Существуют ли счетчики электроэнергии, способные устранять гармоники?

Вы заметили странное явление: мы можем обнаружить в электросети гармоники нечетного-порядка, например 3-ю, 5-ю и 7-ю, но почти никогда не видим гармоники четного-порядка, например 2-й, 4-й и 6-й гармоник? Почему это? Действительно ли гармоники даже-порядка невозможно обнаружить?

Чтобы понять, почему даже порядковые гармоники-редки, мы должны сначала понять, что на самом деле представляют собой «гармоники». Переменный ток, который мы используем, в идеале представляет собой стандартную синусоидальную волну с фиксированной частотой 50 Гц, которая называется «основной волной», очень похожей на «основную мелодию» в музыке.

На самом деле многие электроприборы, такие как светодиодные фонари, зарядные устройства для мобильных телефонов, блоки питания для ноутбуков и кондиционеры, «не подчиняются приказам»-. Они являются «не-линейными устройствами» и не работают в соответствии с ритмом основной волны. Вместо этого они «вмешиваются» в основную волну, «изгибая» гладкую синусоидальную волну в странные формы.

Эти искаженные сигналы, если их разложить с помощью математического метода «разложения Фурье», показывают, что они на самом деле состоят из основной частоты (50 Гц) и серии «гармоник», частоты которых являются целыми кратными основной частоты. Например, 3-я гармоника — 150 Гц (50×3), 5-я гармоника — 250 Гц (50 ×5), а гармоники четного -порядка — это сигналы с частотами, кратными основной частоте, например 100 Гц (2-я) и 200 Гц (4-я).

Почему мы почти никогда не видим гармоник даже-порядкового порядка? Ключ заключается в том, что большинство нелинейных устройств, представленных сегодня на рынке, используют базовую технологию, называемую «полное-мостовое выпрямление».-Это «скрытая работа» окружающих нас электроприборов и важная причина, почему даже-гармоники порядка встречаются редко.

Что такое полное-исправление моста? Мы можем понять это с помощью простой аналогии: переменный ток в электросети подобен волне, которая поднимается и падает, при этом положительный полупериод-растет, а отрицательный полупериод-нисходит, а направление постоянно меняется; в то время как полное-мостовое выпрямление похоже на «преобразователь формы сигнала», который может «исправлять» направление тока, независимо от того, находится ли ток в положительном или отрицательном полупериоде-периода, и превращать его в постоянный ток (или пульсирующий постоянный ток) в том же направлении, точно так же, как сглаживание волнообразных волн в однонаправленный поток воды.

Светодиодные лампы, зарядные устройства для мобильных телефонов, блоки питания компьютеров и даже кондиционеры и стиральные машины в наших домах почти все используют технологию полного-мостового выпрямления, поэтому все генерируемые ими гармоники имеют нечетный-порядок, а гармоники четного-порядка, естественно, трудно увидеть.

Конечно, даже-порядковые гармоники не существуют совсем, но в современных электросетях они крайне редки. Гармоники четного-порядка появляются только в том случае, если форма сигнала в электросети «асимметрична», и существует два распространенных сценария:

1. К первому типу относится оборудование, использующее технологию «полу-выпрямления». В отличие от полного-мостового выпрямления, полу-волновое выпрямление использует только положительный (или отрицательный) полупериод-периода переменного тока, отбрасывая другую половину сигнала. Это приводит к асимметричной форме сигнала, что приводит к гармоникам четного -порядка после разложения Фурье. Однако полуволновое выпрямление крайне неэффективно и приводит к потере значительного количества энергии. Он был полностью выведен из употребления путем полного-выпрямления моста и используется только в очень старом, почти устаревшем оборудовании (например, в зарядных устройствах десятилетней давности), что затрудняет его обнаружение в электросети.

Второй тип – отказ оборудования. Например, поврежденный выпрямительный диод в приборе может препятствовать нормальному преобразованию между положительным и отрицательным полупериодами-, что приводит к асимметричной форме сигнала и генерации гармоник четного-порядка. Однако это неисправное состояние; как только это происходит, устройство обычно выходит из строя или запускает защитный механизм и не оказывает долгосрочного-воздействия на электросеть, что затрудняет его обнаружение.

Проще говоря, гармоники четного-порядка практически невидимы в энергосистеме, в основном благодаря широкому распространению "технологии полного-мостового выпрямления": она сохраняет форму сигнала, генерируемого электроприборами, симметричной, а симметричные формы сигналов невозможно разложить на гармоники четного-порядка, а это означает, что обычное оборудование не генерирует гармоники четного-порядка; кроме того, сами трансформаторы в энергосистеме обладают определенной способностью подавлять даже-гармоники порядка.

Строго говоря, ни один счетчик электроэнергии не сможет «устранить» гармоники. Функция счетчика электроэнергии – «измерять», а не «управлять». Хотя счетчики электроэнергии не устраняют гармоники, в энергосистеме действительно существуют устройства, специально предназначенные для «устранения» гармоник; они называются фильтрами.

Недавние исследования показывают, что установка соответствующих фильтров на входе счетчиков электроэнергии может эффективно снизить влияние гармоник на точность измерений.