Wat zijn harmonischen in elektrische netwerken

In het ideale geval zou het elektrische netwerk een wisselspanning moeten hebben, die verandert volgens een sinusvormige wet met een frequentie van 50 Hz (50 keer per seconde), als we het hebben over huishoudelijke netwerken. In de praktijk is de situatie anders - de spanning is verre van een sinusvormige vorm, hij is vervormd, niet alleen langs de fronten, maar over de hele lengte is hij gevuld met verschillende uitbarstingen en ruis. Dit fenomeen wordt harmonischen genoemd in elektrische netwerken. In dit artikel zullen we nader bekijken wat het is en waarom mondharmonica's gevaarlijk zijn voor apparatuur die op het netwerk is aangesloten.

Inhoud:

Harmonische detectie
Storingsbronnen
Gevolgen van harmonische interferentie

Harmonische detectie

De grafiek van het signaal, die varieert volgens de sinusvormige wet, heeft de vorm:

Maar dit verschilt aanzienlijk van de echte vorm van spanning in het elektrische netwerk:

Deze jag en bursts worden ook veroorzaakt door harmonischen. We zullen proberen om in eenvoudige woorden over dit fenomeen te praten. De bovenstaande grafiek kan worden weergegeven als de som van signalen met verschillende frequenties en magnitudes. Als dit alles bij elkaar wordt opgeteld, is het resultaat precies zo'n signaal. Een voorbeeld en resultaat van de toevoeging van signalen wordt weergegeven in de onderstaande grafiek:

Harmonischen onderscheiden zich door getallen, waarbij de eerste harmonische de component met de grootste waarde is. Een dergelijke beschrijving is echter te kort. Laten we daarom een formule geven voor het bepalen van de harmonische waarde. Dit is mogelijk met harmonische analyse en Fourier-uitbreiding:

Vanuit deze formule kan men ook de frequenties en fasen van de harmonische componenten van het elektrische netwerk en elk ander sinusvormig signaal onderscheiden.

Storingsbronnen

Een aantal apparaten kan worden toegeschreven aan storingsbronnen, van huishoudelijke apparaten tot krachtige industriële elektrische machines. Laten we om te beginnen kort de oorzaken van hun optreden bekijken.

Harmonischen in een elektrisch AC-netwerk ontstaan door de kenmerken van elektrische apparatuur, bijvoorbeeld vanwege de niet-lineariteit van hun kenmerken of de aard van het stroomverbruik.

Bijvoorbeeld, in driefasige netwerken in de magnetische circuits van transformatoren, verschillen de lengtes van de magnetische paden van de midden- en extreme fasen bijna 2 keer, en daarom verschillen hun magnetisatiestromen tot anderhalf keer. Hieruit ontstaan harmonischen in driefasige netwerken.

Een andere bron interferentie in de elektrotechniek zijn dit elektromotoren, zowel driefasig synchroon en asynchroon, als enkelfasig, inclusief universele collectormotoren. Dit laatste type motor wordt gebruikt in de meeste huishoudelijke apparaten, bijvoorbeeld:

wasmachines;
voedselverwerkers;
boren, slijpmachines, boorhamers, enz.

Als gevolg van de werking van schakelende voedingen treden in het elektrische netwerk hoogfrequente harmonischen (interferentie) op. Om te begrijpen hoe ze zijn gevormd, moet je informatie hebben over hun interne structuur. Dit komt door het feit dat de primaire wikkelstroom van de UPS anders is dan continu, deze stroomt alleen wanneer de vermogenshalfgeleiderschakelaar open is.En dat laatste opent en sluit met een frequentie boven de 20 kHz.

Interessant: De werkfrequentie van sommige moderne schakelende voedingen bereikt 150 kHz.

Om deze harmonischen te verminderen, worden elektromagnetische interferentiefilters gebruikt, zoals common-mode smoorspoelen en condensatoren. Om de grafiek van het stroomverbruik te verbeteren ten opzichte van het leveren van eenfasige spanning, worden correctiefactoren voor de actieve arbeidsfactor gebruikt (Russische KKM, Engelse PFC).

Dergelijke voedingen zijn geïnstalleerd in:

LED-lampen;
Elektronische voorschakelapparaten voor fluorescentielampen;
computer voedingen;
moderne opladers voor mobiele telefoons;
Tv's en andere apparatuur.

Ook bevatten deze voedingen frequentieomvormers.

Om harmonischen in het netwerk te meten, kunt u multifunctionele meetinstrumenten van EKF gebruiken. Naast harmonischen kunnen deze instrumenten netwerkparameters meten zoals stroom, frequentie, spanning, actief, reactief en schijnbaar vermogen, evenals vermogens- en frequentiefactoren. Daarnaast maken multifunctionele meters het mogelijk om de werking van stroomapparatuur, systemen en industriële circuits te controleren, analyseren en optimaliseren. Ze zijn vrij eenvoudig te installeren en kunnen worden geconfigureerd voor elke stroomtransformator.

Gevolgen van harmonische interferentie

De aanwezigheid van harmonischen in een elektrisch AC-netwerk veroorzaakt bepaalde problemen. Onder hen - verhoogde verwarming van elektromotoren en stroomdraden. De effecten van harmonischen zijn motortrillingen. Verdere gevolgen kunnen verschillen - van versnelde slijtage van de lagers van de rotor van de motor, eindigend met een afbraak van het lichaam van de wikkelingen door verhoogde hitte.

In de elektriciteitssector worden valse alarmen van schakel- en beveiligingsapparatuur aangetroffen - stroomonderbrekers, schakelaars en magnetische starters. In geluidsapparatuur en communicatietechnologie treedt interferentie op vanwege harmonischen. Ze vechten op dezelfde manier met hen - door elektromagnetische interferentiefilters te installeren.

De onderstaande video beschrijft wat harmonischen en interharmonica in het net zitten:

Concluderend wil ik opmerken dat harmonischen in elektrische netwerken in principe geen voordeel hebben. Ze veroorzaken alleen storingen, vals alarm van schakelapparatuur en andere uitingen van instabiliteit op het werk. Dit kan niet alleen ongemak bij de bediening veroorzaken, maar ook economische problemen, verliezen en noodsituaties die levensbedreigend kunnen zijn.

Gerelateerde materialen: