Ihannetapauksessa sähköverkossa pitäisi olla vaihtojännite, joka muuttuu sinimuotoisen lain mukaan taajuudella 50 Hz (50 kertaa sekunnissa), jos puhumme kotiverkoista. Käytännössä tilanne on erilainen - jännite on kaukana sinimuotoisesta muodosta, se on vääristynyt, ei vain rintamilla, vaan myös koko pituudeltaan, täynnä erilaisia purskeita ja melua. Tätä ilmiötä kutsutaan sähköverkoissa harmonisiksi. Tässä artikkelissa tarkastellaan tarkemmin, mikä se on ja miksi harmoniset ovat vaarallisia verkkoon liitetyille laitteille.
Sisältö:
- Harmonisten määritys
- Häiriöiden lähteet
- Harmonisten häiriöiden seuraukset
Harmonisten määritys
Sinimuotoisen lain mukaan muuttuva signaalikaavio näyttää tältä:
Mutta tämä eroaa merkittävästi sähköverkon todellisesta jännitteen muodosta:
Nämä jäykät ja piikit johtuvat harmonisista. Yritämme kuvata tätä ilmiötä yksinkertaisin sanoin. Yllä olevaa kuvaajaa voidaan pitää eritaajuisten ja -suuruisten signaalien summana. Jos lisäät kaiken tämän, tulos on juuri sellainen signaali. Esimerkki ja tulos signaalien lisäämisestä on esitetty alla olevassa kaaviossa:
Harmoniset yliaallot erotetaan numeroista, jolloin ensimmäinen harmoninen on arvoltaan suurin komponentti. Tämä kuvaus on kuitenkin liian lyhyt. Siksi annetaan kaava harmonisen suuruuden määrittämiseksi. Tämä on mahdollista harmonisen analyysin ja Fourier-sarjan laajennuksen avulla:
Tästä kaavasta on mahdollista erottaa sähköverkon harmonisten komponenttien ja minkä tahansa muun sinimuotoisen signaalin taajuuksien ja vaiheiden arvot.
Häiriöiden lähteet
Häiriölähteitä ovat erilaiset laitteet kodinkoneista tehokkaisiin teollisuuden sähkökoneisiin. Katsotaanpa ensin nopeasti niiden esiintymisen syitä.
Vaihtovirtasähköverkon yliaallot syntyvät esimerkiksi sähkölaitteiden ominaisuuksista johtuen niiden ominaisuuksien epälineaarisuudesta tai virrankulutuksen luonteesta.
Esimerkiksi muuntajien magneettipiireissä kolmivaiheisissa verkoissa keski- ja äärivaiheiden magneettireittien pituudet eroavat lähes 2 kertaa, joten niiden magnetointivirrat eroavat jopa puolitoista kertaa. Tästä eteenpäin yliaaltoja syntyy kolmivaiheisissa verkoissa.
Toinen lähde häiriötä sähkötekniikassa nämä ovat sähkömoottoreita, sekä kolmivaiheisia synkronisia että asynkronisia, ja yksivaiheisia, mukaan lukien yleiset kollektorimoottorit. Jälkimmäistä moottorityyppiä käytetään useimmissa kodinkoneissa, esimerkiksi:
- pesukoneet;
- Monitoimikoneet;
- porat, hiomakoneet, vasaraporat jne.
Hakkuriteholähteiden toiminnan seurauksena sähköverkkoon syntyy suurtaajuisia harmonisia (häiriöitä). Ymmärtääksesi kuinka ne muodostuvat, sinulla on oltava tiedot niiden sisäisestä rakenteesta. Tämä johtuu siitä, että UPS: n ensiökäämin virta eroaa jatkuvasta, se virtaa vain tehopuolijohdekytkimen ollessa auki. Ja jälkimmäinen avautuu ja sulkeutuu yli 20 kHz: n taajuudella.
Mielenkiintoista:Joidenkin nykyaikaisten hakkuriteholähteiden toimintataajuus on 150 kHz.
EMI-suodattimia, kuten yhteismuotoisia kuristimia ja kondensaattoreita, käytetään vähentämään näitä harmonisia. Virrankulutuksen kaavion parantamiseksi suhteessa syöttöjännitteeseen käytetään aktiivisen tehokertoimen korjaimia (rus. KKM, eng. PFC).
Nämä virtalähteet on asennettu:
- LED-lamput;
- Elektroniset liitäntälaitteet loistelamppuja varten;
- tietokoneiden virtalähteet;
- nykyaikaiset laturit matkapuhelimiin;
- televisiot ja muut laitteet.
Myös taajuusmuuttajat voidaan katsoa näiden virtalähteiden ansioksi.
Harmonisten häiriöiden seuraukset
Yliaaltojen esiintyminen vaihtovirtaverkossa aiheuttaa tiettyjä ongelmia. Niistä - sähkömoottoreiden ja syöttöjohtojen lisääntynyt lämmitys. Yliaaltojen vaikutukset ovat moottorivärähtelyä. Muut seuraukset voivat olla erilaisia - moottorin roottorin laakerien nopeutuneesta kulumisesta, joka päättyy käämikotelon rikkoutumiseen lisääntyneen kuumennuksen seurauksena.
Sähköalalla on vääriä hälytyksiä kytkentä- ja suojavarusteista - katkaisijat, kontaktorit ja magneettikäynnistimet. Ääni- ja viestintälaitteissa esiintyy häiriöitä harmonisten yliaaltojen vuoksi. Niitä vastaan taistellaan samalla tavalla - asentamalla sähkömagneettisia häiriösuodattimia.
Alla oleva video selittää, mitkä harmoniset ja yliaallot ovat sähköverkossa:
Lopuksi haluaisin huomauttaa, että sähköverkkojen harmonisilla ei periaatteessa ole mitään hyötyä. Ne aiheuttavat vain toimintahäiriöitä, kytkentälaitteiden vääriä hälytyksiä ja muita toiminnan epävakauden ilmenemismuotoja. Tämä voi aiheuttaa haittaa toiminnassa, mutta myös taloudellisia ongelmia, menetyksiä ja onnettomuuksia, jotka voivat olla hengenvaarallisia.
Aiheeseen liittyvät materiaalit:
- Miksi katkaisija toimii?
- Jännite putoaa verkossa
- Syitä LED-lamppujen palamiseen
