Idealiu atveju elektros tinkle turėtų būti kintamoji įtampa, kuri kinta pagal sinusoidinį dėsnį, kurio dažnis yra 50 Hz (50 kartų per sekundę), jei kalbame apie buitinius tinklus. Praktiškai situacija kitokia – įtampa toli gražu nėra sinusinės formos, ji iškreipta, ne tik išilgai frontų, bet ir per visą ilgį, užpildyta įvairiais pliūpsniais ir triukšmu. Šis reiškinys elektros tinkluose vadinamas harmonikomis. Šiame straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į tai, kas tai yra ir kodėl harmonikos yra pavojingos įrangai, prijungtai prie tinklo.
Turinys:
- Harmonikų nustatymas
- Trikdžių šaltiniai
- Harmoninių trukdžių pasekmės
Harmonikų nustatymas
Signalo grafikas, kuris keičiasi pagal sinusoidinį dėsnį, atrodo taip:
Tačiau tai labai skiriasi nuo tikrosios įtampos formos elektros tinkle:
Šiuos dygsnius ir smaigalius sukelia harmonikos. Pabandysime šį reiškinį apibūdinti paprastais žodžiais. Aukščiau parodytą grafiką galima įsivaizduoti kaip įvairaus dažnio ir dydžio signalų sumą. Jei visa tai pridėsite, rezultatas bus tik toks signalas. Signalų pridėjimo pavyzdys ir rezultatas pateikti toliau pateiktoje diagramoje:
Harmonikos išsiskiria skaičiais, kur pirmoji harmonika yra didžiausią reikšmę turintis komponentas. Tačiau šis aprašymas per trumpas. Todėl pateikime formulę harmonikos dydžiui nustatyti. Tai įmanoma atliekant harmoninę analizę ir Furjė serijos išplėtimą:
Iš šios formulės galima išskirti elektros tinklo harmoninių komponentų dažnių ir fazių bei bet kurio kito sinusinio signalo reikšmes.
Trikdžių šaltiniai
Trikdžių šaltiniai apima įvairią įrangą – nuo buitinių prietaisų iki galingų pramoninių elektros mašinų. Pirmiausia trumpai pažvelkime į jų atsiradimo priežastis.
Harmonikos kintamosios srovės elektros tinkle atsiranda dėl elektros įrenginių charakteristikų, pavyzdžiui, dėl jų charakteristikų netiesiškumo arba srovės suvartojimo pobūdžio.
Pavyzdžiui, trifaziuose tinkluose transformatorių magnetinėse grandinėse vidurinės ir kraštutinės fazių magnetinių takų ilgiai skiriasi beveik 2 kartus, todėl jų įmagnetinimo srovės skiriasi iki pusantro karto. Iš čia harmonikos kyla trifaziuose tinkluose.
Kitas šaltinis trukdžių elektrotechnikoje tai yra elektros varikliai, tiek trifaziai sinchroniniai, tiek asinchroniniai, ir vienfaziai, įskaitant universalius kolektorinius variklius. Pastarojo tipo varikliai naudojami daugumoje buitinių prietaisų, pavyzdžiui:
- Skalbimo mašinos;
- Maisto kombainai;
- grąžtai, šlifuokliai, plaktukiniai grąžtai ir kt.
Dėl perjungiamųjų maitinimo šaltinių veikimo elektros tinkle atsiranda aukšto dažnio harmonikos (trikdžiai). Norėdami suprasti, kaip jie susidaro, turite turėti informacijos apie jų vidinę struktūrą. Taip yra dėl to, kad UPS pirminės apvijos srovė skiriasi nuo nuolatinės, ji teka tik atidarius galios puslaidininkinį jungiklį. O pastarasis atsidaro ir užsidaro dažniu, viršijančiu 20 kHz.
Įdomus:Kai kurių šiuolaikinių perjungiamųjų maitinimo šaltinių veikimo dažnis siekia 150 kHz.
Šioms harmonikoms sumažinti naudojami EMI filtrai, tokie kaip bendrojo režimo droseliai ir kondensatoriai. Norint pagerinti srovės suvartojimo grafiką, palyginti su maitinimo vienfaze įtampa, naudojami aktyviosios galios koeficiento korektoriai (rus. KKM, inž. PFC).
Šie maitinimo šaltiniai montuojami:
- LED lempos;
- Elektroniniai liuminescencinių lempų balastai;
- kompiuterių maitinimo šaltiniai;
- modernūs mobiliųjų telefonų įkrovikliai;
- Televizoriai ir kita įranga.
Taip pat prie šių maitinimo šaltinių galima priskirti dažnio keitiklius.
Harmoninių trukdžių pasekmės
Harmonikų buvimas kintamosios srovės elektros tinkle sukelia tam tikrų problemų. Tarp jų – padidintas elektros variklių ir tiekimo laidų šildymas. Harmonikų poveikis yra variklio vibracija. Tolesnės pasekmės gali būti skirtingos - nuo pagreitėjusio variklio rotoriaus guolių susidėvėjimo ir baigiant apvijos korpuso gedimu dėl padidėjusio šildymo.
Elektrikoje yra klaidingi perjungimo ir apsaugos įrangos - grandinės pertraukiklių, kontaktorių ir magnetinių starterių - pavojaus signalai. Trikdžiai atsiranda garso ir ryšio įrangoje dėl harmonikų. Su jais kovojama taip pat – įrengiant elektromagnetinių trukdžių filtrus.
Toliau pateiktame vaizdo įraše aprašoma, kokios harmonikos ir tarpharmonikos yra elektros tinkle:
Baigdamas norėčiau pažymėti, kad harmonikos elektros tinkluose iš esmės neduoda jokios naudos. Jie sukelia tik gedimus, klaidingus perjungimo įrangos pavojaus signalus ir kitus veikimo nestabilumo pasireiškimus. Tai gali sukelti ne tik nepatogumų eksploatuojant, bet ir ekonominių problemų, nuostolių bei nelaimingų atsitikimų, kurie gali būti pavojingi gyvybei.
Susijusios medžiagos:
- Kodėl grandinės pertraukiklis veikia?
- Įtampa tinkle krinta
- LED lempų perdegimo priežastys
