Что такое гармоники в электрических сетях

  • 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: