Що таке гармоніки в електричних мережах

В ідеальному випадку в електричній мережі повинно бути змінна напруга, яке змінюється за синусоїдальним законом з частотою 50 Гц (50 раз в секунду), якщо мова йде про вітчизняні мережах. На практиці справа йде інакше - напруга далеко від синусоїдальної форми, воно спотворене, не тільки по фронтах, але і по всій довжині наповнене різними сплесками і перешкодами. Дане явище називається гармоніки в електричних мережах. У цій статті ми докладніше розглянемо, що це таке і чим небезпечні гармоніки для обладнання, підключеного до мережі.

Визначення гармонік

Графік сигналу, який змінюється за синусоїдальним законом, має вигляд:

Але це значно відрізняється від реальної форми напруги в електричній мережі:

Ці щербини і сплески і викликані гармоніками. Ми спробуємо розповісти про це явище простими словами. Зображений вище графік можна уявити як суму сигналів різної частоти і величини. Якщо все це скласти, то в результаті вийде саме такий сигнал. Приклад і результат складання сигналів зображений на графіку нижче:

Гармоніки розрізняють за номерами, де перша гармоніка - це та складова, у якій найбільша величина. Однак такий опис занадто коротко. Тому давайте наведемо формулу визначення величини гармоніки. Це можливо при гармонійному аналізі і розкладанні в ряд Фур'є:

З цієї формули можна виділити і величини частот і фаз гармонічних складових електричної мережі і будь-якого іншого синусоїдального сигналу.

Джерела перешкод

До джерел перешкод можна віднести цілий ряд обладнання, починаючи від побутових приладів, закінчуючи потужними промисловими електричними машинами. Для початку давайте коротко розглянемо причини їх виникнення.

Гармоніки в електричній мережі змінного струму виникають через особливості електрообладнання, наприклад через нелінійність їх характеристик, або характер споживання струму.

Наприклад, в трифазних мережах в магнитопроводах трансформаторів довжини магнітних шляхів середніх і крайніх фаз відрізняються майже в 2 рази, тому і струми їх намагнічування розрізняються до півтора разів. Звідси виникають гармоніки в трифазних мережах.

Інше джерело перешкод в електротехніці - це електродвигуни, як трифазні синхронні і асинхронні, так і однофазні, в тому числі і універсальні колекторні двигуни. Останній тип двигунів використовується в більшій частині побутової техніки, наприклад:

  • пральні машини;
  • кухонні комбайни;
  • дрилі, болгарки, перфоратори та ін.

В результаті роботи імпульсних блоків живлення виникають високочастотні гармоніки (перешкоди) в електричній мережі. Щоб зрозуміти як вони утворюються, потрібно мати відомості про їх внутрішній устрій. Це пов'язано з тим, що струм первинної обмотки ДБЖ відрізняється від безперервного, він протікає тільки тоді, коли відкрито силовий напівпровідниковий ключ. А останній відкривається і закривається з частотою вище 20 кГц.

Цікаво: Робоча частота деяких сучасних імпульсних блоків живлення досягає 150 кГц.

Для зменшення цих гармонік використовують фільтри електромагнітних завад, наприклад, синфазний дросель і конденсатори. Для поліпшення графіка споживання струму щодо напруги однофазного напруги використовують активні коректори коефіцієнта потужності (рус. ККМ, англ. PFC).

Такі блоки живлення встановлені в:

Також до цих джерел живлення можна віднести і перетворювачі частоти.

Наслідки гармонійних перешкод

Наявність гармонік в електричній мережі змінного струму викликає певні проблеми. Серед них - підвищене нагрівання електродвигунів і живильних проводів. Наслідки впливу гармонік - це вібрація двигунів. Подальші наслідки можуть бути різними - починаючи від прискореного зношування підшипників ротора двигуна, закінчуючи пробоєм на корпус обмоток від підвищеного нагріву.

В електриці зустрічаються помилкові спрацьовування комутаційної і захисної апаратури - автоматичних вимикачів, контакторів і магнітних пускачів. У звуковій апаратурі і техніці для зв'язку через гармонік виникають перешкоди. З ними борються аналогічно - установкою фільтрів електромагнітних завад.

На відео нижче розповідається, що таке гармоніки і інтергармонік в електромережі:

На закінчення хотілося б відзначити, що гармоніки в електричних мережах в принципі не несуть ніякої користі. Вони лише викликають несправності, помилкові спрацьовування комутаційної апаратури та інші прояви нестабільності в роботі. Це може нести не тільки незручності в експлуатації, але і економічні проблеми, збитки і аварійні ситуації, які можуть бути небезпечні для життя.

Матеріали по темі:

 

Ви не маєте права надсилати коментарі