Υπάρχουν μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας που μπορούν να εξαλείψουν τις αρμονικές;

Έχετε παρατηρήσει ένα παράξενο φαινόμενο: μπορούμε να ανιχνεύσουμε αρμονικές περιττής-τάξης όπως οι αρμονικές 3ης, 5ης και 7ης τάξης στο ηλεκτρικό δίκτυο, αλλά σχεδόν ποτέ δεν βλέπουμε αρμονικές ομοιόμορφης-τάξης όπως οι αρμονικές 2ης, 4ης και 6ης τάξης; Γιατί είναι αυτό; Είναι εγγενώς αδύνατο να ανιχνευθούν ακόμη και-αρμονικές τάξης;

Για να καταλάβουμε γιατί ακόμη και-οι αρμονικές τάξης είναι σπάνιες, πρέπει πρώτα να καταλάβουμε τι είναι στην πραγματικότητα οι "αρμονικές". Το εναλλασσόμενο ρεύμα που χρησιμοποιούμε είναι ιδανικά ένα τυπικό ημιτονοειδές κύμα με σταθερή συχνότητα 50 Hz, το οποίο ονομάζεται «θεμελιώδες κύμα», όπως ακριβώς η «κύρια μελωδία» στη μουσική.

Στην πραγματικότητα, πολλές ηλεκτρικές συσκευές δεν «ακολουθούν υπάκουα εντολές»-όπως φώτα LED, φορτιστές κινητών τηλεφώνων, τροφοδοτικά φορητών υπολογιστών και κλιματιστικά. Είναι "μη-μη γραμμικές συσκευές" και δεν λειτουργούν σύμφωνα με το ρυθμό του θεμελιώδους κύματος. Αντίθετα, «παρεμβαίνουν» στο θεμελιώδες κύμα, «λυγίζοντας» το λείο ημιτονοειδές κύμα σε περίεργες κυματομορφές.

Αυτές οι παραμορφωμένες κυματομορφές, όταν αναλύονται χρησιμοποιώντας τη μαθηματική μέθοδο της «αποσύνθεσης Fourier», αποκαλύπτουν ότι στην πραγματικότητα αποτελούνται από μια θεμελιώδη συχνότητα (50Hz) και μια σειρά «αρμονικών» των οποίων οι συχνότητες είναι ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας. Για παράδειγμα, η 3η αρμονική είναι 150Hz (50×3), η 5η αρμονική είναι 250Hz (50×5) και οι αρμονικές άρτιας τάξης{10}είναι κυματομορφές με συχνότητες που είναι ακόμη πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας, όπως 100Hz (2η) και 200Hz (4η).

Γιατί δεν βλέπουμε σχεδόν ποτέ αρμονικές-της τάξης; Το κλειδί έγκειται στο γεγονός ότι οι περισσότερες μη γραμμικές συσκευές στην αγορά σήμερα χρησιμοποιούν μια βασική τεχνολογία που ονομάζεται "πλήρης-διόρθωση γέφυρας"-αυτή είναι η "κρυφή λειτουργία" των ηλεκτρικών συσκευών γύρω μας και ένας σημαντικός λόγος για τον οποίο ακόμη και-οι αρμονικές τάξης είναι σπάνιες.

Τι είναι η πλήρης-διόρθωση γέφυρας; Μπορούμε να το καταλάβουμε με μια απλή αναλογία: το εναλλασσόμενο ρεύμα στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι σαν ένα κύμα που ανεβαίνει και πέφτει, με τον θετικό μισό-κύκλο να ανεβαίνει και τον αρνητικό μισό-κύκλο να κατεβαίνει, και η κατεύθυνση αλλάζει συνεχώς. ενώ η πλήρης-διόρθωση γέφυρας είναι σαν ένας "μετατροπέας κυματομορφής", ο οποίος μπορεί να "διορθώσει" την κατεύθυνση του ρεύματος, ανεξάρτητα από το αν το ρεύμα βρίσκεται στο θετικό ή αρνητικό μισό-κύκλο, και να το μετατρέψει σε συνεχές ρεύμα (ή παλμικό συνεχές ρεύμα) στην ίδια κατεύθυνση, όπως ακριβώς ισοπεδώνει τα κυματιστά κύματα σε μονοκατευθυντική ροή νερού.

