Elektrik şebekelerinde harmonikler nelerdir

İdeal durumda, elektrik şebekesi, ev ağlarından bahsediyorsak, 50 Hz frekansında (saniyede 50 kez) bir sinüzoidal yasaya göre değişen alternatif bir voltaja sahip olmalıdır. Pratikte durum farklıdır - voltaj sinüzoidal şekilden uzaktır, sadece cepheler boyunca değil, tüm uzunluk boyunca çeşitli patlamalar ve gürültü ile doldurulur. Bu fenomene elektrik şebekelerinde harmonikler denir. Bu makalede, ne olduğunu ve harmoniklerin ağa bağlı ekipman için neden tehlikeli olduğunu daha yakından inceleyeceğiz.

İçerik:

Harmonik Tespiti
Parazit kaynakları
Harmonik girişimin sonuçları

Harmonik Tespiti

Sinüzoidal yasaya göre değişen sinyalin grafiği şu şekildedir:

Ancak bu, elektrik şebekesindeki gerçek voltaj formundan önemli ölçüde farklıdır:

Bu sivri ve patlamalar aynı zamanda harmoniklerden de kaynaklanır. Bu fenomen hakkında basit kelimelerle konuşmaya çalışacağız. Yukarıdaki grafik, farklı frekans ve büyüklükteki sinyallerin toplamı olarak temsil edilebilir. Bütün bunlar toplanırsa, sonuç sadece böyle bir sinyal olacaktır. Sinyallerin eklenmesinin bir örneği ve sonucu aşağıdaki grafikte gösterilmiştir:

Harmonikler, ilk harmoniğin en büyük değere sahip bileşen olduğu sayılarla ayırt edilir. Ancak, böyle bir açıklama çok kısa. Bu nedenle, harmonik değerini belirlemek için bir formül verelim. Bu, harmonik analiz ve Fourier genişlemesi ile mümkündür:

Bu formülden, elektrik şebekesinin harmonik bileşenlerinin ve diğer sinüzoidal sinyallerin frekansları ve fazları da ayırt edilebilir.

Parazit kaynakları

Bir dizi ekipman, ev aletlerinden güçlü endüstriyel elektrikli makinelere kadar parazit kaynaklarına bağlanabilir. Başlamak için, ortaya çıkma nedenlerini kısaca ele alalım.

Bir elektrik AC ağındaki harmonikler, elektrikli ekipmanların özelliklerinden, örneğin özelliklerinin doğrusal olmamalarından veya akım tüketiminin doğasından dolayı ortaya çıkar.

Örneğin, transformatörlerin manyetik devrelerindeki üç fazlı şebekelerde, orta ve aşırı fazların manyetik yollarının uzunlukları neredeyse 2 kat farklıdır ve bu nedenle mıknatıslanma akımları bir buçuk kata kadar farklılık gösterir. Buradan üç fazlı şebekelerde harmonikler ortaya çıkar.

Başka bir kaynak girişim elektrik mühendisliğinde bunlar, üç fazlı senkronize ve asenkronize elektrik motorları ve evrensel kollektör motorları dahil tek fazlıdır. İkinci tip motor çoğu ev aletinde kullanılır, örneğin:

çamaşır makineleri;
Gıda işlemcileri;
matkaplar, taşlama makineleri, kırıcılar

Anahtarlamalı güç kaynaklarının çalışması sonucunda, elektrik şebekesinde yüksek frekanslı harmonikler (parazit) oluşur. Nasıl oluştuğunu anlamak için iç yapıları hakkında bilgi sahibi olmanız gerekir. Bunun nedeni, UPS'nin birincil akımının sürekli olandan farklı olması, sadece güç yarı iletken anahtarı açık olduğunda akmasıdır.İkincisi 20 kHz'nin üzerinde bir frekansla açılır ve kapanır.

İlginç: Bazı modern anahtarlama güç kaynaklarının çalışma frekansı 150 kHz'e ulaşır.

Bu harmonikleri azaltmak için, ortak modlu bobinler ve kapasitörler gibi elektromanyetik girişim filtreleri kullanılır. Besleme tek fazlı gerilime göre akım tüketim grafiğini iyileştirmek için aktif güç faktörü düzelticileri kullanılır (Rusça KKM, İngilizce PFC).

Bu tür güç kaynakları aşağıdakilere kurulur:

Led lambalar;
Floresan lambalar için elektronik balastlar;
bilgisayar güç kaynakları;
cep telefonları için modern şarj cihazları;
TV'ler ve diğer ekipmanlar.

Ayrıca, bu güç kaynakları frekans dönüştürücüler içerir.

Ağdaki harmonikleri ölçmek için EKF'nin çok fonksiyonlu ölçüm cihazlarını kullanabilirsiniz. Harmoniklere ek olarak, bu enstrümanlar akım, frekans, voltaj, aktif, reaktif ve görünen güç gibi ağ parametrelerini ve güç ve frekans faktörlerini ölçebilir. Ayrıca, çok işlevli ölçüm cihazları güç ekipmanlarının, sistemlerinin ve endüstriyel devrelerin çalışmasını kontrol etmeyi, analiz etmeyi ve optimize etmeyi mümkün kılar. Kurulumu oldukça kolaydır ve herhangi bir akım trafosu için yapılandırılabilir.

Harmonik girişimin sonuçları

Bir elektrik AC ağında harmoniklerin varlığı bazı sorunlara neden olur. Bunlar arasında - elektrik motorlarının ve güç kablolarının artan ısıtması. Harmoniklerin etkileri motor titreşimidir. Diğer sonuçlar farklı olabilir - motorun rotorunun yataklarının hızlandırılmış aşınmasından, sargıların gövdesinde artan ısıdan bir arıza ile biter.

Elektriklerde, anahtarlama ve koruyucu ekipmanların yanlış alarmları bulunur - devre kesiciler, kontaktörler ve manyetik yol vericiler. Ses ekipmanlarında ve iletişim teknolojisinde harmonikler nedeniyle parazit oluşur. Elektromanyetik girişim filtreleri takarak onlarla aynı şekilde savaşırlar.

Aşağıdaki video, şebekede hangi harmoniklerin ve harmoniklerin neler olduğunu açıklamaktadır:

Sonuç olarak, elektrik şebekelerindeki harmoniklerin prensipte hiçbir faydası olmadığını belirtmek isterim. Sadece arızalara, anahtarlama ekipmanının yanlış alarmlarına ve işteki diğer istikrarsızlık belirtilerine neden olurlar. Bu sadece operasyonda rahatsızlığa neden olmakla kalmaz, aynı zamanda yaşamı tehdit edebilecek ekonomik sorunlar, kayıplar ve acil durumlara da neden olabilir.

İlgili malzemeler: