del multiplo è un'armonica pari e di conseguenza un numero dispari è un'armonica dispari. Le armoniche intermedie sono componenti di frequenza che non sono multipli della frequenza fondamentale di 50 Hz. Le subarmoniche sono tutte componenti di frequenza che hanno frequenze inferiori a 50 Hz. Tuttavia, queste non sono considerate armoniche.
Armoniche, Armoniche
harmonic