Какво представляват хармониците в електрическите мрежи

В идеалния случай електрическата мрежа трябва да има променливо напрежение, което се променя според синусоидалния закон с честота 50 Hz (50 пъти в секунда), ако говорим за вътрешни мрежи. На практика ситуацията е различна - напрежението е далеч от синусоидална форма, изкривява се не само по фронтовете, но по цялата дължина е изпълнено с различни изблици и шум. Това явление се нарича хармоници в електрическите мрежи. В тази статия ще разгледаме по-отблизо какво представлява и защо хармониците са опасни за оборудването, свързано към мрежата.

Съдържание:

Хармонично откриване
Източници на намеса
Последствия от хармонични смущения

Хармонично откриване

Графиката на сигнала, която варира според синусоидалния закон, има формата:

Но това е значително различно от реалната форма на напрежение в електрическата мрежа:

Тези джаги и спуквания също са причинени от хармоници. Ще се опитаме да говорим за това явление с прости думи. Графиката по-горе може да бъде представена като сума от сигнали с различни честоти и величини. Ако всичко това се добави, резултатът ще бъде точно такъв сигнал. Пример и резултат от добавянето на сигнали е показан на графиката по-долу:

Хармониците се отличават по числа, където първата хармоника е компонентът с най-голяма стойност. Подобно описание обаче е твърде кратко. Следователно, нека да дадем формула за определяне на хармоничната стойност. Това е възможно с хармоничен анализ и разширение на Фурие:

От тази формула може да се разграничат също честотите и фазите на хармоничните компоненти на електрическата мрежа и всеки друг синусоидален сигнал.

Източници на намеса

Редица оборудване могат да бъдат причислени към източници на смущения, от домакински уреди до мощни промишлени електрически машини. За начало нека разгледаме накратко причините за тяхното възникване.

Хармониците в електрическа мрежа с променлив ток възникват поради характеристиките на електрическото оборудване, например поради нелинейността на техните характеристики или естеството на потреблението на ток.

Например в трифазни мрежи в магнитните вериги на трансформаторите дължините на магнитните пътища на средната и крайната фаза се различават почти 2 пъти, поради което токовете им на намагнитване се различават до един и половина пъти. Оттук възникват хармоници в трифазни мрежи.

Друг източник смущения в електротехниката това са електродвигатели, трифазни синхронни и асинхронни, и еднофазни, включително универсални колекторни двигатели. Последният тип двигател се използва в повечето домакински уреди, например:

перални машини;
Хранителни преработватели;
бормашини, шлифовъчни машини, въртящи се чукове и др.

В резултат на работата на комутационните захранвания в електрическата мрежа възникват високочестотни хармоници (смущения). За да разберете как се формират, трябва да имате информация за тяхната вътрешна структура. Това се дължи на факта, че първичният ток на UPS е различен от непрекъснатия, той протича само когато силовият полупроводников превключвател е отворен.И последният се отваря и затваря с честота над 20 kHz.

Чудя се: Работната честота на някои съвременни комутационни захранващи устройства достига 150 kHz.

За да се намалят тези хармоници, се използват електромагнитни филтри за смущения, като дросели и кондензатори с общ режим. За да се подобри графиката на потреблението на ток по отношение на захранващото еднофазно напрежение, се използват коректори за активен коефициент на мощност (руски KKM, английски PFC).

Такива захранващи устройства са инсталирани в:

LED лампи;
Електронни баласти за флуоресцентни лампи;
компютърни захранвания;
модерни зарядни за мобилни телефони;
Телевизори и друго оборудване.

Също така, тези захранващи устройства включват честотни преобразуватели.

За да измервате хармониците в мрежата, можете да използвате многофункционални измервателни уреди от EKF. В допълнение към хармониците, тези инструменти могат да измерват мрежови параметри като ток, честота, напрежение, активна, реактивна и видима мощност, както и коефициенти на мощност и честота. В допълнение, многофункционалните измервателни уреди позволяват да се контролира, анализира и оптимизира работата на енергийното оборудване, системите и промишлените вериги. Те са доста лесни за инсталиране и могат да бъдат конфигурирани за всеки токов трансформатор.

Последствия от хармонични смущения

Наличието на хармоници в електрическа променлива мрежа причинява определени проблеми. Сред тях - повишено нагряване на електродвигатели и силови проводници. Ефектите на хармониците са вибрациите на двигателя. По-нататъшните последици могат да бъдат различни - от ускорено износване на лагерите на ротора на двигателя, завършващо с повреда по тялото на намотките от повишена топлина.

В електричеството се откриват фалшиви аларми за превключващи и защитни съоръжения - прекъсвачи, контактори и магнитни стартери. При звуковото оборудване и комуникационните технологии възникват смущения поради хармоници. Те се борят с тях по същия начин - чрез инсталиране на електромагнитни филтри за смущения.

Видеоклипът по-долу описва какви са хармониците и интерхармониите в електрическата мрежа:

В заключение искам да отбележа, че по принцип хармониците в електрическите мрежи не са от полза. Те причиняват само неизправности, фалшиви аларми на превключващото оборудване и други прояви на нестабилност в работата. Това може да причини не само неудобство при експлоатация, но и икономически проблеми, загуби и извънредни ситуации, които могат да бъдат опасни за живота.

Свързани материали: