Vad är övertoner i elektriska nätverk

I det ideala fallet bör elnätet ha en växelspänning, som ändras enligt en sinusformad lag med en frekvens av 50 Hz (50 gånger per sekund), om vi talar om inhemska nätverk. I praktiken är situationen annorlunda - spänningen är långt ifrån sinusformen, den är förvrängd, inte bara längs fronterna, utan längs hela längden är den fylld med olika skur och brus. Detta fenomen kallas övertoner i elektriska nätverk. I den här artikeln kommer vi att titta närmare på vad det är och varför harmonika är farliga för utrustning ansluten till nätverket.

Innehåll:

Harmonisk upptäckt
Källor till störningar
Konsekvenser av harmonisk störning

Harmonisk upptäckt

Graden av signalen, som varierar beroende på sinusformad lag, har formen:

Men detta skiljer sig väsentligt från den verkliga formen av spänning i det elektriska nätet:

Dessa jag och skurar orsakas också av harmonier. Vi kommer att försöka prata om detta fenomen med enkla ord. Grafen ovan kan representeras som summan av signaler med olika frekvenser och storlekar. Om allt detta läggs till, blir resultatet just en sådan signal. Ett exempel och resultat av tillägg av signaler visas i diagrammet nedan:

Harmonik kännetecknas av siffror, där den första harmoniken är komponenten med det största värdet. En sådan beskrivning är dock för kort. Låt oss därför ge en formel för att bestämma det harmoniska värdet. Detta är möjligt med harmonisk analys och Fourier-expansion:

Från denna formel kan man också skilja frekvenserna och faserna för de harmoniska komponenterna i det elektriska nätverket och alla andra sinusformiga signaler.

Källor till störningar

Ett antal utrustningar kan tillskrivas störningskällor, från hushållsapparater till kraftfulla industriella elektriska maskiner. Till att börja med, låt oss kort överväga orsakerna till deras förekomst.

Harmonik i ett elektriskt växelströmsnät uppstår på grund av egenskaperna hos elektrisk utrustning, till exempel på grund av att deras egenskaper är olinjära, eller strömförbrukningens karaktär.

Till exempel, i trefasnät i transformatorns magnetkretsar, skiljer sig längden på magnetvägarna i mellersta och extrema faser nästan två gånger, och därför varierar deras magnetiseringsströmmar upp till en och en halv gånger. Härifrån uppstår harmoniska i trefasiga nätverk.

En annan källa interferens inom elektroteknik är det elektriska motorer, både trefas synkron och asynkron, och enfas inklusive universella kollektormotorer. Den senare typen av motor används i de flesta hushållsapparater, till exempel:

tvättmaskiner;
Livsmedelsförädlare;
borrmaskiner, slipmaskiner, rotationshamrar etc.

Som ett resultat av driften av växelströmsförsörjningen inträffar högfrekventa harmoniska (störningar) i det elektriska nätet. För att förstå hur de bildas måste du ha information om deras interna struktur. Detta beror på det faktum att UPS: s primärström skiljer sig från kontinuerlig, den flyter endast när ström halvledaromkopplaren är öppen.Och den senare öppnas och stängs med en frekvens över 20 kHz.

Intressant: Driftfrekvensen för vissa moderna switchade strömförsörjningar når 150 kHz.

För att minska dessa övertoner används elektromagnetiska interferensfilter, som vanliga drosslar och kondensatorer. För att förbättra graden av strömförbrukning i förhållande till den levererande enfasspänningen används aktiva effektfaktorkorrigerare (ryska KKM, engelska PFC).

Sådana nätaggregat är installerade i:

LED-lampor;
Elektroniska förkopplingsdon för lysrör;
dator strömförsörjning;
moderna laddare för mobiltelefoner;
TV-apparater och annan utrustning.

Dessa strömförsörjningar inkluderar också frekvensomvandlare.

För att mäta övertoner i nätverket kan du använda multifunktionella mätinstrument från EKF. Förutom harmoniska kan dessa instrument mäta nätverksparametrar som ström, frekvens, spänning, aktiv, reaktiv och uppenbar effekt samt effekt- och frekvensfaktorer. Dessutom gör multifunktionella mätare det möjligt att styra, analysera och optimera driften av kraftutrustning, system och industrikretsar. De är ganska enkla att installera och kan konfigureras för alla aktuella transformatorer.

Konsekvenser av harmonisk störning

Närvaron av övertoner i ett elektriskt växelströmsnät orsakar vissa problem. Bland dem - ökad uppvärmning av elektriska motorer och nätkablar. Effekterna av övertoner är motorns vibrationer. Ytterligare konsekvenser kan vara annorlunda - från snabbare slitage på lager i motorens rotor, som slutar med en nedbrytning på lindningens kropp från ökad värme.

Inom elektronik finns falska larm för omkopplare och skyddsutrustning - brytare, kontaktorer och magnetiska startar. I ljudutrustning och kommunikationsteknologi inträffar störningar på grund av övertoner. De slåss med dem på samma sätt - genom att installera elektromagnetiska störningsfilter.

Videon nedan beskriver vad harmonik och interharmonik är i elnätet:

Sammanfattningsvis vill jag notera att harmonik i elektriska nät i princip inte är till nytta. De orsakar bara fel, felaktiga larm för kopplingsutrustning och andra manifestationer av instabilitet i arbetet. Detta kan orsaka inte bara besvär vid drift utan också ekonomiska problem, förluster och nödsituationer som kan vara livshotande.

Relaterade material: