Чи існують електролічильники, які можуть усунути гармоніки?

Чи помітили ви дивне явище: ми можемо виявляти гармоніки непарного-порядку, як-от 3-тя, 5-та та 7-ма гармоніки в електромережі, але ми майже ніколи не бачимо парних-гармонік, як-от 2-га, 4-та та 6-та гармоніки? чому це Гармоніки парного-порядку за своєю суттю неможливо виявити?

Щоб зрозуміти, чому гармоніки парного-порядку зустрічаються рідко, ми повинні спочатку зрозуміти, що таке «гармоніки» насправді. Змінний струм, який ми використовуємо, в ідеалі — це стандартна синусоїда з фіксованою частотою 50 Гц, яка називається «основною хвилею», подібно до «основної мелодії» в музиці.

Насправді багато електроприладів не «слухняно виконують накази»-, як-от світлодіодні лампи, зарядні пристрої для мобільних телефонів, блоки живлення для ноутбуків і кондиціонери. Вони є «не-лінійними пристроями» і не працюють відповідно до ритму основної хвилі. Замість цього вони «втручаються» в основну хвилю, «згинаючи» гладку синусоїду в дивні хвилі.

Ці спотворені хвилі, розбиті за допомогою математичного методу «розкладу Фур’є», показують, що вони насправді складаються з основної частоти (50 Гц) і серії «гармонік», частоти яких кратні основній частоті. Наприклад, 3-я гармоніка становить 150 Гц (50×3), 5-та гармоніка – 250 Гц (50×5), а гармоніки парного -порядку – це форми хвиль, частоти яких парно кратні основній частоті, наприклад 100 Гц (2-га) і 200 Гц (4-та).

Чому ми майже ніколи не бачимо парних гармонік?{0}} Ключ полягає в тому факті, що більшість нелінійних пристроїв на сьогоднішньому ринку використовують основну технологію під назвою «повне-мостове випрямлення»-це «прихована робота» електричних приладів навколо нас і важлива причина, чому гармоніки парного-порядку зустрічаються рідко.

Що таке повне{0}}виправлення моста? Ми можемо зрозуміти це за допомогою простої аналогії: змінний струм в електромережі схожий на хвилю, яка піднімається й опускається, причому позитивний пів-період піднімається вгору, а негативний напів-цикл опускається, і напрямок постійно змінюється; у той час як повне{3}}мостове випрямлення схоже на «перетворювач хвилі», який може «виправляти» напрямок струму, незалежно від того, чи знаходиться струм у позитивному чи негативному пів-періоді, і перетворювати його на постійний струм (або пульсуючий постійний струм) у тому самому напрямку, так само, як сплощення хвилястих хвиль в односпрямований потік води.

Світлодіодні світильники, зарядні пристрої для мобільних телефонів, блоки живлення для комп’ютерів і навіть кондиціонери та пральні машини в наших домівках майже всі використовують технологію повного-мостового випрямлення, тому всі гармоніки, які вони генерують, мають непарний-порядок, а парні-порядки природно важко побачити.

Звичайно, парні{0}}гармоніки не зовсім відсутні, але вони надзвичайно рідкісні в сучасних електромережах. Гармоніки парного-порядку з’являються лише тоді, коли форма сигналу в електромережі є «асиметричною», і існує два поширених сценарії:

1. Перший тип включає обладнання, що використовує технологію "пів-хвильового випрямлення". На відміну від повного-мостового випрямлення, пів-хвильове випрямлення використовує лише позитивний (або негативний) пів-період змінного струму, відкидаючи іншу половину форми хвилі. Це призводить до асиметричної форми сигналу, що призводить до парних-гармонік після розкладу Фур’є. Однак напів{8}}випрямлення є надзвичайно неефективним, витрачаючи значну кількість енергії. Його було повністю вилучено шляхом повного-виправлення мосту та використовується лише в дуже старому, майже застарілому обладнанні (наприклад, зарядних пристроях десятиліть тому), що ускладнює його виявлення в електромережі.

Другий вид - це поломка обладнання. Наприклад, пошкоджений випрямний діод у приладі може перешкоджати нормальному перетворенню між позитивним і негативним пів-періодами, що призводить до асиметричної форми сигналу та генерування парних-гармонік. Однак це несправність; як тільки це відбувається, прилад зазвичай не працює або запускає захисний механізм, і він не має довгострокового-впливу на електромережу, що ускладнює його виявлення.

Простіше кажучи, гармоніки парного-порядку майже непомітні в електромережі, головним чином завдяки широкому застосуванню «технології повного-мостового випрямлення»: вона зберігає форму сигналу, створювану електроприладами, симетричною, а симетричні форми сигналу не можна розкласти на гармоніки парного-порядку, тобто звичайне обладнання не генерує гармоніки парного-порядку; крім того, самі трансформатори в енергосистемі мають певну здатність пригнічувати гармоніки парного{4}}порядку.

Строго кажучи, жоден лічильник електроенергії не може «усунути» гармоніки. Функція лічильника електроенергії — «лічити», а не «керувати». Хоча лічильники електроенергії не усувають гармоніки, в енергосистемі справді є пристрої, спеціально призначені для «усунення» гармонік; вони називаються фільтрами.

Останні дослідження показують, що встановлення відповідних фільтрів на передньому кінці лічильників електроенергії може ефективно зменшити вплив гармонік на точність вимірювання.