Kas ir harmonikas elektriskajos tīklos?

Ideālā gadījumā elektriskajam tīklam vajadzētu būt mainīgam spriegumam, kas mainās saskaņā ar sinusoidālo likumu ar frekvenci 50 Hz (50 reizes sekundē), ja mēs runājam par vietējiem tīkliem. Praksē situācija ir atšķirīga - spriegums ir tālu no sinusoidālas formas, tas ir izkropļots ne tikai gar frontēm, bet visā garumā tas ir piepildīts ar dažādiem pārrāvumiem un troksni. Šo fenomenu elektriskajos tīklos sauc par harmonikām. Šajā rakstā mēs tuvāk apskatīsim, kas tas ir un kāpēc harmonikas ir bīstamas iekārtām, kas savienotas ar tīklu.

Saturs:

Harmoniskā noteikšana
Traucējumu avoti
Harmonisku traucējumu sekas

Harmoniskā noteikšana

Signāla diagrammai, kas mainās atkarībā no sinusoidālā likuma, ir šāda forma:

Bet tas ievērojami atšķiras no reālā sprieguma veida elektriskajā tīklā:

Šīs spraugas un pārrāvumus izraisa arī harmonikas. Par šo parādību mēģināsim runāt vienkāršos vārdos. Iepriekš parādīto grafiku var attēlot kā dažādu frekvenču un lielumu signālu summu. Ja tas viss tiek summēts, rezultāts būs tikai šāds signāls. Signālu pievienošanas piemērs un rezultāts parādīts diagrammā:

Harmonikas izšķir ar skaitļiem, kur pirmā harmonika ir tā sastāvdaļa, kurai ir vislielākā vērtība. Tomēr šāds apraksts ir pārāk īss. Tāpēc sniegsim formulu harmoniskās vērtības noteikšanai. Tas ir iespējams, izmantojot harmonisko analīzi un Furjē paplašināšanu:

No šīs formulas var atšķirt arī elektriskā tīkla harmonisko komponentu frekvences un fāzes, kā arī jebkuru citu sinusoidālu signālu.

Traucējumu avoti

Traucējumu avotiem var attiecināt vairākas iekārtas, sākot no sadzīves tehnikas un beidzot ar jaudīgām rūpnieciskām elektriskām mašīnām. Lai sāktu, īsi apsvērsim to rašanās cēloņus.

Harmonikas maiņstrāvas tīklā rodas elektrisko iekārtu īpašību dēļ, piemēram, to raksturlielumu nelinearitātes vai strāvas patēriņa rakstura dēļ.

Piemēram, trīsfāzu tīklos transformatoru magnētiskajās ķēdēs vidējās un galējās fāzes magnētisko ceļu garumi atšķiras gandrīz 2 reizes, un tāpēc to magnetizācijas strāvas atšķiras pat pusotru reizi. No šejienes rodas harmonikas trīsfāzu tīklos.

Vēl viens avots iejaukšanās elektrotehnikā tie ir elektromotori, gan trīsfāžu sinhroni, gan asinhroni, un vienfāzes, ieskaitot universālos kolektoru motorus. Pēdējā tipa motorus izmanto lielākajā daļā sadzīves tehnikas, piemēram:

veļas mazgājamās mašīnas;
Pārtikas pārstrādātāji;
urbji, slīpmašīnas, rotācijas āmuri utt.

Komutācijas barošanas avotu darbības rezultātā elektriskajā tīklā rodas augstfrekvences harmonikas (traucējumi). Lai saprastu, kā tie veidojas, jums ir jābūt informācijai par viņu iekšējo struktūru. Tas ir saistīts ar faktu, ka UPS primārā strāva atšķiras no nepārtrauktas, tā plūst tikai tad, kad strāvas pusvadītāja slēdzis ir atvērts.Un pēdējais atveras un aizveras ar frekvenci virs 20 kHz.

Interesanti: Dažu modernu komutācijas barošanas avotu darbības frekvence sasniedz 150 kHz.

Lai samazinātu šīs harmonikas, tiek izmantoti elektromagnētisko traucējumu filtri, piemēram, parasto režīmu droseles un kondensatori. Lai uzlabotu pašreizējā patēriņa grafiku attiecībā uz piegādājošo vienfāzes spriegumu, tiek izmantoti aktīvās jaudas koeficienta korektori (krievu KKM, angļu PFC).

Šādi barošanas bloki ir uzstādīti:

LED lampas;
Luminiscences spuldžu elektroniski droseles;
datoru barošanas avoti;
moderni mobilo tālruņu lādētāji;
Televizori un cits aprīkojums.

Šajos barošanas avotos ietilpst arī frekvences pārveidotāji.

Lai izmērītu harmoniku tīklā, varat izmantot daudzfunkcionālus EKF mērinstrumentus. Papildus harmonikām šie instrumenti var izmērīt tīkla parametrus, piemēram, strāvu, frekvenci, spriegumu, aktīvo, reaktīvo un redzamo jaudu, kā arī jaudas un frekvences koeficientus. Turklāt daudzfunkcionālie skaitītāji ļauj kontrolēt, analizēt un optimizēt enerģijas iekārtu, sistēmu un rūpniecisko ķēžu darbību. Tos ir diezgan viegli uzstādīt, un tos var konfigurēt jebkuram strāvas transformatoram.

Harmonisku traucējumu sekas

Harmoniku klātbūtne maiņstrāvas elektriskajā tīklā rada noteiktas problēmas. Starp tiem - palielināta elektromotoru un strāvas vadu sildīšana. Harmoniku ietekme ir motora vibrācija. Turpmākās sekas var būt atšķirīgas - sākot ar motora rotora gultņu paātrinātu nodilumu un beidzot ar tinumu korpusa sabrukšanu no paaugstināta karstuma.

Elektrikā tiek atrasti nepatiesi slēdžu un aizsardzības līdzekļu trauksmes signāli - slēdži, kontaktori un magnētiskie starteri. Skaņas iekārtās un sakaru tehnoloģijās traucējumi rodas harmoniku dēļ. Viņi cīnās ar viņiem tādā pašā veidā - uzstādot elektromagnētisko traucējumu filtrus.

Zemāk esošajā videoklipā ir aprakstītas galvenās harmonikas un starpharmonika:

Noslēgumā es vēlētos atzīmēt, ka harmonikas elektriskajos tīklos principā nedod nekādu labumu. Tie rada tikai darbības traucējumus, nepareizu komutācijas aprīkojuma trauksmi un citas darba nestabilitātes izpausmes. Tas var radīt ne tikai neērtības darbībā, bet arī ekonomiskas problēmas, zaudējumus un ārkārtas situācijas, kas var būt bīstamas dzīvībai.

Saistītie materiāli: