1. Nichtlineare Eigenschaften

Dioden, Thyristoren und andere Leistungselektronikbauelemente in Gleichrichteranlagen weisen nichtlineare voltammetrische Eigenschaften auf. Nehmen wir beispielsweise eine Diode: Liegt die Eingangswechselspannung in der positiven Halbwelle, ist die Diode positiv und der Strom kann durchfließen; in der negativen Halbwelle ist die Diode gesperrt und der Strom ist nahezu null. Diese Eigenschaft ändert sich nicht linear mit der Eingangsspannung, sodass Ausgangsstrom und -spannung nach der Gleichrichtung keine Standard-Sinuswellen mehr aufweisen, was zu Oberschwingungen führt.

2. Kommutierungsprozess

In einer Gleichrichterschaltung erfolgt der Kommutierungsprozess, wenn sich die Phasenfolge der Wechselstromversorgung ändert oder wenn Bauteile wie Thyristoren ein- und ausgeschaltet werden. Im Moment der Kommutierung wird der Strom von einem Zweig zum anderen übertragen. Aufgrund von Induktivitäten, Kondensatoren und anderen Komponenten im Stromkreis kann sich der Strom nicht plötzlich ändern, und es entsteht ein Einschwingvorgang, der zu einer Verzerrung der Stromwellenform und der Oberwellen führt. Beispielsweise führt in einer dreiphasigen Brückengleichrichterschaltung der Kommutierungsprozess des Thyristors zu Oberwellen einer bestimmten Frequenz im Ausgangsstrom.

3. Schaltungsaufbau

Auch die Schaltungsstruktur der Gleichrichteranlage beeinflusst die Entstehung von Oberschwingungen. Beispielsweise nutzt eine Halbwellengleichrichterschaltung nur die halbe Periode der Wechselstromversorgung, wodurch die Diskontinuität der Ausgangswellenform deutlicher wird und der Oberschwingungsgehalt relativ hoch ist. Obwohl Vollwellengleichrichterschaltungen und Brückengleichrichterschaltungen die gesamte Periode der Wechselstromversorgung nutzen, entstehen aufgrund ihrer Schaltungsstruktur zwangsläufig Oberschwingungen im Gleichrichtungsprozess.

4. Lastkennlinie

Wenn die Gleichrichteranlage eine nichtlineare Last aufweist, wie z. B. ein Lichtbogenofen oder ein Frequenzumrichter, verzerren die nichtlinearen Eigenschaften der Last selbst die Eingangsstromwellenform der Gleichrichteranlage, was zu Oberschwingungen führt. Am Beispiel des Wechselrichters zerhackt und invertiert die darin enthaltene Leistungselektronik die Stromversorgung im Betrieb entsprechend dem Steuersignal, sodass der Eingangsstrom keine Sinuswelle mehr ist, sondern eine große Anzahl harmonischer Komponenten enthält.