Vai esat pamanījuši dīvainu parādību: mēs varam noteikt nepāra-kārtības harmonikas, piemēram, 3., 5. un 7. harmonikas elektrotīklā, bet gandrīz nekad neredzam tādas pat-kārtības harmonikas kā 2., 4. un 6. harmonikas? Kāpēc tas tā ir? Vai pat-kārtības harmonikas pēc būtības nav iespējams noteikt?
Kas ir elektrotīkla harmonikas?
Lai saprastu, kāpēc pat -kārtības harmonikas ir reti sastopamas, vispirms ir jāsaprot, kas patiesībā ir harmonikas. Mūsu izmantotā maiņstrāva ideālā gadījumā ir standarta sinusoidāls vilnis ar fiksētu frekvenci 50 Hz, ko sauc par "pamatvilni", līdzīgi kā mūzikas "galvenā melodija".
Patiesībā daudzas elektroierīces "paklausīgi nepilda pavēles"-, piemēram, LED gaismas, mobilo tālruņu lādētāji, klēpjdatoru barošanas avoti un gaisa kondicionieri. Tās ir "nelineāras ierīces" un nedarbojas saskaņā ar fundamentālā viļņa ritmu. Tā vietā tie "traucē" pamata vilni, "saliekot" gludo sinusoidālo vilni dīvainās viļņu formās.
Šīs izkropļotās viļņu formas, sadalot, izmantojot "Furjē sadalīšanās" matemātisko metodi, atklāj, ka tās faktiski sastāv no pamatfrekvences (50 Hz) un virknes "harmoniku", kuru frekvences ir pamatfrekvences veseli skaitļi. Piemēram, 3. harmonika ir 150 Hz (50 × 3), 5. harmonika ir 250 Hz (50 × 5), un pat-kārtības harmonikas ir viļņu formas, kuru frekvences ir pat pamatfrekvences reizinātājas, piemēram, 100 Hz (2.) un 200 Hz (4.).
Pilna-tilta taisngriežu tehnoloģija "likvidē" pat-kārtības harmonikas.
Kāpēc mēs gandrīz nekad neredzam pat{0}}kārtības harmonikas? Galvenais ir fakts, ka lielākā daļa mūsdienu tirgū pieejamo nelineāro ierīču izmanto pamattehnoloģiju, ko sauc par "pilnu-tilta taisnošanu"-. Šī ir apkārtējo elektroierīču "slēptā darbība", un tas ir svarīgs iemesls, kāpēc pat-kārtības harmonikas ir reti sastopamas.
Kas ir pilna{0}}tilta labošana? Mēs to varam saprast ar vienkāršu analoģiju: maiņstrāva elektrotīklā ir kā vilnis, kas paceļas un krīt, pozitīvais pus-cikls iet uz augšu un negatīvs pus-cikls lejup, un virziens nepārtraukti mainās; savukārt pilna -tilta taisnošana ir kā "viļņu formas pārveidotājs", kas var "izlabot" strāvas virzienu neatkarīgi no tā, vai strāva ir pozitīvā vai negatīvā pus-ciklā, un pārvērst to par līdzstrāvu (vai pulsējošu līdzstrāvu) tajā pašā virzienā, tāpat kā saplacinot viļņotos viļņus vienvirziena ūdens plūsmā.
LED apgaismojums, mobilo tālruņu lādētāji, datoru barošanas avoti un pat gaisa kondicionētāji un veļas mazgājamās mašīnas mūsu mājās gandrīz visās izmanto pilnu -tilta taisnošanas tehnoloģiju, tāpēc to radītās harmonikas ir nepāra-kārtības, un pat{2}}kārtības harmonikas, protams, ir grūti saskatāmas.
Pat-kārtības harmonikas rodas tikai tad, ja viļņu forma ir asimetriska
Protams, pat-kārtības harmonikas neeksistē, taču mūsdienu elektrotīklos tās ir ārkārtīgi reti sastopamas. Pat-kārtības harmonikas parādās tikai tad, ja viļņu forma elektrotīklā ir "asimetriska", un ir divi izplatīti scenāriji:
- Pirmais veids ir aprīkojums, kas izmanto "pusviļņu{0}}taisnošanas" tehnoloģiju. Atšķirībā no pilnas-tilta iztaisnošanas, puse-viļņa iztaisnošanas izmanto tikai maiņstrāvas pozitīvo (vai negatīvo) pusi-ciklu, izmetot otru viļņu formas pusi. Tas rada asimetrisku viļņu formu, kas pēc Furjē sadalīšanās noved pie vienmērīgas-kārtības harmonikas. Tomēr pus-viļņu iztaisnošana ir ārkārtīgi neefektīva, izšķērdējot ievērojamu enerģijas daudzumu. Tas ir pilnībā atcelts, pilnībā{10}}veicot tilta labošanu, un tiek izmantots tikai dažās ļoti vecās, gandrīz novecojušās iekārtās (piemēram, lādētājos, kas ražotas pirms gadu desmitiem), tāpēc to ir grūti noteikt elektrotīklā.
Otrais veids ir aprīkojuma kļūme. Piemēram, bojāta taisngrieža diode ierīcē var novērst normālu pārveidi starp pozitīvo un negatīvo pusciklu, izraisot asimetrisku viļņu formu un ģenerējot vienmērīgas -kārtības harmonikas. Tomēr tas ir kļūdas stāvoklis; kad tas notiek, ierīce parasti nedarbojas pareizi vai iedarbina aizsardzības mehānismu, un tai nav ilgstošas-ietekmes uz elektrotīklu, tāpēc to ir grūti noteikt.
Harmonikas var izraisīt nopietnus traucējumus un bojājumus energosistēmās, un smagos gadījumos pat izraisīt energosistēmas paralīzi.
Kāpēc pat{0}}kārtības harmonikas ir “retas”?
Vienkārši izsakoties, pat -kārtības harmonikas ir gandrīz neredzamas elektrotīklā, galvenokārt tāpēc, ka plaši tiek izmantota "pilna -tilta taisnošanas tehnoloģija": tā saglabā elektrisko ierīču radīto viļņu formu simetrisku, un simetriskas viļņu formas nevar sadalīt pat-kārtības harmonikas; tas nozīmē, ka {{3} harmonikas neģenerē pat vai pat. turklāt pašiem energosistēmas transformatoriem ir noteikta spēja nomākt pat -kārtības harmonikas.
Vai ir kādi elektrības skaitītāji, kas var novērst harmonikas?
Stingri sakot, neviens elektrības skaitītājs nevar "likvidēt" harmonikas. Elektrības skaitītāja funkcija ir "skaitīt", nevis "pārvaldīt". Lai gan elektrības skaitītāji nenovērš harmonikas, elektroenerģijas sistēmā patiešām ir ierīces, kas īpaši paredzētas harmoniku "likvidēšanai"; tos sauc par filtriem.
Jaunākie pētījumi liecina, ka atbilstošu filtru uzstādīšana elektroenerģijas skaitītāju priekšpusē var efektīvi samazināt harmoniku ietekmi uz mērīšanas precizitāti.