Jeste li primijetili čudan fenomen: možemo otkriti harmonike neparnog{0}}reda kao što su 3., 5. i 7. harmonik u električnoj mreži, ali skoro nikada ne vidimo harmonike parnog-reda kao što su 2., 4. i 6. harmonik? Zašto je ovo? Da li je-harmonike čak i reda nemoguće otkriti?
Šta su harmonici električne mreže?
Da bismo razumjeli zašto su harmonici čak-reda rijetki, prvo moramo razumjeti šta su zapravo "harmonici". Naizmjenična struja koju koristimo je u idealnom slučaju standardni sinusni val sa fiksnom frekvencijom od 50Hz, koji se naziva "fundamentalni talas", slično kao "glavna melodija" u muzici.
U stvarnosti, mnogi električni uređaji ne "poslušno prate naredbe"-kao što su LED svjetla, punjači za mobilne telefone, izvori napajanja za laptop i klima-uređaji. Oni su "ne-nelinearni uređaji" i ne rade u skladu sa ritmom osnovnog talasa. Umesto toga, oni "ometaju" osnovni talas, "savijajući" glatki sinusni talas u čudne talasne oblike.
Ovi izobličeni valni oblici, kada se razbiju korištenjem matematičke metode "Fourierove dekompozicije", otkrivaju da se zapravo sastoje od osnovne frekvencije (50 Hz) i serije "harmonika" čije su frekvencije cjelobrojni višekratnici osnovne frekvencije. Na primjer, 3. harmonik je 150Hz (50×3), 5. harmonik je 250Hz (50×5), a harmonici parnog{10}}reda su valovi s frekvencijama koje su parne višestruke od osnovne frekvencije, kao što su 100Hz (2.) i 200Hz (4.).
Tehnologija punog-mosnog ispravljača "eliminiše" harmonike ravnomjernog-reda.
Zašto skoro nikada ne vidimo harmonike ni-rednog reda? Ključ leži u činjenici da većina nelinearnih uređaja na današnjem tržištu koristi osnovnu tehnologiju koja se zove "potpuno-ispravljanje mosta"-to je "skriveni rad" električnih uređaja oko nas i važan razlog zašto su harmonici čak-rednog reda rijetki.
Šta je potpuna-rektifikacija mosta? Možemo to razumjeti jednostavnom analogijom: naizmjenična struja u električnoj mreži je poput vala koji se diže i spušta, pri čemu se pozitivni polu-ciklus -diže gore, a negativni polu-ciklus -spušta, a smjer se stalno mijenja; dok je ispravljanje potpunog-mosta poput "pretvarača talasnog oblika", koji može "ispraviti" smjer struje, bez obzira da li je struja u pozitivnom ili negativnom poluciklusu, i pretvoriti je u jednosmjernu struju (ili pulsirajuću jednosmjernu struju) u istom smjeru, baš kao izravnavanje valovitih valova u jednosmjerni tok vode.
LED svjetla, punjači za mobilne telefone, napajanje računara, pa čak i klima uređaji i mašine za pranje rublja u našim domovima skoro svi koriste tehnologiju potpunog-mosnog ispravljanja, tako da su svi harmonici koje generiraju neparnog-reda, a harmonike parnog{2}}reda je prirodno teško vidjeti.
Harmonici parnog{0}}reda se javljaju samo kada je talasni oblik asimetričan
Naravno, ni-harmonici nisu potpuno nepostojeći, ali su izuzetno rijetki u modernim energetskim mrežama. Harmonici ravnomjernog reda se pojavljuju samo kada je talasni oblik u električnoj mreži "asimetričan", a postoje dva uobičajena scenarija:
- Prvi tip uključuje opremu koja koristi tehnologiju "polutalnog ispravljanja". Za razliku od punog-mosnog ispravljanja, polutalasno ispravljanje koristi samo pozitivnu (ili negativnu) poluciklus-izmjenične struje, odbacujući drugu polovinu valnog oblika. Ovo rezultira asimetričnim valnim oblikom, što dovodi do harmonika ravnomjernog-reda nakon Fourierove dekompozicije. Međutim, polutalasno ispravljanje je izuzetno neefikasno, trošeći značajnu količinu energije. Potpuno je uklonjen potpunim-mosnim ispravljanjem i koristi se samo u nekoj veoma staroj, skoro zastarjeloj opremi (kao što su punjači od prije nekoliko decenija), što otežava otkrivanje u električnoj mreži.
Druga vrsta je kvar opreme. Na primjer, oštećena ispravljačka dioda u uređaju može spriječiti normalnu konverziju između pozitivnog i negativnog polu-ciklusa, što rezultira asimetričnim valnim oblikom i generiranjem harmonika ravnomjernog-reda. Međutim, ovo je stanje greške; jednom kada se to dogodi, uređaj obično pokvari rad ili aktivira zaštitni mehanizam i nema dugotrajan-utjecaj na električnu mrežu, što ga čini teškim za otkrivanje.
Harmonici mogu uzrokovati ozbiljne smetnje i oštećenje elektroenergetskih sistema, au teškim slučajevima mogu čak dovesti i do paralize elektroenergetskog sistema.
Zašto su harmonici čak-rednog reda "rijetki"?
Jednostavno rečeno, harmonici parnog -harmonika su gotovo nevidljivi u električnoj mreži, uglavnom zbog široko rasprostranjenog usvajanja "potpune-tehnologije ispravljanja mostova": ona održava valni oblik koji generiraju električni uređaji simetričnim, a simetrični valni oblici ne mogu se razložiti na parni-oprema{2}}, što znači normalan-oprema{3} harmonici; osim toga, sami transformatori u elektroenergetskom sistemu imaju određenu sposobnost da potisnu harmonike ravnomjernog{4}}rednog reda.
Postoje li brojila električne energije koja mogu eliminisati harmonike?
Strogo govoreći, nijedan mjerač električne energije ne može "eliminirati" harmonike. Funkcija brojila električne energije je da "mjeri", a ne "upravlja". Dok brojila električne energije ne eliminišu harmonike, zaista postoje uređaji u elektroenergetskom sistemu posebno dizajnirani da "eliminišu" harmonike; oni se nazivaju filteri.
Nedavna istraživanja pokazuju da ugradnja odgovarajućih filtera na prednji kraj brojila električne energije može efikasno smanjiti uticaj harmonika na tačnost mjerenja.