V ideálnom prípade by malo byť v elektrickej sieti striedavé napätie, ktoré sa mení podľa sínusového zákona s frekvenciou 50 Hz (50-krát za sekundu), ak hovoríme o domácich sieťach. V praxi je situácia iná - napätie má ďaleko od sínusového tvaru, je skreslené, nielen po čelách, ale aj po celej dĺžke, vyplnené rôznymi výbuchmi a šumom. Tento jav sa v elektrických sieťach nazýva harmonické. V tomto článku sa bližšie pozrieme na to, čo to je a prečo sú harmonické pre zariadenia pripojené k sieti nebezpečné.
Obsah:
- Stanovenie harmonických
- Zdroje rušenia
- Dôsledky harmonického rušenia
Stanovenie harmonických
Graf signálu, ktorý sa mení podľa sínusového zákona, vyzerá takto:
To sa však výrazne líši od skutočnej formy napätia v elektrickej sieti:
Tieto zúbky a špičky sú spôsobené harmonickými. Pokúsime sa opísať tento jav jednoduchými slovami. Vyššie uvedený graf si možno predstaviť ako súčet signálov rôznej frekvencie a veľkosti. Ak toto všetko pridáte, tak výsledok je len taký signál. Príklad a výsledok pridania signálov je uvedený v tabuľke nižšie:
Harmonické sú rozlíšené číslami, kde prvá harmonická je zložka s najväčšou hodnotou. Tento popis je však príliš krátky. Uveďme preto vzorec na určenie veľkosti harmonickej. To je možné pomocou harmonickej analýzy a rozšírenia Fourierovej série:
Z tohto vzorca je možné vyčleniť hodnoty frekvencií a fáz harmonických zložiek elektrickej siete a akéhokoľvek iného sínusového signálu.
Zdroje rušenia
Zdroje rušenia zahŕňajú rôzne zariadenia od domácich spotrebičov až po výkonné priemyselné elektrické stroje. Po prvé, poďme sa rýchlo pozrieť na dôvody ich výskytu.
Harmonické v striedavej elektrickej sieti vznikajú z charakteristík elektrického zariadenia, napríklad v dôsledku nelineárnosti ich charakteristík alebo charakteru odberu prúdu.
Napríklad v trojfázových sieťach v magnetických obvodoch transformátorov sa dĺžky magnetických dráh strednej a krajnej fázy líšia takmer 2 krát, preto sa ich magnetizačné prúdy líšia až jeden a pol krát. Odtiaľ vznikajú harmonické v trojfázových sieťach.
Ďalší zdroj rušenie v elektrotechnike sú to elektromotory trojfázové synchrónne aj asynchrónne a jednofázové vrátane univerzálnych kolektorových motorov. Posledný typ motora sa používa vo väčšine domácich spotrebičov, napríklad:
- práčky;
- Kuchynské roboty;
- vŕtačky, brúsky, príklepové vŕtačky atď.
V dôsledku činnosti spínaných zdrojov vznikajú v elektrickej sieti vysokofrekvenčné harmonické (interferencie). Aby ste pochopili, ako sa tvoria, musíte mať informácie o ich vnútornej štruktúre. Je to spôsobené tým, že prúd primárneho vinutia UPS sa líši od kontinuálneho, tečie iba pri rozpojenom výkonovom polovodičovom spínači. A ten sa otvára a zatvára s frekvenciou nad 20 kHz.
zaujímavé:Pracovná frekvencia niektorých moderných spínaných zdrojov dosahuje 150 kHz.
Na zníženie týchto harmonických sa používajú EMI filtre, ako sú tlmivky so spoločným režimom a kondenzátory. Na zlepšenie grafu spotreby prúdu vzhľadom na napájacie jednofázové napätie sa používajú aktívne korektory účinníka (rus. KKM, Ing. PFC).
Tieto napájacie zdroje sú inštalované v:
- LED lampy;
- Elektronické predradníky pre žiarivky;
- Počítačové napájacie zdroje;
- moderné nabíjačky pre mobilné telefóny;
- televízory a ďalšie zariadenia.
K týmto zdrojom energie možno pripísať aj frekvenčné meniče.
Dôsledky harmonického rušenia
Prítomnosť harmonických v sieti striedavého prúdu spôsobuje určité problémy. Medzi nimi - zvýšené zahrievanie elektromotorov a napájacích vodičov. Účinky harmonických sú vibrácie motora. Ďalšie dôsledky môžu byť rôzne - od zrýchleného opotrebovania ložísk rotora motora, končiac poruchou krytu vinutia zo zvýšeného zahrievania.
V elektrike sú falošné poplachy spínacích a ochranných zariadení - ističov, stýkačov a magnetických štartérov. V audio a komunikačných zariadeniach dochádza k rušeniu v dôsledku harmonických. Bojuje sa s nimi rovnakým spôsobom - inštaláciou filtrov elektromagnetického rušenia.
Nižšie uvedené video popisuje, aké harmonické a medziharmonické sú v elektrickej sieti:
Na záver by som rád poznamenal, že harmonické v elektrických sieťach v zásade nemajú žiadny prínos. Spôsobujú len poruchy, falošné poplachy spínacích zariadení a iné prejavy nestability v prevádzke. To môže spôsobiť nielen nepríjemnosti pri prevádzke, ale aj ekonomické problémy, straty a havárie, ktoré môžu byť životu nebezpečné.
Súvisiace materiály:
- Prečo funguje istič?
- Pokles napätia v sieti
- Dôvody vyhorenia LED žiaroviek
