Was sind Oberwellen in elektrischen Netzen?

Im Idealfall sollte das Stromnetz eine Wechselspannung haben, die sich nach einem Sinusgesetz mit einer Frequenz von 50 Hz (50 Mal pro Sekunde) ändert, wenn es sich um Haushaltsnetze handelt. In der Praxis ist die Situation anders - die Spannung ist weit von einer sinusförmigen Form entfernt, sie ist nicht nur entlang der Fronten verzerrt, sondern über die gesamte Länge mit verschiedenen Bursts und Rauschen gefüllt. Dieses Phänomen wird in elektrischen Netzen als Harmonische bezeichnet. In diesem Artikel werden wir genauer untersuchen, was es ist und warum Mundharmonikas für an das Netzwerk angeschlossene Geräte gefährlich sind.

Inhalt:

Oberschwingungserkennung
Störquellen
Folgen harmonischer Interferenzen

Oberschwingungserkennung

Der Graph des Signals, der gemäß dem Sinusgesetz variiert, hat die Form:

Dies unterscheidet sich jedoch erheblich von der tatsächlichen Spannungsform im Stromnetz:

Diese Zacken und Ausbrüche werden auch durch Oberschwingungen verursacht. Wir werden versuchen, dieses Phänomen in einfachen Worten zu beschreiben. Die obige Grafik kann als Summe von Signalen unterschiedlicher Frequenzen und Größen dargestellt werden. Wenn all dies addiert wird, ist das Ergebnis genau ein solches Signal. Ein Beispiel und Ergebnis der Addition von Signalen ist in der folgenden Grafik dargestellt:

Harmonische werden durch Zahlen unterschieden, wobei die erste Harmonische die Komponente mit dem größten Wert ist. Eine solche Beschreibung ist jedoch zu kurz. Geben wir daher eine Formel zur Bestimmung des Oberwellenwerts an. Dies ist mit der Oberschwingungsanalyse und der Fourier-Erweiterung möglich:

Aus dieser Formel kann man auch die Frequenzen und Phasen der harmonischen Komponenten des elektrischen Netzes und jedes andere sinusförmige Signal unterscheiden.

Störquellen

Eine Reihe von Geräten kann auf Störquellen zurückgeführt werden, von Haushaltsgeräten bis hin zu leistungsstarken industriellen Elektromaschinen. Lassen Sie uns zunächst kurz die Ursachen ihres Auftretens betrachten.

Oberschwingungen in einem elektrischen Wechselstromnetz entstehen aufgrund der Eigenschaften elektrischer Geräte, beispielsweise aufgrund der Nichtlinearität ihrer Eigenschaften oder der Art des Stromverbrauchs.

Beispielsweise unterscheiden sich in Dreiphasennetzwerken in den Magnetkreisen von Transformatoren die Längen der Magnetpfade der mittleren und extremen Phase fast zweimal, und daher unterscheiden sich ihre Magnetisierungsströme bis zu anderthalb Mal. Daraus entstehen Oberschwingungen in dreiphasigen Netzen.

Eine andere Quelle Interferenz In der Elektrotechnik sind dies sowohl dreiphasige Synchron- als auch Asynchronmotoren sowie einphasige Elektromotoren, einschließlich Universalkollektormotoren. Der letztere Motortyp wird in den meisten Haushaltsgeräten verwendet, zum Beispiel:

Waschmaschinen;
Küchenmaschinen;
Bohrer, Schleifmaschinen, Bohrhämmer usw.

Durch den Betrieb von Schaltnetzteilen treten im Stromnetz hochfrequente Oberwellen (Interferenzen) auf. Um zu verstehen, wie sie gebildet werden, benötigen Sie Informationen über ihre interne Struktur. Dies liegt an der Tatsache, dass sich der Primärstrom der USV vom Dauerstrom unterscheidet und nur fließt, wenn der Leistungshalbleiterschalter geöffnet ist.Letzteres öffnet und schließt mit einer Frequenz über 20 kHz.

Interessant: Die Betriebsfrequenz einiger moderner Schaltnetzteile erreicht 150 kHz.

Um diese Oberwellen zu reduzieren, werden elektromagnetische Interferenzfilter wie Gleichtaktdrosseln und Kondensatoren verwendet. Um die grafische Darstellung des Stromverbrauchs im Verhältnis zur einphasigen Versorgungsspannung zu verbessern, werden Korrekturfaktoren für den aktiven Leistungsfaktor verwendet (russisches KKM, englisches PFC).

Solche Netzteile sind installiert in:

LED-Lampen;
Elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen;
Computer-Netzteile;
moderne Ladegeräte für Mobiltelefone;
Fernseher und andere Geräte.

Diese Netzteile enthalten auch Frequenzumrichter.

Zur Messung von Oberschwingungen im Netzwerk können Sie multifunktionale Messgeräte von EKF verwenden. Zusätzlich zu den Oberwellen können diese Instrumente Netzwerkparameter wie Strom, Frequenz, Spannung, Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie Leistungs- und Frequenzfaktoren messen. Darüber hinaus ermöglichen multifunktionale Messgeräte die Steuerung, Analyse und Optimierung des Betriebs von Stromversorgungsanlagen, -systemen und Industriekreisen. Sie sind recht einfach zu installieren und können für jeden Stromwandler konfiguriert werden.

Folgen harmonischer Interferenzen

Das Vorhandensein von Oberschwingungen in einem elektrischen Wechselstromnetz verursacht bestimmte Probleme. Darunter - erhöhte Erwärmung von Elektromotoren und Stromkabeln. Die Auswirkungen von Oberschwingungen sind Motorvibrationen. Weitere Konsequenzen können unterschiedlich sein - vom beschleunigten Verschleiß der Lager des Rotors des Motors bis hin zu einem Zusammenbruch des Wicklungskörpers durch erhöhte Hitze.

In der Elektrik finden sich Fehlalarme von Schalt- und Schutzgeräten - Leistungsschalter, Schütze und Magnetstarter. In der Tontechnik und Kommunikationstechnologie treten Störungen aufgrund von Oberschwingungen auf. Sie kämpfen auf die gleiche Weise mit ihnen - indem sie elektromagnetische Interferenzfilter installieren.

Das folgende Video beschreibt, welche Harmonischen und Interharmonischen im Netz sind:

Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass Oberschwingungen in elektrischen Netzen grundsätzlich keinen Nutzen haben. Sie verursachen nur Fehlfunktionen, Fehlalarme von Schaltgeräten und andere Manifestationen von Instabilität bei der Arbeit. Dies kann nicht nur zu Betriebsstörungen führen, sondern auch zu wirtschaftlichen Problemen, Verlusten und Notsituationen, die lebensbedrohlich sein können.

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