- Определение гармонии
- Источники помех
- Последствия гармонических возмущений
Определение гармоник
Это график сигнала, который изменяется по синусоидальному закону:
Но это существенно отличается от реальной волны напряжения в электрической сети:
Эти шаги и всплески вызваны гармониками. Постараемся простыми словами объяснить это явление. Приведенный выше график можно представить как сумму сигналов разной частоты и размера. Если мы сложим их вместе, результат будет точно таким же сигналом. Пример и результат добавления сигналов показаны на диаграмме ниже:
Гармоники различаются числом, при этом первая гармоника является составляющей с наибольшей величиной. Однако это описание слишком короткое. Приведем формулу для определения величины гармоники. Это возможно благодаря гармоническому анализу и разложению в ряд Фурье:
Из этой формулы также можно извлечь величины частот и фаз гармонических составляющих электрической сети и любого другого синусоидального сигнала.
Источники помех
Источником помех может быть целый ряд устройств, от бытовой техники до мощных промышленных электрических машин. Для начала кратко рассмотрим причины их возникновения.
Коэффициенты гармоник в электрических сетях переменного тока возникают из-за свойств электрооборудования, таких как его нелинейные свойства или характер потребления тока.
Например, в трехфазных сетях в магнитопроводах трансформаторов длина магнитных трактов средней и внешней фазы отличается почти в 2 раза, следовательно, их токи намагничивания отличаются даже в 1,5 раза. Следовательно, в трехфазных сетях возникают гармоники.
Еще одним источником нарушений в электротехнике являются электродвигатели, как трехфазные синхронные и асинхронные, так и однофазные, в том числе универсальные коллекторные. Последний тип двигателя используется в большинстве бытовых приборов, например:
- Стиральные машины;
- кухонные комбайны;
- дрели, болгарки, перфораторы и др.
Высокочастотные гармоники (помехи) в электрической сети вызываются импульсными источниками питания. Чтобы понять, как они возникают, вам нужно знать об их внутреннем устройстве. Это связано с тем, что ток первичной обмотки ИБП не является непрерывным, он течет только тогда, когда силовой полупроводниковый выключатель разомкнут. Причем последний открывается и закрывается на частоте выше 20 кГц.
Интересно: рабочая частота некоторых современных импульсных блоков питания достигает 150 кГц.
Для уменьшения этих гармоник используются фильтры подавления электромагнитного шума, такие как дроссель нормального режима и конденсаторы. Активные корректоры коэффициента мощности (PFC) используются для корректировки графика зависимости потребления тока от напряжения однофазной сети.
Такие ПФУ устанавливаются в:
- Светодиодные лампы;
- ЭП для люминесцентных ламп ;;
- блоки питания компьютеров;
- современные зарядные устройства для мобильных телефонов;
- Телевизоры и другие устройства.
Эти источники питания могут также включать преобразователи частоты.
Последствия гармонических помех
Наличие гармоник в электрической сети переменного тока вызывает некоторые проблемы. Среди них повышенный нагрев электродвигателей и силовых кабелей. Вибрации двигателя являются следствием влияния гармоник. Дальнейшие последствия могут варьироваться от ускоренного износа подшипников ротора до выхода из строя корпуса обмотки из-за повышенного нагрева.
Ложные срабатывания коммутационных и защитных устройств — выключателей, контакторов и магнитных пускателей — имеют место в электротехнике. Гармонические помехи возникают в аудиоустройствах и устройствах связи. С ними обращаются аналогично — путем установки электромагнитных помехозащитных фильтров.
В следующем видео объясняется, что такое гармоники и интергармоники в электрической сети:
В заключение хотелось бы отметить, что гармоники в электрических сетях в принципе не несутникаких преимуществ.Они вызывают только сбои в работе, ложное срабатывание переключающих устройств и другие нарушения в работе.Это может вызвать не только неудобства при эксплуатации, но и экономические проблемы, убытки и несчастные случаи, которые могут быть опасными для жизни.
Материалы по теме: