İdeal olarak, elektrik şebekesinde, ev şebekelerinden bahsediyorsak, 50 Hz frekansında (saniyede 50 kez) sinüzoidal bir yasaya göre değişen alternatif bir voltaj olmalıdır. Pratikte durum farklıdır - voltaj sinüzoidal bir formdan uzaktır, sadece cepheler boyunca değil, aynı zamanda tüm uzunluğu boyunca çeşitli patlamalar ve gürültü ile dolu olarak çarpıtılır. Bu olaya elektrik şebekelerinde harmonik denir. Bu yazıda harmoniklerin ne olduğuna ve ağa bağlı ekipman için neden harmoniklerin tehlikeli olduğuna daha yakından bakacağız.
İçerik:
- harmoniklerin belirlenmesi
- Girişim kaynakları
- Harmonik girişimin sonuçları
harmoniklerin belirlenmesi
Sinüzoidal bir yasaya göre değişen sinyal grafiği şöyle görünür:
Ancak bu, elektrik şebekesindeki gerçek voltaj biçiminden önemli ölçüde farklıdır:
Bu çentikler ve sivri uçlar harmoniklerden kaynaklanır. Bu fenomeni basit terimlerle açıklamaya çalışacağız. Yukarıda gösterilen grafik, değişen frekans ve büyüklükteki sinyallerin toplamı olarak düşünülebilir. Tüm bunları eklerseniz, sonuç böyle bir sinyaldir. Sinyallerin eklenmesinin bir örneği ve sonucu aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:
Harmonikler, ilk harmoniğin en büyük değere sahip bileşen olduğu sayılarla ayırt edilir. Ancak bu açıklama çok kısa. Bu nedenle, harmoniğin büyüklüğünü belirlemek için bir formül verelim. Bu, harmonik analiz ve Fourier serisi genişletmesi ile mümkündür:
Bu formülden, elektrik şebekesinin harmonik bileşenlerinin frekanslarının ve fazlarının ve diğer herhangi bir sinüzoidal sinyalin değerlerini ayırmak mümkündür.
Girişim kaynakları
Girişim kaynakları, ev aletlerinden güçlü endüstriyel elektrikli makinelere kadar çeşitli ekipmanları içerir. İlk olarak, oluşumlarının nedenlerine hızlıca bir göz atalım.
Bir AC elektrik şebekesindeki harmonikler, örneğin özelliklerinin doğrusal olmaması veya akım tüketiminin doğası nedeniyle elektrikli ekipmanın özelliklerinden kaynaklanır.
Örneğin, transformatörlerin manyetik devrelerindeki üç fazlı ağlarda, orta ve aşırı fazların manyetik yollarının uzunlukları neredeyse 2 kat farklıdır, bu nedenle mıknatıslama akımları bir buçuk kata kadar farklılık gösterir. Buradan, üç fazlı ağlarda harmonikler ortaya çıkar.
Başka bir kaynak girişim elektrik mühendisliğinde bunlar, hem üç fazlı senkron hem de asenkron elektrik motorları ve evrensel kollektör motorları dahil tek fazlı elektrik motorlarıdır. İkinci tip motor, çoğu ev aletinde kullanılır, örneğin:
- çamaşır makineleri;
- Gıda işlemcileri;
- matkaplar, öğütücüler, darbeli matkaplar vb.
Anahtarlamalı güç kaynaklarının çalışması sonucunda, elektrik şebekesinde yüksek frekanslı harmonikler (parazit) ortaya çıkar. Nasıl oluştuklarını anlamak için iç yapıları hakkında bilgi sahibi olmanız gerekir. Bunun nedeni, UPS'in birincil sargısının akımının sürekli olandan farklı olması, yalnızca güç yarı iletken anahtarı açıkken akar. İkincisi, 20 kHz'in üzerinde bir frekansla açılır ve kapanır.
İlginç:Bazı modern anahtarlamalı güç kaynaklarının çalışma frekansı 150 kHz'e ulaşır.
Bu harmonikleri azaltmak için ortak mod bobinleri ve kapasitörler gibi EMI filtreleri kullanılır. Tek fazlı voltaj beslemesine göre akım tüketimi grafiğini iyileştirmek için aktif güç faktörü düzelticileri kullanılır (rus. KKM, İng. PFC).
Bu güç kaynakları şuralara kurulur:
- Led lambalar;
- Floresan lambalar için elektronik balastlar;
- bilgisayar güç kaynakları;
- cep telefonları için modern şarj cihazları;
- TV'ler ve diğer ekipmanlar.
Ayrıca, frekans dönüştürücüler bu güç kaynaklarına atfedilebilir.
Harmonik girişimin sonuçları
Bir AC güç şebekesinde harmoniklerin varlığı belirli sorunlara neden olur. Bunların arasında - elektrik motorlarının ve besleme kablolarının artan ısınması. Harmoniklerin etkileri motor titreşimidir. Diğer sonuçlar farklı olabilir - motor rotor yataklarının hızlandırılmış aşınmasından, artan ısıtmadan sargı muhafazasında bir arıza ile sona erer.
Elektrikte, anahtarlama ve koruyucu ekipman - devre kesiciler, kontaktörler ve manyetik yol vericiler için yanlış alarmlar vardır. Harmonikler nedeniyle ses ve iletişim ekipmanlarında parazit oluşur. Onlarla aynı şekilde savaşılır - elektromanyetik girişim filtreleri takılarak.
Aşağıdaki video, güç şebekesinde hangi harmoniklerin ve ara harmoniklerin olduğunu açıklamaktadır:
Sonuç olarak, elektrik şebekelerinde harmoniklerin prensipte herhangi bir faydası olmadığını belirtmek isterim. Yalnızca arızalara, anahtarlama ekipmanının yanlış alarmlarına ve çalışmadaki diğer kararsızlık belirtilerine neden olurlar. Bu sadece işletmede rahatsızlıklara değil aynı zamanda ekonomik sorunlara, kayıplara ve hayati tehlike oluşturabilecek kazalara da neden olabilir.
İlgili malzemeler:
- Devre kesici neden çalışıyor?
- Ağdaki voltaj düşüşleri
- LED lambaların yanma nedenleri
