Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
В идеалния случай електрическата мрежа трябва да има променливо напрежение, което варира синусоидално с честота 50 Hz (50 пъти в секунда), когато става въпрос за вътрешни мрежи. На практика ситуацията е различна - напрежението е далеч от синусоидалната форма, изкривено е не само по фронтовете, но по цялата дължина е изпълнено с различни изблици и смущения. Това явление се нарича хармоници в електрическите мрежи. В тази статия ще разгледаме по-отблизо какво е то и какво хармоници са опасни за оборудването, свързано към мрежата.Определение на хармоници
Графиката на сигнала, която варира синусоидално, има формата:
Но това значително се различава от действителната форма на напрежението в електрическата мрежа:
Тези бомби и изблици са причинени от хармоници. Ще се опитаме да кажем за този феномен с прости думи. Графиката, изобразена по-горе, може да бъде представена като сума от сигнали с различни честоти и величини. Ако всичко това е сгънато, тогава резултатът е точно такъв сигнал. Пример и резултатът от добавянето на сигнали е изобразен на графиката по-долу:
Хармониците се различават по числа, където първият хармоник е компонентът с най-голяма величина. Това описание обаче е твърде кратко. Така че нека да дадем формула за определяне на величината на хармоника. Това е възможно с хармоничен анализ и разлагане в сериите на Фурие:
От тази формула е възможно да се разграничат амплитудите на честотите и фазите на хармоничните компоненти на електрическата мрежа и всеки друг синусоидален сигнал.
Източници на смущения
Редица съоръжения могат да бъдат приписани на източници на смущения, вариращи от домакински уреди, до мощни промишлени електрически машини. Като начало нека разгледаме накратко причините за тяхното възникване.
Хармониците в електрическата мрежа с променлив ток възникват поради особеностите на електрическото оборудване, например поради нелинейността на техните характеристики или естеството на текущото потребление.
Например в трифазните мрежи в магнитните вериги на трансформаторите дължините на магнитните пътеки на средната и екстремната фази се различават почти 2 пъти, следователно техните магнитни токове се различават до един и половина пъти. От тук хармоници възникват в трифазни мрежи.
Друг източник на смущения в електротехниката са електрически двигатели като трифазни синхронни и асинхронни, както и еднофазни, включително универсални колекторни двигатели. Последният тип двигател се използва в повечето домакински уреди, например:
- перални машини;
- машини за преработка на храни;
- бормашини, шлифовъчни машини, перфоратори и др.
В резултат на работата на импулсните захранвания се появяват високочестотни хармоници (шум) в електрическата мрежа. За да разберете как се формират, трябва да имате информация за тяхната вътрешна структура. Това се дължи на факта, че токът на първичната намотка на UPS е различен от непрекъснат, тече само когато захранващият полупроводников прекъсвач е отворен. Последният се отваря и затваря с честота над 20 kHz.
Интересно: Работната честота на някои модерни комутационни захранвания достига 150 kHz.
За да се намалят тези хармоници, се използват електромагнитни филтри за смущения, например, обикновен режим на дросел и кондензатори. За подобряване на графиката на консумацията на ток по отношение на захранващото еднофазно напрежение се използват коректори на активните фактори на мощността (ККМ, инж. ПФК).
Такива захранващи устройства са инсталирани в:
- LED лампи;
- ЕКГ за флуоресцентни лампи;
- захранвания за компютри;
- модерни зарядни устройства за мобилни телефони;
- Телевизори и други уреди.
Също така към тези захранвания могат да се приписват и честотни преобразуватели.
Хармонични последици
Наличието на хармоници в електрическата мрежа на променлив ток причинява определени проблеми. Сред тях - увеличеното отопление на електрическите двигатели и захранващите проводници. Ефектите на хармониците са вибрациите на двигателя. Други последствия могат да бъдат различни - като се започне от ускореното износване на роторните лагери на двигателя, завършвайки с разрушаване на тялото на намотките от повишена топлина.
В електрозахранването има фалшиви положителни резултати при комутационно и защитно оборудване - прекъсвачи, контактори и магнитни пускатели. В звуковото оборудване и технологията за комуникация поради хармоници възникват смущения. Те се борят по същия начин - чрез инсталиране на електромагнитни филтри за смущения.
Видеото по-долу описва какви хармоници и интергармонии в електрическата мрежа са:
В заключение бих искал да отбележа, че по принцип хармониците в електрическите мрежи не носят никаква полза. Те причиняват само неизправности, фалшиви положителни резултати при превключване на оборудването и други прояви на нестабилност в работата. Това може да доведе не само до неудобства при експлоатацията, но и до икономически проблеми, загуби и извънредни ситуации, които могат да бъдат животозастрашаващи.
Материали по темата:
- Защо работи прекъсвачът
- Паданията на мрежовото напрежение
- Предизвиква изгаряне на LED лампи