Τα φώτα LED, οι φορτιστές κινητών τηλεφώνων, τα τροφοδοτικά υπολογιστών, ακόμη και τα κλιματιστικά και τα πλυντήρια στα σπίτια μας χρησιμοποιούν σχεδόν όλα-τεχνολογία διόρθωσης γεφυρών, επομένως οι αρμονικές που παράγουν είναι όλες περιττές-και οι αρμονικές ζυγής-τάξης είναι φυσικά δύσκολο να φανούν.

Φυσικά, ακόμη και-οι αρμονικές τάξης δεν είναι εντελώς ανύπαρκτες, αλλά είναι εξαιρετικά σπάνιες στα σύγχρονα δίκτυα ισχύος. Ακόμη και-αρμονικές τάξης εμφανίζονται μόνο όταν η κυματομορφή στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι "ασύμμετρη" και υπάρχουν δύο κοινά σενάρια:

1. Ο πρώτος τύπος περιλαμβάνει εξοπλισμό που χρησιμοποιεί τεχνολογία "ημι-διόρθωσης κυμάτων". Σε αντίθεση με την πλήρη-διόρθωση γέφυρας, η μισή-διόρθωση κύματος χρησιμοποιεί μόνο το θετικό (ή αρνητικό) μισό-κύκλο του εναλλασσόμενου ρεύματος, απορρίπτοντας το άλλο μισό της κυματομορφής. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ασύμμετρη κυματομορφή, που οδηγεί σε αρμονικές ομοιόμορφης τάξης-μετά την αποσύνθεση Fourier. Ωστόσο, η διόρθωση μισού-κύματος είναι εξαιρετικά αναποτελεσματική, χάνοντας σημαντική ποσότητα ενέργειας. Έχει καταργηθεί πλήρως με την πλήρη{10}}διόρθωση της γέφυρας και χρησιμοποιείται μόνο σε πολύ παλιό, σχεδόν απαρχαιωμένο εξοπλισμό (όπως φορτιστές πριν από δεκαετίες), γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό του στο ηλεκτρικό δίκτυο.

Ο δεύτερος τύπος είναι η αστοχία εξοπλισμού. Για παράδειγμα, μια κατεστραμμένη δίοδος ανορθωτή σε μια συσκευή μπορεί να αποτρέψει την κανονική μετατροπή μεταξύ του θετικού και του αρνητικού μισού-κύκλου, με αποτέλεσμα μια ασύμμετρη κυματομορφή και δημιουργώντας αρμονικές ομοιόμορφης-τάξης. Ωστόσο, αυτή είναι μια κατάσταση σφάλματος. μόλις συμβεί, η συσκευή συνήθως δυσλειτουργεί ή ενεργοποιεί έναν μηχανισμό προστασίας και δεν έχει μακροπρόθεσμο αντίκτυπο στο ηλεκτρικό δίκτυο, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό του.

Με απλά λόγια, ακόμη και{0}}οι αρμονικές τάξης είναι σχεδόν αόρατες στο ηλεκτρικό δίκτυο, κυρίως λόγω της ευρείας υιοθέτησης της "πλήρης-τεχνολογίας ανόρθωσης γεφυρών": διατηρεί τη κυματομορφή που δημιουργείται από ηλεκτρικές συσκευές συμμετρική και οι συμμετρικές κυματομορφές δεν μπορούν να αποσυντεθούν σε ακόμη πιο κανονικές ή κανονικές συσκευές ομοιόμορφες αρμονικές-τάξης. Επιπλέον, οι ίδιοι οι μετασχηματιστές στο σύστημα ισχύος έχουν μια ορισμένη ικανότητα να καταστέλλουν ακόμη και{4}}αρμονικές τάξης.

Αυστηρά μιλώντας, κανένας μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας δεν μπορεί να «εξαλείψει» τις αρμονικές. Η λειτουργία ενός μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας είναι να «μετράει», όχι να «διαχειρίζεται». Ενώ οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας δεν εξαλείφουν τις αρμονικές, υπάρχουν πράγματι συσκευές στο σύστημα ισχύος που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να "εξαλείφουν" τις αρμονικές. αυτά ονομάζονται φίλτρα.

Πρόσφατη έρευνα δείχνει ότι η εγκατάσταση κατάλληλων φίλτρων στο μπροστινό μέρος των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την επίδραση των αρμονικών στην ακρίβεια μέτρησης.