Да ли сте приметили чудан феномен: можемо да откријемо хармонике непарног{0}}реда као што су 3., 5. и 7. хармоник у електричној мрежи, али скоро никада не видимо хармонике парног-реда као што су 2., 4. и 6. хармоник? Зашто је ово? Да ли је чак-немогуће детектовати хармонике реда?
Шта су хармоници електричне мреже?
Да бисмо разумели зашто су хармоници чак{0}}редног реда ретки, прво морамо да разумемо шта су заправо „хармоници“. Наизменична струја коју користимо је у идеалном случају стандардни синусни талас са фиксном фреквенцијом од 50 Хз, који се назива „основни талас“, слично као „главна мелодија“ у музици.
У стварности, многи електрични уређаји не „послушно прате наређења“-као што су ЛЕД светла, пуњачи за мобилне телефоне, извори напајања за лаптопове и клима-уређаји. Они су „не-нелинеарни уређаји“ и не раде у складу са ритмом основног таласа. Уместо тога, они "ометају" основни талас, "савијајући" глатки синусни талас у чудне таласне облике.
Ови изобличени таласни облици, када се рашчлане коришћењем математичке методе „Фуријеове декомпозиције“, откривају да се заправо састоје од основне фреквенције (50Хз) и серије „хармоника“ чије су фреквенције целобројни вишекратници основне фреквенције. На пример, 3. хармоник је 150Хз (50×3), 5. хармоник је 250Хз (50×5), а хармоници чак-реда су таласни облици са фреквенцијама које су парне вишеструке основне фреквенције, као што су 100Хз (2.) и 200Хз (4.).
Технологија пуног-мосног исправљача „елиминише“ хармонике равног{1}} реда.
Зашто скоро никада не видимо -хармонике равног реда? Кључ лежи у чињеници да већина нелинеарних уређаја на данашњем тржишту користи основну технологију која се зове „потпуно-исправљање моста“-то је „скривена операција“ електричних уређаја око нас и важан разлог зашто су хармоници чак-редног реда ретки.
Шта је потпуно-исправљање моста? Можемо то разумети једноставном аналогијом: наизменична струја у електричној мрежи је попут таласа који се диже и спушта, са позитивним полуциклусом-навише и негативним полуциклусом-надоле, а смер се стално мења; док је исправљање потпуног-моста попут „претварача таласних облика“, који може да „исправи“ смер струје, без обзира да ли је струја у позитивном или негативном полуциклусу, и да је претвори у једносмерну струју (или пулсирајућу једносмерну струју) у истом смеру, баш као спљоштавање таласастих таласа у једносмерни ток воде.
ЛЕД светла, пуњачи за мобилне телефоне, рачунарска напајања, па чак и клима-уређаји и машине за прање веша у нашим домовима скоро сви користе технологију потпуног{0}}мосног исправљања, тако да су сви хармоници које генеришу непарног-реда, а хармонике парног{2}}реда је природно тешко видети.
Хармоници равног{0}}реда се јављају само када је таласни облик асиметричан
Наравно, ни-хармоници нису сасвим непостојећи, али су изузетно ретки у модерним енергетским мрежама. Хармоници чак-појављују се само када је таласни облик у електричној мрежи „асиметричан“, а постоје два уобичајена сценарија:
- Први тип укључује опрему која користи технологију „полуталасног исправљања“. За разлику од потпуног-мосног исправљања, полуталасно исправљање користи само позитивну (или негативну) половину-наизменичне струје, одбацујући другу половину таласног облика. Ово доводи до асиметричног таласног облика, што доводи до хармоника равномерног-реда након Фуријеове декомпозиције. Међутим, полуталасно исправљање је изузетно неефикасно, губи значајну количину енергије. Потпуно је уклоњен потпуним-мосним исправљањем и користи се само у некој веома старој, скоро застарелој опреми (као што су пуњачи од пре деценија), што отежава откривање у електричној мрежи.
Други тип је квар опреме. На пример, оштећена исправљачка диода у уређају може да спречи нормалну конверзију између позитивног и негативног полуциклуса-, што доводи до асиметричног таласног облика и генерише равномерне-хармонике. Међутим, ово је услов грешке; када се то догоди, уређај обично поквари или активира заштитни механизам и нема дугорочан-утицај на електричну мрежу, што отежава откривање.
Хармоници могу изазвати озбиљне сметње и оштећење енергетских система, ау тешким случајевима могу чак довести до парализе електроенергетског система.
Зашто су чак-хармоници реда „ретки“?
Једноставно речено, хармоници равног реда су скоро невидљиви у електричној мрежи, углавном због широко распрострањеног прихватања „потпуне-технологије исправљања моста“: она одржава таласни облик који генеришу електрични уређаји симетричним, а симетрични таласни облици не могу да се разложе на парни-опрему, што значи да {{2}3} не генерише нормалан хармонике; поред тога, сами трансформатори у електроенергетском систему имају одређену способност да потисну хармонике чак-реда.
Да ли постоје бројила електричне енергије која могу елиминисати хармонике?
Строго говорећи, ниједан мерач електричне енергије не може "елиминисати" хармонике. Функција мерача електричне енергије је да „мери“, а не да „управља“. Док бројила електричне енергије не елиминишу хармонике, заиста постоје уређаји у електроенергетском систему посебно дизајнирани да „елиминишу“ хармонике; они се називају филтери.
Недавна истраживања показују да постављање одговарајућих филтера на предњи крај бројила електричне енергије може ефикасно смањити утицај хармоника на тачност мерења.