Co jsou harmonické v elektrických sítích

V ideálním případě by elektrická síť měla mít střídavé napětí, které se mění podle sinusového zákona s frekvencí 50 Hz (50krát za sekundu), pokud mluvíme o domácích sítích. V praxi je situace jiná - napětí není daleko od sinusového tvaru, je zdeformováno, a to nejen podél front, ale po celé délce je plné různých dávek a šumu. Tento jev se v elektrických sítích nazývá harmonické. V tomto článku se podrobněji podíváme, co to je a proč jsou harmonické látky nebezpečné pro zařízení připojená k síti.

Obsah:

Harmonická detekce
Zdroje rušení
Důsledky harmonického rušení

Harmonická detekce

Graf signálu, který se mění podle sinusového zákona, má tvar:

Ale to se výrazně liší od skutečné formy napětí v elektrické síti:

Tyto jag a praskliny jsou také způsobeny harmonickými. Pokusíme se o tomto jevu mluvit jednoduchými slovy. Výše uvedený graf může být reprezentován jako součet signálů různých frekvencí a velikostí. Pokud je toto všechno sečteno, výsledkem bude jen takový signál. Příklad a výsledek přidání signálů je uveden v grafu níže:

Harmonické kmeny se rozlišují čísly, kde první harmonická je složka s největší hodnotou. Takový popis je však příliš stručný. Dejme tedy vzorec pro stanovení harmonické hodnoty. To je možné pomocí harmonické analýzy a Fourierovy expanze:

Z tohoto vzorce lze také rozlišit frekvence a fáze harmonických složek elektrické sítě a jakýkoli další sinusový signál.

Zdroje rušení

Řada zařízení lze připsat zdrojům rušení, od domácích spotřebičů až po výkonné průmyslové elektrické stroje. Nejprve si krátce zamysleme se nad příčinami jejich výskytu.

Harmonické v elektrické síti střídavého proudu vznikají kvůli vlastnostem elektrického zařízení, například kvůli nelinearitě jejich charakteristik nebo povaze proudu.

Například ve třífázových sítích v magnetických obvodech transformátorů se délky magnetických drah střední a extrémní fáze liší téměř dvakrát, a proto se jejich magnetizační proudy liší až jedenkrát a půlkrát. Odtud vznikají harmonické v trojfázových sítích.

Další zdroj rušení v elektrotechnice to jsou elektrické motory, jak třífázové synchronní, tak asynchronní, a jednofázové, včetně univerzálních kolektorových motorů. Druhý typ motoru se používá ve většině domácích spotřebičů, například:

pračky;
zpracovatelé potravin;
vrtáky, brusky, rotační kladiva atd.

V důsledku činnosti spínaných zdrojů napájení dochází v elektrické síti k vysokofrekvenčním harmonickým (rušení). Abyste pochopili, jak jsou vytvářeni, musíte mít informace o jejich vnitřní struktuře. Důvodem je skutečnost, že primární proud UPS se liší od nepřetržitého proudu, teče pouze při otevřeném výkonovém polovodičovém spínači.A ten se otevírá a zavírá s frekvencí nad 20 kHz.

Zajímavé: Provozní frekvence některých moderních spínacích zdrojů dosahuje 150 kHz.

Pro snížení těchto harmonických jsou používány filtry elektromagnetického rušení, jako jsou tlumivky a kondenzátory v běžném režimu. Ke zlepšení grafu spotřeby proudu vzhledem k napájecímu jednofázovému napětí se používají korektory činného účiníku (ruský KKM, anglický PFC).

Tyto zdroje napájení jsou nainstalovány v:

LED lampy;
Elektronické předřadníky pro zářivky;
počítačové napájecí zdroje;
moderní nabíječky pro mobilní telefony;
Televizory a další zařízení.

Tyto napájecí zdroje také zahrnují frekvenční měniče.

K měření harmonických v síti můžete použít multifunkční měřicí přístroje od EKF. Kromě harmonických mohou tyto přístroje měřit síťové parametry, jako je proud, frekvence, napětí, aktivní, jalový a zdánlivý výkon, jakož i výkonové a frekvenční faktory. Multifunkční měřiče navíc umožňují řídit, analyzovat a optimalizovat provoz energetických zařízení, systémů a průmyslových obvodů. Snadno se instalují a lze je nakonfigurovat pro jakýkoli aktuální transformátor.

Důsledky harmonického rušení

Přítomnost harmonických v elektrické síti střídavého proudu způsobuje určité problémy. Mezi nimi - zvýšené zahřívání elektromotorů a silových vodičů. Účinky harmonických jsou vibrace motoru. Další důsledky se mohou lišit - od zrychleného opotřebení ložisek rotoru motoru až po zhroucení těla vinutí zvýšeným teplem.

V elektrice se vyskytují falešné poplachy spínacích a ochranných zařízení - jističe, stykače a magnetické spouštěče. Ve zvukových zařízeních a komunikační technologii dochází k rušení v důsledku harmonických. Stejně s nimi bojují - instalací elektromagnetických interferenčních filtrů.

Níže uvedené video popisuje, jaké harmonické a interharmonické složky jsou v síti:

Na závěr bych rád poznamenal, že harmonické složky v elektrických sítích nemají v zásadě žádný přínos. Způsobují pouze poruchy, falešné poplachy spínacího zařízení a další projevy nestability v práci. To může způsobit nejen nepohodlí při provozu, ale také ekonomické problémy, ztráty a nouzové situace, které mohou ohrozit život.

Související materiály: