Mik a harmonikusok az elektromos hálózatokban?

Ideális esetben az elektromos hálózatnak váltakozó feszültséggel kell rendelkeznie, amely a szinuszos törvény szerint 50 Hz (másodpercenként 50-szer) frekvenciával változik, ha a belföldi hálózatról van szó. A gyakorlatban a helyzet más - a feszültség messze nem áll a szinusz alakútól, torzul, nem csak a homlokzatok mentén, hanem a teljes hossza különféle robbantásokkal és zajokkal tele. Ezt a jelenséget harmonikusnak nevezik az elektromos hálózatokban. Ebben a cikkben közelebbről megvizsgáljuk, mi ez és miért veszélyesek a harmonikus hangok a hálózathoz csatlakoztatott berendezésekre.

Tartalom:

Harmonikus észlelés
Az interferencia forrásai
A harmonikus interferencia következményei

Harmonikus észlelés

A jel gráfja, amely a szinuszos törvénytől függően változik, a következő formában van:

De ez jelentősen különbözik az elektromos hálózat feszültségének valós formájától:

Ezeket az ütéseket és a robbantásokat a harmonikusok is okozzák. Megpróbálunk egyszerű szavakkal beszélni erről a jelenségről. A fenti grafikon ábrázolható a különböző frekvenciák és nagyságú jelek összegével. Ha mindezt összeadjuk, akkor az eredmény csak ilyen jel lesz. A jelek hozzáadásának egy példáját és eredményét az alábbi ábra mutatja:

A harmonikusokat a számok különbözik, ahol az első harmonikus a legnagyobb értékű komponens. Egy ilyen leírás azonban túl rövid. Ezért adjunk egy képletet a harmonikus érték meghatározására. Ez harmonikus elemzéssel és Fourier-bővítéssel lehetséges:

Ebből a képletből meg lehet különböztetni az elektromos hálózat harmonikus alkotóelemeinek frekvenciáit és fázisait, valamint bármely más szinuszos jelet.

Az interferencia forrásai

Számos berendezés tulajdonítható az interferenciaforrásoknak, a háztartási készülékektől a nagy teljesítményű ipari elektromos gépekig. Először röviden vizsgáljuk meg ezek előfordulásának okait.

Az elektromos váltóáramú hálózat harmonikája az elektromos berendezések jellemzői miatt merül fel, például jellemzőik nemlinearitása vagy az áramfogyasztás jellege miatt.

Például a transzformátorok mágneses áramköreiben levő háromfázisú hálózatokban a középső és a szélsőséges fázis mágneses útjainak hossza csaknem kétszer különbözik, és ezért mágnesezési áramuk másfélszeres. Innentől kezdve a háromfázisú hálózatokban harmonikusok lépnek fel.

Egy másik forrás interferencia az elektrotechnikában ezek villamos motorok, mind háromfázisú szinkron és aszinkron, valamint egyfázisú, beleértve az univerzális kollektor motorokat. Az utóbbi típusú motort a legtöbb háztartási készülékben használják, például:

mosógépek;
élelmiszer-feldolgozók;
fúrók, darálók, forgókalapácsok stb.

A kapcsoló tápegységek működésének eredményeként magas frekvenciájú harmonikák (interferencia) fordulnak elő az elektromos hálózatban. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan alakulnak ki, rendelkeznie kell információkkal a belső felépítésükről. Ennek oka az a tény, hogy a szünetmentes tápegység primer árama eltér a folyamatostól, csak akkor áramlik, amikor a tápfeszültség félvezető kapcsoló nyitva van.Ez utóbbi 20 kHz feletti frekvenciával nyílik és bezárul.

Vajon: Néhány modern kapcsoló tápegység működési frekvenciája eléri a 150 kHz-et.

Ezeknek a harmonikusoknak a csökkentésére elektromágneses interferencia szűrőket, például közös üzemű fojtókat és kondenzátorokat használnak. Az áramfelvétel grafikonjának javításához az egyfázisú feszültséghez viszonyítva aktív teljesítménytényező-korrektorokat használnak (orosz KKM, angol PFC).

Az ilyen tápegységeket a következőkbe telepítik:

LED lámpák;
Elektronikus előtétek fénycsövekhez;
számítógépes tápegységek;
modern töltők mobiltelefonokhoz;
TV-k és egyéb berendezések.

Ezen tápegységek tartalmaznak frekvenciaváltókat is.

A hálózat harmonikusának mérésére használhat multifunkcionális mérőműszereket az EKF-től. Ezek a műszerek a harmonikusokon kívül olyan hálózati paramétereket is mérhetnek, mint az áram, a frekvencia, a feszültség, az aktív, a reaktív és a látszólagos teljesítmény, valamint a teljesítmény és a frekvencia tényezők. Ezenkívül a multifunkcionális fogyasztásmérők lehetővé teszik az erőművek, rendszerek és ipari áramkörök működésének ellenőrzését, elemzését és optimalizálását. Meglehetősen könnyű telepíteni, és bármilyen áramváltóhoz konfigurálhatók.

A harmonikus interferencia következményei

A harmonikusok jelenléte az elektromos váltóáramú hálózatban bizonyos problémákat okoz. Közülük - az elektromos motorok és a tápvezetékek fokozott fűtése. A harmonikus hatások a motor rezgései. A további következmények eltérőek lehetnek - a motor forgórészének csapágyainak gyorsított kopásától kezdve a tekercsek testének megnövekedett hő általi leszakadásáig.

Az elektromosságban a kapcsoló és a védőberendezések hamis riasztásai vannak - megszakítók, kontaktorok és mágneses indítók. A hangtechnikában és a kommunikációs technológiában az interferencia a harmonikusok miatt fordul elő. Ugyanúgy harcolnak velük - elektromágneses interferencia szűrők telepítésével.

Az alábbi videó leírja, hogy milyen harmonikusok és interharmonikusok vannak a hálózatban:

Összegzésképpen szeretném megjegyezni, hogy az elektromos hálózatok harmonikája elvileg nem jár haszonnal. Csak a működési zavarokat, a kapcsolóberendezések hamis riasztásait és a munka instabilitásának egyéb megnyilvánulásait okozzák. Ez nemcsak kényelmetlenségeket okozhat a működésben, hanem gazdasági problémákat, veszteségeket és vészhelyzeteket is okozhat, amelyek életveszélyesek lehetnek.

Kapcsolódó anyagok: