Ideaalis peaks elektrivõrgus olema vahelduvpinge, mis muutub siinuse seaduse järgi sagedusega 50 Hz (50 korda sekundis), kui räägime koduvõrkudest. Praktikas on olukord erinev - pinge pole kaugeltki siinuskujuline, see on moonutatud mitte ainult esikülgedel, vaid ka kogu pikkuses, täidetud erinevate purunemiste ja müraga. Seda nähtust nimetatakse elektrivõrkudes harmoonilisteks. Selles artiklis vaatleme lähemalt, mis see on ja miks on harmoonilised võrguga ühendatud seadmete jaoks ohtlikud.
Sisu:
- Harmooniliste määramine
- Häireallikad
- Harmooniliste häirete tagajärjed
Harmooniliste määramine
Signaaligraafik, mis muutub vastavalt sinusoidaalsele seadusele, näeb välja järgmine:
Kuid see erineb oluliselt elektrivõrgu pinge tegelikust vormist:
Need torked ja naelu põhjustavad harmoonilised. Püüame seda nähtust kirjeldada lihtsate sõnadega. Ülaltoodud graafikut võib pidada erineva sageduse ja suurusega signaalide summaks. Kui see kõik lisada, on tulemuseks just selline signaal. Signaalide lisamise näide ja tulemus on toodud allolevas tabelis:
Harmoonikuid eristatakse numbrite järgi, kus esimene harmooniline on suurima väärtusega komponent. See kirjeldus on aga liiga lühike. Seetõttu anname harmoonilise suuruse määramise valem. See on võimalik harmoonilise analüüsi ja Fourier-seeria laiendamisega:
Sellest valemist on võimalik välja tuua elektrivõrgu harmooniliste komponentide sageduste ja faaside väärtused ning mis tahes muu siinussignaal.
Häireallikad
Häireallikate hulka kuuluvad mitmesugused seadmed alates kodumasinatest kuni võimsate tööstuslike elektrimasinateni. Esiteks vaatame kiiresti nende esinemise põhjuseid.
Harmoonikud vahelduvvoolu elektrivõrgus tulenevad elektriseadmete omadustest, näiteks nende omaduste mittelineaarsusest või voolutarbimise olemusest.
Näiteks kolmefaasilistes võrkudes trafode magnetahelates erinevad keskmise ja äärmise faasi magnetteede pikkused peaaegu 2 korda, seetõttu erinevad nende magnetiseerimisvoolud kuni poolteist korda. Siit tekivad harmoonilised kolmefaasilistes võrkudes.
Teine allikas sekkumine elektrotehnikas on need elektrimootorid, nii kolmefaasilised sünkroonsed ja asünkroonsed, kui ka ühefaasilised, sealhulgas universaalsed kollektormootorid. Viimast tüüpi mootoreid kasutatakse enamikus kodumasinates, näiteks:
- pesumasinad;
- Köögikombainid;
- puurid, veskid, haamertrellid jne.
Lülitustoiteallikate töö tulemusena tekivad elektrivõrgus kõrgsageduslikud harmoonilised (häired). Et mõista, kuidas need moodustuvad, peab teil olema teave nende sisemise struktuuri kohta. See on tingitud asjaolust, et UPS-i primaarmähise vool erineb pidevast, see voolab ainult siis, kui toitepooljuhtlüliti on avatud. Ja viimane avaneb ja sulgub sagedusega üle 20 kHz.
Huvitav:Mõnede kaasaegsete lülitustoiteallikate töösagedus ulatub 150 kHz-ni.
Nende harmooniliste vähendamiseks kasutatakse EMI filtreid, nagu tavarežiimi drosselid ja kondensaatorid. Voolutarbimise graafiku parandamiseks toiteallika ühefaasilise pinge suhtes kasutatakse aktiivvõimsusteguri korrektoreid (rus. KKM, ing. PFC).
Need toiteallikad on paigaldatud:
- LED-lambid;
- Luminofoorlampide elektroonilised liiteseadised;
- arvuti toiteallikad;
- kaasaegsed mobiiltelefonide laadijad;
- Telerid ja muu tehnika.
Samuti võib nendele toiteallikatele omistada sagedusmuundurid.
Harmooniliste häirete tagajärjed
Harmoonikute olemasolu vahelduvvooluvõrgus põhjustab teatud probleeme. Nende hulgas - elektrimootorite ja toitejuhtmete suurenenud kuumutamine. Harmooniliste mõjudeks on motoorne vibratsioon. Edasised tagajärjed võivad olla erinevad - alates mootori rootori laagrite kiirendatud kulumisest kuni mähise korpuse purunemiseni suurenenud kuumenemisest.
Elektriseadmetes on lülitus- ja kaitseseadmete - kaitselülitite, kontaktorite ja magnetkäivitite - valehäireid. Heli- ja sideseadmetes tekivad harmooniliste tõttu häired. Nendega võideldakse samamoodi – elektromagnetiliste häirete filtrite paigaldamisega.
Allolev video kirjeldab, millised harmoonilised ja interharmoonikud on elektrivõrgus:
Kokkuvõtteks tahaksin märkida, et harmoonilistest elektrivõrkudes pole põhimõtteliselt mingit kasu. Need põhjustavad ainult talitlushäireid, lülitusseadmete valehäireid ja muid ebastabiilsuse ilminguid töös. See võib põhjustada mitte ainult ebamugavusi töös, vaid ka majanduslikke probleeme, kaotusi ja õnnetusi, mis võivad olla eluohtlikud.
Seotud materjalid:
- Miks kaitselüliti töötab?
- Pinge langeb võrgus
- LED-lampide läbipõlemise põhjused
