În mod ideal, în rețeaua electrică ar trebui să existe o tensiune alternativă, care se modifică după o lege sinusoidală cu o frecvență de 50 Hz (de 50 de ori pe secundă), dacă vorbim de rețele domestice. În practică, situația este diferită - tensiunea este departe de o formă sinusoidală, este distorsionată, nu numai de-a lungul fronturilor, ci și de-a lungul întregii sale lungimi, plină cu diverse explozii și zgomot. Acest fenomen se numește armonici în rețelele electrice. În acest articol, vom arunca o privire mai atentă la ce este și de ce armonicile sunt periculoase pentru echipamentele conectate la rețea.
Conţinut:
- Determinarea armonicilor
- Surse de interferență
- Consecințele interferenței armonice
Determinarea armonicilor
Graficul semnalului, care se modifică conform unei legi sinusoidale, arată astfel:
Dar aceasta este semnificativ diferită de forma reală de tensiune din rețeaua electrică:
Aceste zgârieturi și vârfuri sunt cauzate de armonici. Vom încerca să descriem acest fenomen în termeni simpli. Graficul prezentat mai sus poate fi considerat o sumă a semnalelor de frecvență și magnitudine diferite. Dacă adăugați toate acestea, atunci rezultatul este doar un astfel de semnal. Un exemplu și rezultatul adunării semnalelor este prezentat în graficul de mai jos:
Armonicele se disting prin numere, unde prima armonică este componenta cu cea mai mare valoare. Cu toate acestea, această descriere este prea scurtă. Prin urmare, să dăm o formulă pentru determinarea mărimii armonicii. Acest lucru este posibil cu analiza armonică și extinderea seriei Fourier:
Din această formulă, este posibil să se evidențieze valorile frecvențelor și fazelor componentelor armonice ale rețelei electrice și orice alt semnal sinusoidal.
Surse de interferență
Sursele de interferență includ o varietate de echipamente, de la aparate electrocasnice la mașini electrice industriale puternice. În primul rând, să aruncăm o privire rapidă asupra motivelor apariției lor.
Armonicele dintr-o rețea electrică de curent alternativ provin din caracteristicile echipamentelor electrice, de exemplu, din cauza neliniarității caracteristicilor lor sau a naturii consumului de curent.
De exemplu, în rețelele trifazate din circuitele magnetice ale transformatoarelor, lungimile căilor magnetice ale fazelor medii și extreme diferă de aproape 2 ori, prin urmare, curenții lor de magnetizare diferă de până la o dată și jumătate. De aici, armonicele apar în rețelele trifazate.
O altă sursă interferență în electrotehnică, acestea sunt motoare electrice, atât trifazate sincrone, cât și asincrone, și monofazate, inclusiv motoare colectoare universale. Ultimul tip de motor este utilizat în majoritatea aparatelor de uz casnic, de exemplu:
- mașini de spălat;
- Procesoare de alimente;
- burghie, polizoare, burghie cu ciocan etc.
Ca urmare a funcționării surselor de alimentare în comutație, în rețeaua electrică apar armonici de înaltă frecvență (interferențe). Pentru a înțelege cum sunt formate, trebuie să aveți informații despre structura lor internă. Acest lucru se datorează faptului că curentul înfășurării primare a UPS-ului diferă de cel continuu, curge numai atunci când comutatorul semiconductorului de putere este deschis. Iar acesta din urmă se deschide și se închide cu o frecvență de peste 20 kHz.
Interesant:Frecvența de funcționare a unor surse de alimentare cu comutație moderne ajunge la 150 kHz.
Filtrele EMI, cum ar fi bobinele de mod comun și condensatorii, sunt folosite pentru a reduce aceste armonici. Pentru a îmbunătăți graficul consumului de curent în raport cu tensiunea de alimentare monofazată, se folosesc corectori activi ai factorului de putere (rus. KKM, ing. PFC).
Aceste surse de alimentare sunt instalate în:
- Lămpi cu LED-uri;
- Balasturi electronice pentru lămpi fluorescente;
- surse de alimentare pentru computer;
- încărcătoare moderne pentru telefoane mobile;
- Televizoare și alte echipamente.
De asemenea, convertizoarele de frecvență pot fi atribuite acestor surse de energie.
Consecințele interferenței armonice
Prezența armonicilor într-o rețea de curent alternativ provoacă anumite probleme. Printre acestea - încălzirea crescută a motoarelor electrice și a cablurilor de alimentare. Efectele armonicelor sunt vibrația motorului. Alte consecințe pot fi diferite - de la uzura accelerată a rulmenților rotorului motorului, care se termină cu o defecțiune a carcasei înfășurării din cauza încălzirii crescute.
În electricitate, există alarme false ale echipamentelor de comutare și de protecție - întrerupătoare, contactoare și demaroare magnetice. Interferența apar în echipamentele audio și de comunicații din cauza armonicilor. Ei se luptă în același mod - prin instalarea de filtre de interferență electromagnetică.
Videoclipul de mai jos descrie ce armonici și interarmonici sunt în rețeaua electrică:
În concluzie, aș dori să remarc că armonicile din rețelele electrice, în principiu, nu au niciun beneficiu. Acestea provoacă doar defecțiuni, alarme false ale echipamentelor de comutare și alte manifestări de instabilitate în funcționare. Acest lucru poate cauza nu numai inconveniente în funcționare, ci și probleme economice, pierderi și accidente care pot pune viața în pericol.
Materiale conexe:
- De ce funcționează întrerupătorul?
- Căderi de tensiune în rețea
- Motive pentru arderea lămpilor LED
