U idealnom slučaju, u električnoj mreži bi trebao postojati izmjenični napon koji se mijenja prema sinusoidnom zakonu s frekvencijom od 50 Hz (50 puta u sekundi), ako govorimo o domaćim mrežama. U praksi je situacija drugačija - napon je daleko od sinusoidnog oblika, izobličen je, ne samo duž prednjih strana, već i cijelom dužinom, ispunjen raznim praskama i šumom. Ta se pojava naziva harmonicima u električnim mrežama. U ovom članku pobliže ćemo pogledati što je to i zašto su harmonici opasni za opremu spojenu na mrežu.
Sadržaj:
- Određivanje harmonika
- Izvori smetnji
- Posljedice harmonijskih smetnji
Određivanje harmonika
Grafikon signala, koji se mijenja prema sinusoidnom zakonu, izgleda ovako:
Ali to se značajno razlikuje od stvarnog oblika napona u električnoj mreži:
Ove naglosti i šiljci su uzrokovani harmonicima. Pokušat ćemo opisati ovaj fenomen jednostavnim riječima. Gornji grafikon može se smatrati zbrojem signala različite frekvencije i veličine. Ako sve ovo dodate, onda je rezultat upravo takav signal. Primjer i rezultat dodavanja signala prikazan je u donjem grafikonu:
Harmonici se razlikuju po brojevima, pri čemu je prvi harmonik komponenta s najvećom vrijednošću. Međutim, ovaj opis je prekratak. Stoga, dajmo formulu za određivanje veličine harmonika. To je moguće uz harmonijsku analizu i proširenje Fourierovog niza:
Iz ove formule moguće je izdvojiti vrijednosti frekvencija i faza harmonijskih komponenti električne mreže i bilo kojeg drugog sinusoidnog signala.
Izvori smetnji
Izvori smetnji uključuju raznoliku opremu u rasponu od kućanskih aparata do snažnih industrijskih električnih strojeva. Prvo, pogledajmo na brzinu razloge njihove pojave.
Harmonici u AC električnoj mreži proizlaze iz karakteristika električne opreme, na primjer, zbog nelinearnosti njihovih karakteristika ili prirode potrošnje struje.
Na primjer, u trofaznim mrežama u magnetskim krugovima transformatora, duljine magnetskih staza srednje i ekstremne faze razlikuju se gotovo 2 puta, pa se njihove struje magnetiziranja razlikuju i do jedan i pol puta. Odavde nastaju harmonici u trofaznim mrežama.
Drugi izvor smetnje u elektrotehnici su to elektromotori, kako trofazni sinkroni i asinkroni, tako i jednofazni, uključujući univerzalne kolektorske motore. Potonji tip motora koristi se u većini kućanskih aparata, na primjer:
- perilice rublja;
- Prerađivači hrane;
- bušilice, brusilice, čekić bušilice itd.
Kao rezultat rada sklopnih izvora napajanja, u električnoj mreži nastaju visokofrekventni harmonici (smetnje). Da biste razumjeli kako se formiraju, morate imati informacije o njihovoj unutarnjoj strukturi. To je zbog činjenice da se struja primarnog namota UPS-a razlikuje od kontinuiranog, teče samo kada je prekidač snage poluvodiča otvoren. A potonji se otvara i zatvara s frekvencijom iznad 20 kHz.
Zanimljiv:Radna frekvencija nekih modernih sklopnih izvora napajanja doseže 150 kHz.
EMI filteri kao što su prigušnice i kondenzatori zajedničkog rada koriste se za smanjenje tih harmonika. Za poboljšanje grafikona potrošnje struje u odnosu na jednofazni napon napajanja koriste se korektori aktivnog faktora snage (rus. KKM, inž. PFC).
Ovi izvori napajanja su instalirani u:
- LED svjetiljke;
- Elektroničke prigušnice za fluorescentne svjetiljke;
- napajanje računala;
- moderni punjači za mobilne telefone;
- TV i ostala oprema.
Također, ovim izvorima napajanja mogu se pripisati pretvarači frekvencije.
Posljedice harmonijskih smetnji
Prisutnost harmonika u AC strujnoj mreži uzrokuje određene probleme. Među njima - povećano zagrijavanje elektromotora i opskrbnih žica. Učinci harmonika su motorne vibracije. Daljnje posljedice mogu biti različite - od ubrzanog trošenja ležajeva rotora motora, završavajući kvarom kućišta namota zbog povećanog zagrijavanja.
U elektrici postoje lažni alarmi sklopne i zaštitne opreme - prekidača, sklopnika i magnetskih pokretača. Do smetnji dolazi u audio i komunikacijskoj opremi zbog harmonika. S njima se bori na isti način - ugradnjom filtara za elektromagnetske smetnje.
Video ispod opisuje koji su harmonici i interharmonici u električnoj mreži:
Zaključno, želio bih napomenuti da harmonici u električnim mrežama u principu nemaju nikakve koristi. Oni uzrokuju samo kvarove, lažne alarme sklopne opreme i druge manifestacije nestabilnosti u radu. To može uzrokovati ne samo neugodnosti u radu, već i ekonomske probleme, gubitke i nesreće koje mogu biti opasne po život.
Povezani materijali:
- Zašto prekidač radi?
- Padovi napona u mreži
- Razlozi izgaranja LED svjetiljki
