Ar egzistuoja elektros skaitikliai, galintys pašalinti harmonikas?

Ar pastebėjote keistą reiškinį: elektros tinkle galime aptikti nelyginės-eilės harmonikų, pvz., 3, 5 ir 7 harmonikų, bet beveik niekada nematome lygiosios-eilės harmonikų, pvz., 2, 4 ir 6 harmonikų? Kodėl taip yra? Ar iš prigimties neįmanoma aptikti net-tvarkos harmonikų?

Kad suprastume, kodėl net{0}}tvarkos harmonikos yra retos, pirmiausia turime suprasti, kas iš tikrųjų yra „harmonikos“. Mūsų naudojama kintamoji srovė idealiu atveju yra standartinė sinusinė banga su fiksuotu 50 Hz dažniu, kuri vadinama „fundamentalia banga“, panašiai kaip „pagrindinė melodija“ muzikoje.

Tiesą sakant, daugelis elektros prietaisų „paklusniai nevykdo nurodymų“,-pvz., LED lemputės, mobiliųjų telefonų įkrovikliai, nešiojamojo kompiuterio maitinimo šaltiniai ir oro kondicionieriai. Jie yra „ne-linijiniai įrenginiai“ ir neveikia pagal pagrindinės bangos ritmą. Vietoj to, jie „trukdo“ pagrindinei bangai, „sulenkdami“ lygiąją sinusinę bangą į keistas bangos formas.

Šios iškraipytos bangos formos, suskaidytos naudojant matematinį Furjė skilimo metodą, atskleidžia, kad jas iš tikrųjų sudaro pagrindinis dažnis (50 Hz) ir daugybė „harmonikų“, kurių dažniai yra sveikieji pagrindinio dažnio kartotiniai. Pavyzdžiui, 3-oji harmonika yra 150 Hz (50 × 3), 5-oji harmonika yra 250 Hz (50 × 5), o net{10}}tvarkės harmonikos yra bangos formos, kurių dažniai yra net kartotiniai pagrindiniam dažniui, pvz., 100 Hz (2-oji) ir 200 Hz (4-oji).

Kodėl beveik niekada nematome net{0}}tvarkos harmonikų? Svarbiausia yra tai, kad dauguma netiesinių įrenginių šiandien naudoja pagrindinę technologiją, vadinamą „visu-tilto ištaisymu“-. Tai yra „paslėptas mus supančių elektros prietaisų veikimas“ ir yra svarbi priežastis, kodėl net -tvarkingos harmonikos yra retos.

Kas yra visiškas{0}}tilto ištaisymas? Galime tai suprasti pagal paprastą analogiją: kintamoji srovė elektros tinkle yra tarsi banga, kuri kyla ir krinta, kai teigiamas pus-ciklas kyla aukštyn, o neigiamas pus-ciklas leidžiasi žemyn, o kryptis nuolat keičiasi; o pilnas -tilto ištaisymas yra tarsi „bangos formos keitiklis“, kuris gali „pataisyti“ srovės kryptį, neatsižvelgiant į tai, ar srovė yra teigiama, ar neigiama pus-ciklo, ir paversti ją nuolatine srove (arba pulsuojančia nuolatine srove) ta pačia kryptimi, lygiai kaip banguojančias bangas išlyginant į vienkryptį vandens srautą.

LED lemputės, mobiliųjų telefonų įkrovikliai, kompiuterių maitinimo šaltiniai ir net oro kondicionieriai bei skalbimo mašinos mūsų namuose beveik visuose naudoja pilną -tilto ištaisymo technologiją, todėl jų generuojamos harmonikos yra keistos-tvarkos, o net{2}}tvarkos harmonikas natūraliai sunku pamatyti.

Žinoma, net-tvarkos harmonikų nėra visiškai, tačiau šiuolaikiniuose elektros tinkluose jos yra itin retos. Net-tvarkos harmonikos atsiranda tik tada, kai bangos forma elektros tinkle yra „asimetrinė“, ir yra du įprasti scenarijai:

1. Pirmasis tipas apima įrangą, naudojančią „pusės{0}}bangos ištaisymo“ technologiją. Skirtingai nuo visiško -tilto ištaisymo, pusės-bangos ištaisymas naudoja tik teigiamą (arba neigiamą) kintamosios srovės pusę-ciklą, atmetant kitą bangos formos pusę. Dėl to susidaro asimetrinė bangos forma, dėl kurios po Furjė skaidymo susidaro tolygios eilės harmonikos. Tačiau pusės -bangos ištaisymas yra labai neefektyvus ir išeikvojama daug energijos. Jis buvo visiškai pašalintas dėl visiško{10}}tilto ištaisymo ir naudojamas tik labai senoje, beveik pasenusioje įrangoje (pvz., prieš kelis dešimtmečius pagamintuose įkrovikliuose), todėl jį sunku aptikti elektros tinkle.

Antrasis tipas yra įrangos gedimas. Pavyzdžiui, pažeistas lygintuvo diodas įrenginyje gali neleisti normaliai konversijai tarp teigiamų ir neigiamų pusciklų, todėl susidaro asimetrinė bangos forma ir sukuriamos tolygios-tvarkės harmonikos. Tačiau tai yra gedimo būklė; Kai tai įvyksta, prietaisas paprastai sugenda arba įjungia apsaugos mechanizmą, ir jis neturi ilgalaikio-poveikio elektros tinklui, todėl jį sunku aptikti.

Paprastais žodžiais tariant, net-tvarkos harmonikų beveik nepastebima elektros tinkle, daugiausia dėl plačiai paplitusios „viso-tilto ištaisymo technologijos“: ji išlaiko simetrišką elektrinių prietaisų generuojamą bangos formą, o simetriškos bangos formos negali būti išskaidytos į lygias-tvarkės harmonikas, o tai reiškia, kad {{3} harmonikų nesukuria netgi{{3}. be to, patys transformatoriai maitinimo sistemoje turi tam tikrą gebėjimą slopinti net-tvarkos harmonikas.

Griežtai kalbant, joks elektros skaitiklis negali „pašalinti“ harmonikų. Elektros skaitiklio funkcija yra „matuoti“, o ne „tvarkyti“. Nors elektros skaitikliai harmonikų nepanaikina, elektros sistemoje iš tiesų yra prietaisų, specialiai sukurtų harmonikoms "pašalinti"; tai vadinami filtrais.

Naujausi tyrimai rodo, kad elektros skaitiklių priekinėje dalyje įrengus tinkamus filtrus, galima veiksmingai sumažinti harmonikų įtaką matavimo tikslumui.