Què són els harmònics a les xarxes elèctriques

En el cas ideal, la xarxa elèctrica hauria de tenir una tensió alterna, que canvia segons una llei sinusoïdal amb una freqüència de 50 Hz (50 vegades per segon), si parlem de xarxes domèstiques. A la pràctica, la situació és diferent: la tensió està lluny de la forma sinusoïdal, es distorsiona, no només al llarg dels fronts, sinó que al llarg de tota la longitud s'omple de diverses ràfegues i sorolls. Aquest fenomen s’anomena harmònics a les xarxes elèctriques. En aquest article aprofundirem en què és i per què les armòniques són perilloses per als equips connectats a la xarxa.

Contingut:

Detecció harmònica
Fonts d’interferència
Conseqüències de la interferència harmònica

Detecció harmònica

El gràfic del senyal, que varia segons la llei sinusoïdal, té la forma:

Però això és molt diferent de la forma real de la tensió a la xarxa elèctrica:

Aquestes molestes i ràfegues també són causades per harmònics. Intentarem parlar d’aquest fenomen amb paraules simples. El gràfic anterior es pot representar com la suma de senyals de diferents freqüències i magnituds. Si s’afegeix tot això, el resultat serà només un senyal d’aquest tipus. Al gràfic següent es mostra un exemple i resultat de l’addició de senyals:

Els harmònics es distingeixen per nombres, on el primer harmònic és el component amb més valor. Tanmateix, aquesta descripció és massa breu. Per tant, donem una fórmula per determinar el valor harmònic. Això és possible amb l’anàlisi harmònica i l’expansió de Fourier:

D’aquesta fórmula, també es poden distingir les freqüències i fases dels components harmònics de la xarxa elèctrica i qualsevol altre senyal sinusoïdal.

Fonts d’interferència

Es poden atribuir diversos equips a fonts d’interferències, des d’electrodomèstics fins a potents màquines elèctriques industrials. Per començar, analitzem breument les causes de la seva ocurrència.

Els harmònics en una xarxa d’alimentació elèctrica sorgeixen per les característiques dels equips elèctrics, per exemple, per la no linealitat de les seves característiques o per la naturalesa del consum actual.

Per exemple, en xarxes trifàsiques als circuits magnètics dels transformadors, les longituds dels camins magnètics de les fases mitjana i extrema difereixen gairebé 2 vegades, i per tant els seus corrents de magnetització difereixen fins a una i mitja vegades. A partir d’aquí sorgeixen harmònics en xarxes trifàsiques.

Una altra font interferències en enginyeria elèctrica, es tracta de motors elèctrics, tant sincrònics i asíncrons trifàsics, com monofàsics, incloent motors col·lectors universals. Aquest darrer tipus de motor s'utilitza en la majoria dels electrodomèstics, per exemple:

rentadores;
transformadors d’aliments;
broques, rectificadores, martells rotatius, etc.

Com a resultat de l'operació d'alimentació de commutació, a la xarxa elèctrica es produeixen armònics d'alta freqüència (soroll). Per entendre com es formen, cal tenir informació sobre la seva estructura interna. Això es deu al fet que el corrent principal del SAI és diferent del continu, només flueix quan el commutador de semiconductor està obert.I aquest últim s’obre i es tanca amb una freqüència superior als 20 kHz.

Interessant: La freqüència de funcionament d'algunes fonts d'alimentació de commutació moderns arriba als 150 kHz.

Per reduir aquests harmònics, s’utilitzen filtres d’interferències electromagnètiques, com per exemple els desplaçaments i condensadors de mode comú. Per millorar el gràfic del consum actual respecte al voltatge monofàsic que s’ofereix, s’utilitzen correctors de factor de potència activa (KKM rus, anglès PFC).

Aquestes fonts d'alimentació s'instal·len a:

Làmpades LED;
Alimentadors electrònics per làmpades fluorescents;
fonts d'alimentació informàtica;
carregadors moderns per a telèfons mòbils;
Televisors i altres equips.

A més, aquestes fonts d'alimentació inclouen convertidors de freqüència.

Per mesurar els harmònics a la xarxa, podeu utilitzar instruments de mesurament multifuncionals d’EKF. A més dels harmònics, aquests instruments poden mesurar paràmetres de xarxa com ara corrent, freqüència, tensió, potència activa, reactiva i aparent, així com factors de potència i freqüència. A més, els comptadors multifuncionals permeten controlar, analitzar i optimitzar el funcionament d’equips, sistemes i circuits industrials d’energia. Són bastant fàcils d’instal·lar i es poden configurar per a qualsevol transformador actual.

Conseqüències de la interferència harmònica

La presència d’harmònics en una xarxa d’alimentació elèctrica provoca certs problemes. Entre ells, augment de la calefacció de motors elèctrics i cables d'alimentació. Els efectes dels harmònics són la vibració del motor. Les conseqüències poden ser diferents: desgast accelerat dels coixinets del rotor del motor, acabant amb una fallida al cos dels enrotllaments per la calor augmentada.

A les elèctriques es troben falses alarmes d’interrupció i equips de protecció: interruptors de circuit, contactors i arrencadors magnètics. En equips de so i tecnologia de comunicacions, la interferència es produeix a causa dels harmònics. Lluiten amb ells de la mateixa manera: mitjançant la instal·lació de filtres d’interferències electromagnètiques.

El vídeo següent descriu quins són els harmònics i les interharmòniques a la xarxa principal:

Com a conclusió, vull destacar que, en principi, els harmònics de les xarxes elèctriques no serveixen per a res. Només causen mal funcionaments, falses alarmes dels equips de commutació i altres manifestacions d’inestabilitat en el treball. Això pot causar no només inconvenients en el funcionament, sinó també problemes econòmics, pèrdues i situacions d’emergència que poden posar en perill la vida.

Materials relacionats: