Čo sú harmonické v elektrických sieťach

V ideálnom prípade by elektrická sieť mala mať striedavé napätie, ktoré sa mení podľa sínusového zákona s frekvenciou 50 Hz (50 krát za sekundu), ak hovoríme o domácich sieťach. V praxi je situácia iná - napätie nie je ani zďaleka sínusovitého tvaru, je zdeformované, a to nielen pozdĺž čela, ale po celej dĺžke je naplnené rôznymi nárazmi a hlukom. Tento jav sa v elektrických sieťach nazýva harmonický. V tomto článku sa bližšie pozrieme na to, čo to je a prečo sú harmonické látky nebezpečné pre zariadenia pripojené k sieti.

obsah:

Harmonická detekcia
Zdroje rušenia
Dôsledky harmonického rušenia

Harmonická detekcia

Graf signálu, ktorý sa mení podľa sínusového zákona, má tvar:

To sa však výrazne líši od skutočnej formy napätia v elektrickej sieti:

Tieto jag a výbuchy sú tiež spôsobené harmonickými. Pokúsime sa o tomto fenoméne hovoriť jednoduchými slovami. Vyššie uvedený graf môže byť vyjadrený ako súčet signálov rôznych frekvencií a veľkostí. Ak sa toto všetko spočíta, výsledkom bude iba taký signál. Príklad a výsledok pridávania signálov je uvedený v nasledujúcom grafe:

Harmonické kmity sa rozlišujú číslami, kde prvá harmonická je zložka s najväčšou hodnotou. Takýto opis je však príliš krátky. Preto dajme vzorec na určovanie harmonickej hodnoty. Toto je možné pomocou harmonickej analýzy a Fourierovej expanzie:

Z tohto vzorca je možné rozlíšiť frekvencie a fázy harmonických komponentov elektrickej siete a akýkoľvek iný sínusový signál.

Zdroje rušenia

Interferenčným zdrojom je možné priradiť množstvo zariadení, od domácich spotrebičov až po výkonné priemyselné elektrické stroje. Na začiatok sa krátko zamyslime nad príčinami ich výskytu.

Harmonické kmity v elektrickej sieti striedavého prúdu vznikajú v dôsledku charakteristík elektrických zariadení, napríklad v dôsledku nelinearity ich charakteristík alebo povahy aktuálnej spotreby.

Napríklad v trojfázových sieťach v magnetických obvodoch transformátorov sa dĺžka magnetických trás strednej a extrémnej fázy líši takmer dvakrát, a preto sa ich magnetizačné prúdy líšia až jedenkrát a polkrát. Odtiaľto vznikajú harmonické v trojfázových sieťach.

Ďalší zdroj zasahovanie v elektrotechnike sú to elektrické motory, trojfázové synchrónne aj asynchrónne a jednofázové vrátane univerzálnych kolektorových motorov. Posledne uvedený typ motora sa používa vo väčšine domácich spotrebičov, napríklad:

práčky;
Spracovatelia potravín;
vŕtačky, brúsky, rotačné kladivá, atď.

V dôsledku činnosti spínaných zdrojov energie sa v elektrickej sieti vyskytujú vysokofrekvenčné harmonické (rušenie). Aby ste pochopili, ako sa formujú, musíte mať informácie o ich vnútornej štruktúre. Je to spôsobené skutočnosťou, že primárny prúd UPS sa líši od nepretržitého prúdu, tečie iba pri otvorenom výkonovom polovodičovom spínači.A ten sa otvára a zatvára s frekvenciou nad 20 kHz.

Aj zázrak: Prevádzková frekvencia niektorých moderných spínacích zdrojov dosahuje 150 kHz.

Na zníženie týchto harmonických sa používajú elektromagnetické rušivé filtre, ako napríklad tlmivky a kondenzátory v bežnom režime. Na zlepšenie grafu spotreby prúdu vo vzťahu k napájaciemu jednofázovému napätiu sa používajú korektory aktívneho účinníka (ruský KKM, anglický PFC).

Takéto napájacie zdroje sú nainštalované v:

LED svetlá;
Elektronické predradníky pre žiarivky;
počítačové napájacie zdroje;
Moderné nabíjačky pre mobilné telefóny;
Televízory a ďalšie vybavenie.

Tieto napájacie zdroje tiež zahŕňajú frekvenčné meniče.

Na meranie harmonických v sieti môžete použiť multifunkčné meracie prístroje od EKF. Okrem harmonických môžu tieto prístroje merať parametre siete, ako sú prúd, frekvencia, napätie, aktívny, jalový a zdanlivý výkon, ako aj výkonové a frekvenčné faktory. Multifunkčné merače navyše umožňujú riadiť, analyzovať a optimalizovať činnosť energetických zariadení, systémov a priemyselných obvodov. Inštalácia je pomerne jednoduchá a dá sa nakonfigurovať pre akýkoľvek aktuálny transformátor.

Dôsledky harmonického rušenia

Prítomnosť harmonických v elektrickej sieti striedavého prúdu spôsobuje určité problémy. Medzi nimi - zvýšené zahrievanie elektromotorov a elektrických vodičov. Účinky harmonických sú vibrácie motora. Ďalšie následky sa môžu líšiť - od zrýchleného opotrebovania ložísk rotora motora, ktoré končí poruchou telesa vinutí zvýšeným teplom.

V elektrike sa nachádzajú falošné poplachy spínacích a ochranných zariadení - ističe, stykače a magnetické spúšťače. Vo zvukových zariadeniach a komunikačných technológiách dochádza k rušeniu v dôsledku harmonických. Rovnakým spôsobom s nimi bojujú - inštaláciou elektromagnetických interferenčných filtrov.

Video nižšie popisuje, aké harmonické a interharmonické látky sú v sieti:

Na záver by som chcel poznamenať, že harmonické zložky v elektrických sieťach v zásade nie sú užitočné. Spôsobujú iba poruchy, falošné poplachy prepínacích zariadení a iné prejavy nestability v práci. Môže to spôsobiť nielen nepríjemnosti v prevádzke, ale aj ekonomické problémy, straty a núdzové situácie, ktoré môžu ohrozovať život.

Súvisiace materiály: