Ideālā gadījumā elektrotīklā jābūt mainīgam spriegumam, kas mainās saskaņā ar sinusoidālo likumu ar frekvenci 50 Hz (50 reizes sekundē), ja mēs runājam par vietējiem tīkliem. Praksē situācija ir atšķirīga - spriegums ir tālu no sinusoidālās formas, tas ir deformēts ne tikai pa frontēm, bet arī visā garumā, piepildīts ar dažādiem sprādzieniem un troksni. Šo parādību elektriskajos tīklos sauc par harmonikām. Šajā rakstā mēs sīkāk aplūkosim, kas tas ir un kāpēc harmonikas ir bīstamas tīklam pievienotajām iekārtām.
Saturs:
- Harmoniku noteikšana
- Traucējumu avoti
- Harmonisko traucējumu sekas
Harmoniku noteikšana
Signāla grafiks, kas mainās atbilstoši sinusoidālajam likumam, izskatās šādi:
Bet tas ievērojami atšķiras no reālās sprieguma formas elektrotīklā:
Šīs spraugas un tapas izraisa harmonikas. Mēs mēģināsim aprakstīt šo parādību vienkāršā izteiksmē. Iepriekš parādīto grafiku var uzskatīt par dažādas frekvences un lieluma signālu summu. Ja to visu pievieno, tad rezultāts ir tikai šāds signāls. Signālu pievienošanas piemērs un rezultāts ir parādīts zemāk esošajā diagrammā:
Harmonikas izšķir ar skaitļiem, kur pirmā harmonika ir komponents ar lielāko vērtību. Tomēr šis apraksts ir pārāk īss. Tāpēc dosim formulu harmonikas lieluma noteikšanai. Tas ir iespējams ar harmoniku analīzi un Furjē sērijas paplašināšanu:
No šīs formulas var izdalīt elektrotīkla harmonisko komponentu frekvenču un fāžu vērtības un jebkuru citu sinusoidālu signālu.
Traucējumu avoti
Traucējumu avoti ietver dažādas iekārtas, sākot no sadzīves tehnikas līdz jaudīgām rūpnieciskām elektriskajām mašīnām. Pirmkārt, īsi apskatīsim to rašanās iemeslus.
Harmonikas maiņstrāvas elektrotīklā rodas no elektroiekārtu īpašībām, piemēram, to raksturlielumu nelinearitātes vai strāvas patēriņa rakstura dēļ.
Piemēram, trīsfāzu tīklos transformatoru magnētiskajās ķēdēs vidējās un galējās fāzes magnētisko ceļu garumi atšķiras gandrīz 2 reizes, tāpēc to magnetizējošās strāvas atšķiras līdz pat pusotrai. No šejienes harmonikas rodas trīsfāzu tīklos.
Vēl viens avots iejaukšanās elektrotehnikā tie ir elektromotori, gan trīsfāzu sinhronie un asinhronie, gan vienfāzes, ieskaitot universālos kolektoru motorus. Pēdējais dzinēja veids tiek izmantots lielākajā daļā sadzīves tehnikas, piemēram:
- veļas mašīnas;
- Pārtikas pārstrādātāji;
- urbji, slīpmašīnas, āmururbji utt.
Komutācijas barošanas bloku darbības rezultātā elektrotīklā rodas augstfrekvences harmonikas (traucējumi). Lai saprastu, kā tie veidojas, jums ir jābūt informācijai par to iekšējo struktūru. Tas ir saistīts ar faktu, ka UPS primārā tinuma strāva atšķiras no nepārtrauktās, tā plūst tikai tad, kad ir atvērts jaudas pusvadītāju slēdzis. Un pēdējais atveras un aizveras ar frekvenci virs 20 kHz.
Interesanti:Dažu mūsdienu komutācijas barošanas avotu darbības frekvence sasniedz 150 kHz.
Lai samazinātu šīs harmonikas, tiek izmantoti EMI filtri, piemēram, kopējā režīma droseles un kondensatori. Lai uzlabotu strāvas patēriņa grafiku attiecībā pret barošanas vienfāzes spriegumu, tiek izmantoti aktīvās jaudas koeficienta korektori (rus. KKM, inž. PFC).
Šie barošanas avoti ir uzstādīti:
- LED lampas;
- Elektroniskie balasti dienasgaismas spuldzēm;
- datoru barošanas avoti;
- mūsdienīgi mobilo tālruņu lādētāji;
- Televizori un cita tehnika.
Arī frekvences pārveidotājus var attiecināt uz šiem barošanas avotiem.
Harmonisko traucējumu sekas
Harmoniku klātbūtne maiņstrāvas elektrotīklā rada noteiktas problēmas. Starp tiem - palielināta elektromotoru un pievades vadu apkure. Harmoniku ietekme ir motora vibrācija. Turpmākās sekas var būt dažādas - no paātrināta motora rotora gultņu nodiluma, beidzot ar tinuma korpusa bojājumu no palielinātas apkures.
Elektrikā ir viltus trauksmes signāli par komutācijas un aizsardzības līdzekļiem - automātiskiem slēdžiem, kontaktoriem un magnētiskajiem starteriem. Traucējumi rodas audio un sakaru iekārtās harmoniku dēļ. Ar tiem cīnās tāpat - uzstādot elektromagnētisko traucējumu filtrus.
Zemāk esošajā videoklipā ir aprakstīts, kādas harmonikas un starpharmonikas ir elektrotīklā:
Nobeigumā vēlos atzīmēt, ka harmonikas elektrotīklos principā nedod nekādu labumu. Tie izraisa tikai darbības traucējumus, komutācijas iekārtu viltus trauksmes un citas darbības nestabilitātes izpausmes. Tas var radīt ne tikai neērtības ekspluatācijā, bet arī ekonomiskas problēmas, zaudējumus un nelaimes gadījumus, kas var būt bīstami dzīvībai.
Saistītie materiāli:
- Kāpēc darbojas ķēdes pārtraucējs?
- Sprieguma kritumi tīklā
- LED lampu izdegšanas iemesli
