Ați observat un fenomen ciudat: putem detecta armonici de ordin impar-cum ar fi armonicile a 3-a, a 5-a și a 7-a în rețeaua de alimentare, dar aproape niciodată nu vedem armonici de ordin-par, cum ar fi armonicile a 2-a, a 4-a și a 6-a? De ce este asta? Sunt chiar-armonicile de ordine în mod inerent imposibil de detectat?
Ce sunt armonicile rețelei electrice?
Pentru a înțelege de ce chiar și-armonicile de ordine sunt rare, trebuie mai întâi să înțelegem ce sunt de fapt „armonicile”. Curentul alternativ pe care îl folosim este, în mod ideal, o undă sinusoidală standard cu o frecvență fixă de 50 Hz, care se numește „undă fundamentală”, la fel ca „melodia principală” din muzică.
În realitate, multe aparate electrice nu „urmează cu supunere ordine”-cum ar fi luminile LED, încărcătoarele pentru telefoane mobile, sursele de alimentare pentru laptop și aparatele de aer condiționat. Sunt „dispozitive ne-liniare” și nu funcționează în conformitate cu ritmul undei fundamentale. În schimb, ele „interferează” cu unda fundamentală, „îndoind” unda sinusoidală netedă în forme de undă ciudate.
Aceste forme de undă distorsionate, atunci când sunt defalcate folosind metoda matematică de „descompunere Fourier”, dezvăluie că ele sunt de fapt compuse dintr-o frecvență fundamentală (50 Hz) și o serie de „armonice” ale căror frecvențe sunt multipli întregi ai frecvenței fundamentale. De exemplu, a 3-a armonică este de 150 Hz (50×3), a 5-a armonică este de 250 Hz (50×5) și armonicile de ordin chiar{10}}sunt forme de undă cu frecvențe care sunt chiar multipli ai frecvenței fundamentale, cum ar fi 100 Hz (a 2-a) și 200 Hz (a 4-a).
Tehnologia completă-redresoare de punte „elimină” chiar-armonicile de ordin.
De ce nu vedem aproape niciodată armonici chiar-de ordine? Cheia constă în faptul că majoritatea dispozitivelor neliniare de pe piață folosesc astăzi o tehnologie de bază numită „-rectificare completă a podului”-aceasta este „funcționarea ascunsă” a aparatelor electrice din jurul nostru și un motiv important pentru care chiar și-armonicile de ordine sunt rare.
Ce este rectificarea completă-bridge? O putem înțelege printr-o simplă analogie: curentul alternativ din rețeaua electrică este ca un val care urcă și coboară, cu jumătate-ciclului pozitiv în sus și semiciclul negativ-în jos, iar direcția se schimbă constant; în timp ce redresarea completă-puntea este ca un „convertor de formă de undă”, care poate „corecta” direcția curentului, indiferent dacă curentul este în semiciclu pozitiv sau negativ, -și îl poate transforma în curent continuu (sau curent continuu pulsatoriu) în aceeași direcție, la fel ca aplatizarea undelor ondulate într-un flux unidirecțional de apă.
Luminile LED, încărcătoarele pentru telefoane mobile, sursele de alimentare ale computerelor și chiar și aparatele de aer condiționat și mașinile de spălat din casele noastre folosesc aproape toate tehnologia de rectificare completă-punte, astfel încât armonicile pe care le generează sunt toate de ordine-par, iar armonicile de-ordine sunt în mod natural greu de văzut.
Chiar și-armonicile de ordine apar numai atunci când forma de undă este asimetrică
Desigur, chiar și-armonicile de ordine nu sunt complet inexistente, dar sunt extrem de rare în rețelele electrice moderne. Chiar și-armonicile de ordine apar numai atunci când forma de undă din rețeaua de alimentare este „asimetrice” și există două scenarii comune:
- Primul tip implică echipamente care utilizează tehnologia „rectificare pe jumătate-undă”. Spre deosebire de redresarea cu -punte completă, redresarea pe jumătate-undă utilizează numai jumătatea-de ciclu pozitivă (sau negativă) a curentului alternativ, eliminând cealaltă jumătate a formei de undă. Aceasta are ca rezultat o formă de undă asimetrică, care duce la armonici de ordin-uniform după descompunerea Fourier. Cu toate acestea, rectificarea pe jumătate-undă este extrem de ineficientă, irosind o cantitate semnificativă de energie. A fost eliminat complet prin rectificarea completă-podului și este utilizat doar în unele echipamente foarte vechi, aproape învechite (cum ar fi încărcătoarele de acum zeci de ani), ceea ce face dificilă detectarea în rețeaua de alimentare.
Al doilea tip este defectarea echipamentului. De exemplu, o diodă redresoare deteriorată dintr-un aparat poate preveni conversia normală între semiciclurile pozitive și negative, rezultând o formă de undă asimetrică și generând armonici de ordin-par. Cu toate acestea, aceasta este o condiție de eroare; odată ce apare, aparatul funcționează de obicei defectuos sau declanșează un mecanism de protecție și nu are un-impact pe termen lung asupra rețelei electrice, ceea ce face dificilă detectarea.
Armonicele pot provoca interferențe grave și deteriorarea sistemelor de alimentare și, în cazuri grave, pot duce chiar la paralizia sistemului de alimentare.
De ce sunt „rare” armonicile chiar-de ordine?
În termeni simpli, chiar{0}}armonicile de ordine sunt aproape invizibile în rețeaua electrică, în principal datorită adoptării pe scară largă a „tehnologiei de redresare-completă a podului”: menține forma de undă generată de aparatele electrice simetrică, iar formele de undă simetrice nu pot fi descompuse în armonici egale de-ordin{2}; în plus, transformatoarele din sistemul de alimentare în sine au o anumită capacitate de a suprima armonicile de ordin egal-.
Există contoare de electricitate care pot elimina armonicile?
Strict vorbind, niciun contor de electricitate nu poate „elimina” armonicile. Funcția unui contor de electricitate este de a „contoriza”, nu de a „gestiona”. În timp ce contoarele de energie electrică nu elimină armonicile, există într-adevăr dispozitive în sistemul de alimentare special concepute pentru a „elimina” armonicile; acestea se numesc filtre.
Cercetări recente indică faptul că instalarea filtrelor adecvate la capătul frontal al contoarelor de electricitate poate reduce în mod eficient impactul armonicilor asupra acurateței contorării.