Забелязали ли сте странен феномен: можем да открием хармоници от нечетен-порядък като 3-ти, 5-ти и 7-ми хармоници в електрическата мрежа, но почти никога не виждаме хармоници от четен-порядък като 2-ри, 4-ти и 6-ти хармоници? защо е това Невъзможни ли са хармониците с четен-порядък за откриване?
Какво представляват хармониците на електрическата мрежа?
За да разберем защо хармониците от четен{0}}порядък са рядкост, първо трябва да разберем какво всъщност представляват „хармониците“. Променливият ток, който използваме, в идеалния случай е стандартна синусоида с фиксирана честота от 50 Hz, която се нарича "фундаментална вълна", подобно на "основната мелодия" в музиката.
В действителност много електрически уреди не „следват послушно заповеди“-като LED светлини, зарядни устройства за мобилни телефони, захранвания за лаптопи и климатици. Те са „не-линейни устройства“ и не работят в съответствие с ритъма на основната вълна. Вместо това, те се "намесват" във фундаменталната вълна, "огъвайки" гладката синусоида в странни вълнови форми.
Тези изкривени вълнови форми, когато се разделят с помощта на математическия метод на "разлагането на Фурие", разкриват, че те всъщност са съставени от основна честота (50Hz) и серия от "хармоници", чиито честоти са цели кратни на основната честота. Например, 3-тият хармоник е 150Hz (50×3), 5-тият хармоник е 250Hz (50×5), а хармониците от четен -порядък са вълнови форми с честоти, които са дори кратни на основната честота, като 100Hz (2-ри) и 200Hz (4-ти).
Технологията на пълен-мостов токоизправител „елиминира“ хармониците от четен{1}}порядък.
Защо почти никога не виждаме хармоници от четен ред?{0}} Ключът се крие във факта, че повечето нелинейни устройства на пазара днес използват основна технология, наречена „пълно-мостово коригиране“-това е „скритата работа“ на електрическите уреди около нас и важна причина, поради която хармониците с равен-порядък са рядкост.
Какво представлява пълно{0}}мостово коригиране? Можем да го разберем с проста аналогия: променливият ток в електрическата мрежа е като вълна, която се издига и спада, като положителният полу-цикъл върви нагоре, а отрицателният полу-цикъл се спуска надолу, и посоката непрекъснато се променя; докато пълното -мостово коригиране е като „преобразувател на формата на вълната“, който може да „коригира“ посоката на тока, независимо дали токът е в положителния или отрицателния полу-цикъл, и да го превърне в постоянен ток (или пулсиращ постоянен ток) в същата посока, точно като сплескване на вълнообразните вълни в еднопосочен воден поток.
Светодиодните лампи, зарядните устройства за мобилни телефони, компютърните захранвания и дори климатиците и пералните машини в домовете ни почти всички използват технология за пълно-мостово коригиране, така че генерираните от тях хармоници са в нечетен-порядък, а четните-хармоници естествено трудно се виждат.
Хармоници с четен{0}}порядък възникват само когато формата на вълната е асиметрична
Разбира се, хармониците от четен{0}}порядък не са напълно несъществуващи, но са изключително редки в съвременните електрически мрежи. Хармониците от четен{2}}порядък се появяват само когато формата на вълната в електрическата мрежа е „асиметрична“ и има два често срещани сценария:
- Първият тип включва оборудване, използващо технология за „изправяне на половин-вълна“. За разлика от пълното -мостово изправяне, половин{3}}вълновото изправяне използва само положителния (или отрицателния) полу-цикъл на променливия ток, като отхвърля другата половина от формата на вълната. Това води до асиметрична форма на вълната, водеща до хармоници от четен-порядък след разлагане на Фурие. Полу-изправянето обаче е изключително неефективно и губи значително количество енергия. Той е напълно премахнат чрез пълно -мостово коригиране и се използва само в някои много стари, почти остаряло оборудване (като зарядни устройства отпреди десетилетия), което го прави трудно откриваем в електрическата мрежа.
Вторият тип е повреда на оборудването. Например, повреден токоизправителен диод в уред може да попречи на нормалното преобразуване между положителните и отрицателните полу{1}}периоди, което води до асиметрична форма на вълната и генериране на хармоници от четен-порядък. Това обаче е състояние на повреда; след като това се случи, уредът обикновено не функционира или задейства защитен механизъм и няма дългосрочно-въздействие върху електрическата мрежа, което го прави трудно откриваем.
Хармониците могат да причинят сериозни смущения и щети на енергийните системи, а в тежки случаи могат дори да доведат до парализа на енергийната система.
Защо хармониците от четен{0}}порядък са „редки“?
Казано с прости думи, хармониците от четен{0}}порядък са почти невидими в електрическата мрежа, главно поради широкото възприемане на „пълна-мостова ректификация технология“: тя поддържа формата на вълната, генерирана от електрическите уреди, симетрична и симетричните вълнови форми не могат да бъдат разложени на хармоници от четен{2}}порядък, което означава, че нормалното оборудване не генерира хармоници от четен-порядък; освен това самите трансформатори в електроенергийната система имат известна способност да потискат хармониците от четен-порядък.
Има ли електромери, които могат да елиминират хармониците?
Строго погледнато, нито един електромер не може да "елиминира" хармониците. Функцията на електромера е да "измерва", а не да "управлява". Докато електромерите не елиминират хармониците, наистина има устройства в енергийната система, специално проектирани да "елиминират" хармониците; те се наричат филтри.
Последните изследвания показват, че инсталирането на подходящи филтри в предния край на електромерите може ефективно да намали влиянието на хармониците върху точността на измерване.