Ideálně by mělo být v elektrické síti střídavé napětí, které se mění podle sinusového zákona s frekvencí 50 Hz (50x za vteřinu), pokud se bavíme o domácích sítích. V praxi je situace jiná - napětí zdaleka nemá sinusový tvar, je zkreslené, a to nejen po čelech, ale i po celé délce, plné různých rázů a šumů. Tento jev se v elektrických sítích nazývá harmonické. V tomto článku se blíže podíváme na to, co to je a proč jsou harmonické pro zařízení připojená k síti nebezpečné.
Obsah:
- Stanovení harmonických
- Zdroje rušení
- Důsledky harmonického rušení
Stanovení harmonických
Graf signálu, který se mění podle sinusového zákona, vypadá takto:
To se však výrazně liší od skutečné formy napětí v elektrické síti:
Tyto zubatosti a špičky jsou způsobeny harmonickými. Pokusíme se tento jev popsat jednoduše. Výše uvedený graf lze považovat za součet signálů různé frekvence a velikosti. Když tohle všechno přidáte, tak výsledek je právě takový signál. Příklad a výsledek přidání signálů je uveden v tabulce níže:
Harmonické jsou rozlišeny čísly, kde první harmonická je složka s největší hodnotou. Tento popis je však příliš krátký. Uveďme proto vzorec pro určení velikosti harmonické. To je možné pomocí harmonické analýzy a rozšíření Fourierovy řady:
Z tohoto vzorce je možné vyčlenit hodnoty frekvencí a fází harmonických složek elektrické sítě a jakéhokoli jiného sinusového signálu.
Zdroje rušení
Zdroje rušení zahrnují různá zařízení, od domácích spotřebičů až po výkonné průmyslové elektrické stroje. Nejprve se v rychlosti podívejme na důvody jejich výskytu.
Harmonické ve střídavé elektrické síti vyplývají z vlastností elektrického zařízení, například v důsledku nelinearity jejich charakteristik nebo charakteru odběru proudu.
Například u třífázových sítí v magnetických obvodech transformátorů se délky magnetických drah střední a krajní fáze liší téměř 2krát, proto se jejich magnetizační proudy liší až jedenapůlkrát. Odtud vznikají harmonické v třífázových sítích.
Jiný zdroj rušení v elektrotechnice se jedná o elektromotory třífázové synchronní i asynchronní a jednofázové včetně univerzálních kolektorových motorů. Druhý typ motoru se používá ve většině domácích spotřebičů, například:
- pračky;
- Kuchyňské roboty;
- vrtačky, brusky, příklepové vrtačky atd.
V důsledku činnosti spínaných zdrojů vznikají v elektrické síti vysokofrekvenční harmonické (rušení). Abyste pochopili, jak se tvoří, musíte mít informace o jejich vnitřní struktuře. Je to dáno tím, že proud primárního vinutí UPS se liší od kontinuálního, teče pouze při rozpojeném výkonovém polovodičovém spínači. A ten se otevírá a zavírá s frekvencí nad 20 kHz.
Zajímavý:Pracovní frekvence některých moderních spínaných zdrojů dosahuje 150 kHz.
Ke snížení těchto harmonických se používají filtry EMI, jako jsou tlumivky a kondenzátory. Pro zlepšení grafu spotřeby proudu vzhledem k napájecímu jednofázovému napětí se používají aktivní korektory účiníku (rus. KKM, Ing. PFC).
Tyto napájecí zdroje jsou instalovány v:
- LED lampy;
- Elektronické předřadníky pro zářivky;
- Počítačové napájecí zdroje;
- moderní nabíječky pro mobilní telefony;
- televizory a další zařízení.
K těmto zdrojům energie lze také přiřadit frekvenční měniče.
Důsledky harmonického rušení
Přítomnost harmonických složek v síti střídavého proudu způsobuje určité problémy. Mezi nimi - zvýšené zahřívání elektromotorů a napájecích vodičů. Účinky harmonických jsou vibrace motoru. Další důsledky mohou být různé - od zrychleného opotřebení ložisek rotoru motoru až po poruchu pouzdra vinutí ze zvýšeného zahřívání.
V elektrotechnice dochází k falešným poplachům spínacích a ochranných zařízení - jističů, stykačů a magnetických spouštěčů. V audio a komunikačních zařízeních dochází k rušení v důsledku harmonických. Bojuje se s nimi stejným způsobem – instalací filtrů elektromagnetického rušení.
Níže uvedené video popisuje, jaké harmonické a meziharmonické jsou v elektrické síti:
Na závěr bych rád poznamenal, že harmonické v elektrických sítích v zásadě nemají žádný přínos. Způsobují pouze poruchy, falešné poplachy spínacích zařízení a další projevy nestability v provozu. To může způsobit nejen nepříjemnosti v provozu, ale také ekonomické problémy, ztráty a havárie, které mohou být životu nebezpečné.
Související materiály:
- Proč jistič funguje?
- Pokles napětí v síti
- Důvody vyhoření LED žárovek
