Cosa sono le armoniche nelle reti elettriche

Nel caso ideale, la rete elettrica dovrebbe avere una tensione alternata, che cambia secondo una legge sinusoidale con una frequenza di 50 Hz (50 volte al secondo), se stiamo parlando di reti domestiche. In pratica, la situazione è diversa: la tensione è lontana dalla forma sinusoidale, è distorta, non solo lungo i fronti, ma per tutta la lunghezza è piena di vari scoppi e rumori. Questo fenomeno si chiama armoniche nelle reti elettriche. In questo articolo vedremo più da vicino di cosa si tratta e perché le armoniche sono pericolose per le apparecchiature connesse alla rete.

contenuto:

Rilevazione armonica
Fonti di interferenza
Conseguenze dell'interferenza armonica

Rilevazione armonica

Il grafico del segnale, che varia secondo la legge sinusoidale, ha la forma:

Ma questo è significativamente diverso dalla reale forma di tensione nella rete elettrica:

Questi jag e scoppi sono anche causati da armoniche. Proveremo a parlare di questo fenomeno in parole semplici. Il grafico sopra può essere rappresentato come la somma di segnali di diverse frequenze e magnitudini. Se tutto questo viene sommato, il risultato sarà proprio un segnale del genere. Un esempio e un risultato dell'aggiunta di segnali è mostrato nel grafico seguente:

Le armoniche si distinguono per i numeri, in cui la prima armonica è il componente con il valore più grande. Tuttavia, tale descrizione è troppo breve. Pertanto, diamo una formula per determinare il valore armonico. Ciò è possibile con l'analisi armonica e l'espansione di Fourier:

Da questa formula, si possono anche distinguere le frequenze e le fasi dei componenti armonici della rete elettrica e qualsiasi altro segnale sinusoidale.

Fonti di interferenza

Numerose apparecchiature possono essere attribuite a fonti di interferenza, dagli elettrodomestici alle potenti macchine elettriche industriali. Per iniziare, consideriamo brevemente le cause del loro verificarsi.

Le armoniche in una rete CA elettrica derivano dalle caratteristiche delle apparecchiature elettriche, ad esempio a causa della non linearità delle loro caratteristiche o della natura del consumo di corrente.

Ad esempio, nelle reti trifase nei circuiti magnetici dei trasformatori, le lunghezze dei percorsi magnetici delle fasi medie ed estreme differiscono quasi 2 volte, e quindi le loro correnti di magnetizzazione differiscono fino a una volta e mezza. Da qui nascono armoniche in reti trifase.

Un'altra fonte interferenza nell'ingegneria elettrica, si tratta di motori elettrici, sia trifasi sincroni e asincroni, sia monofase, compresi i motori di raccolta universali. Quest'ultimo tipo di motore viene utilizzato nella maggior parte degli elettrodomestici, ad esempio:

lavatrici;
robot da cucina;
trapani, smerigliatrici, martelli perforatori, ecc.

Come risultato del funzionamento degli alimentatori a commutazione, nella rete elettrica si verificano armoniche ad alta frequenza (rumore). Per capire come sono formati, è necessario disporre di informazioni sulla loro struttura interna. Ciò è dovuto al fatto che la corrente primaria dell'UPS è diversa dalla continua, che scorre solo quando l'interruttore del semiconduttore di potenza è aperto.E quest'ultimo si apre e si chiude con una frequenza superiore a 20 kHz.

meraviglia I: La frequenza operativa di alcuni moderni alimentatori a commutazione raggiunge i 150 kHz.

Per ridurre queste armoniche, vengono utilizzati filtri di interferenza elettromagnetica, come induttanze e condensatori di modo comune. Per migliorare il grafico del consumo di corrente rispetto alla tensione di alimentazione monofase, vengono utilizzati i correttori del fattore di potenza attiva (KKM russo, PFC inglese).

Tali alimentatori sono installati in:

Lampade a LED;
Alimentatori elettronici per lampade fluorescenti;
alimentatori per computer;
caricabatterie moderni per telefoni cellulari;
TV e altre attrezzature.

Inoltre, questi alimentatori includono convertitori di frequenza.

Per misurare le armoniche nella rete, è possibile utilizzare gli strumenti di misurazione multifunzionali di EKF. Oltre alle armoniche, questi strumenti possono misurare parametri di rete come corrente, frequenza, tensione, potenza attiva, reattiva e apparente, nonché fattori di potenza e frequenza. Inoltre, i contatori multifunzionali consentono di controllare, analizzare e ottimizzare il funzionamento di apparecchiature elettriche, sistemi e circuiti industriali. Sono abbastanza facili da installare e possono essere configurati per qualsiasi trasformatore di corrente.

Conseguenze dell'interferenza armonica

La presenza di armoniche in una rete elettrica CA causa alcuni problemi. Tra questi: aumento del riscaldamento di motori elettrici e cavi di alimentazione. Gli effetti delle armoniche sono le vibrazioni del motore. Ulteriori conseguenze possono essere diverse: dall'usura accelerata dei cuscinetti del rotore del motore, che termina con una rottura sul corpo degli avvolgimenti dovuta all'aumento del calore.

In campo elettrico si trovano falsi allarmi di commutazione e dispositivi di protezione: interruttori automatici, contattori e avviatori magnetici. Nelle apparecchiature audio e nella tecnologia di comunicazione, si verificano interferenze dovute alle armoniche. Combattono con loro allo stesso modo - installando filtri di interferenza elettromagnetica.

Il video seguente descrive quali armoniche e interarmoniche sono presenti nella rete:

In conclusione, vorrei sottolineare che le armoniche nelle reti elettriche, in linea di principio, non apportano alcun vantaggio. Provocano solo malfunzionamenti, falsi allarmi delle apparecchiature di commutazione e altre manifestazioni di instabilità nel lavoro. Ciò può causare non solo inconvenienti durante il funzionamento, ma anche problemi economici, perdite e situazioni di emergenza che possono essere potenzialmente letali.

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