O que são harmônicos em redes elétricas

No caso ideal, a rede elétrica deve ter uma tensão alternada, que muda de acordo com uma lei senoidal com uma frequência de 50 Hz (50 vezes por segundo), se estivermos falando de redes domésticas. Na prática, a situação é diferente - a tensão está longe de ter uma forma sinusoidal, é distorcida, não apenas ao longo das frentes, mas ao longo de todo o comprimento, é preenchida com várias rajadas e ruídos. Esse fenômeno é chamado de harmônicos em redes elétricas. Neste artigo, examinaremos mais de perto o que é e por que as gaitas são perigosas para equipamentos conectados à rede.

Conteúdo:

Detecção Harmônica
Fontes de interferência
Consequências da interferência harmônica

Detecção Harmônica

O gráfico do sinal, que varia de acordo com a lei senoidal, tem a forma:

Mas isso é significativamente diferente da forma real de tensão na rede elétrica:

Esses entalhes e explosões também são causados por harmônicos. Vamos tentar falar sobre esse fenômeno em palavras simples. O gráfico acima pode ser representado como a soma dos sinais de diferentes frequências e magnitudes. Se tudo isso for somado, o resultado será exatamente esse sinal. Um exemplo e resultado da adição de sinais é mostrado no gráfico abaixo:

As harmônicas são distinguidas por números, onde a primeira harmônica é o componente com o maior valor. No entanto, essa descrição é muito breve. Portanto, vamos dar uma fórmula para determinar o valor harmônico. Isso é possível com a análise harmônica e a expansão de Fourier:

A partir desta fórmula, também é possível distinguir as frequências e fases dos componentes harmônicos da rede elétrica e qualquer outro sinal sinusoidal.

Fontes de interferência

Vários equipamentos podem ser atribuídos a fontes de interferência, desde eletrodomésticos a poderosas máquinas elétricas industriais. Para começar, vamos considerar brevemente as causas de sua ocorrência.

As harmônicas em uma rede elétrica CA surgem devido às características dos equipamentos elétricos, por exemplo, devido à não linearidade de suas características ou à natureza do consumo atual.

Por exemplo, em redes trifásicas nos circuitos magnéticos dos transformadores, os comprimentos dos caminhos magnéticos das fases média e extrema diferem quase duas vezes e, portanto, suas correntes de magnetização diferem até uma vez e meia. A partir daqui surgem harmônicos em redes trifásicas.

Outra fonte interferência na engenharia elétrica, são motores elétricos, síncronos e assíncronos trifásicos e monofásicos, incluindo motores coletores universais. O último tipo de motor é usado na maioria dos eletrodomésticos, por exemplo:

máquinas de lavar roupas;
Processadores de alimentos;
brocas, trituradores, martelos rotativos, etc.

Como resultado da operação de comutação de fontes de alimentação, harmônicos de alta frequência (interferência) ocorrem na rede elétrica. Para entender como eles são formados, você precisa ter informações sobre sua estrutura interna. Isso se deve ao fato de a corrente primária do no-break ser diferente da contínua; ela flui somente quando a chave do semicondutor de energia está aberta.E o último abre e fecha com uma frequência acima de 20 kHz.

Interessante: A frequência de operação de algumas fontes de alimentação chaveadas modernas chega a 150 kHz.

Para reduzir esses harmônicos, são usados filtros de interferência eletromagnética, como bobinas e capacitores de modo comum. Para melhorar o gráfico do consumo de corrente em relação à tensão monofásica de fornecimento, são utilizados corretores de fator de potência ativo (KKM russo, PFC inglês).

Essas fontes de alimentação estão instaladas em:

Lampadas de led;
Reatores eletrônicos para lâmpadas fluorescentes;
fontes de alimentação para computadores;
Carregadores modernos para telefones móveis;
TVs e outros equipamentos.

Além disso, essas fontes de alimentação incluem conversores de frequência.

Para medir harmônicos na rede, você pode usar instrumentos de medição multifuncionais da EKF. Além dos harmônicos, esses instrumentos podem medir parâmetros de rede, como corrente, frequência, tensão, potência ativa, reativa e aparente, além de fatores de potência e frequência. Além disso, os medidores multifuncionais permitem controlar, analisar e otimizar a operação de equipamentos, sistemas e circuitos industriais. Eles são muito fáceis de instalar e podem ser configurados para qualquer transformador de corrente.

Consequências da interferência harmônica

A presença de harmônicos em uma rede elétrica CA causa certos problemas. Entre eles - aumento do aquecimento de motores elétricos e fios de energia. Os efeitos dos harmônicos são a vibração do motor. Outras consequências podem ser diferentes - do desgaste acelerado dos mancais do rotor do motor, terminando com uma quebra no corpo dos enrolamentos devido ao aumento do calor.

Em elétrica, são encontrados alarmes falsos de equipamentos de comutação e proteção - disjuntores, contatores e acionadores de partida magnéticos. Em equipamentos de som e tecnologia de comunicação, a interferência ocorre devido a harmônicos. Eles lutam com eles da mesma maneira - instalando filtros de interferência eletromagnética.

O vídeo abaixo descreve o que são harmônicos e inter-harmônicos na rede elétrica:

Concluindo, gostaria de observar que as harmônicas nas redes elétricas, em princípio, não são benéficas. Causam apenas mau funcionamento, alarmes falsos de equipamentos de comutação e outras manifestações de instabilidade no trabalho. Isso pode causar não apenas inconveniência na operação, mas também problemas econômicos, perdas e situações de emergência que podem ser fatais.

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