Ste opazili nenavaden pojav: v električnem omrežju lahko zaznamo harmonike neparnega-vrste, kot so 3., 5. in 7. harmonik, vendar skoraj nikoli ne vidimo sodih{4}}harmonikov, kot so 2., 4. in 6. harmonik? Zakaj je to? Ali je harmonikov sodega-reda nemogoče zaznati?
Kaj so harmoniki električnega omrežja?
Da bi razumeli, zakaj so sodi-harmoniki redki, moramo najprej razumeti, kaj pravzaprav so "harmoniki". Izmenični tok, ki ga uporabljamo, je idealno standardni sinusni val s fiksno frekvenco 50 Hz, ki se imenuje "osnovni val", podobno kot "glavna melodija" v glasbi.
V resnici veliko električnih naprav ne »poslušno sledi navodilom«-, kot so LED luči, polnilniki mobilnih telefonov, napajalniki za prenosnike in klimatske naprave. So "ne-linearne naprave" in ne delujejo v skladu z ritmom osnovnega vala. Namesto tega se "vmešavajo" v temeljni val in "ukrivijo" gladek sinusni val v čudne valovne oblike.
Te izkrivljene valovne oblike, ko jih razčlenimo z matematično metodo "Fourierjeve razgradnje", razkrijejo, da so dejansko sestavljene iz osnovne frekvence (50 Hz) in niza "harmonikov", katerih frekvence so celi večkratniki osnovne frekvence. Na primer, 3. harmonik je 150 Hz (50 × 3), 5. harmonik je 250 Hz (50 × 5), harmoniki sodega - reda pa so valovne oblike s frekvencami, ki so celo večkratniki osnovne frekvence, kot sta 100 Hz (2.) in 200 Hz (4.).
Tehnologija polnega-mostnega usmernika "odstrani"-harmonike sodega reda.
Zakaj skoraj nikoli ne vidimo sodih{0}}harmonikov? Ključ je v dejstvu, da večina nelinearnih naprav na današnjem trgu uporablja temeljno tehnologijo, imenovano "polno-mostno popravljanje"-to je "skrito delovanje" električnih naprav okoli nas in pomemben razlog, zakaj so harmoniki enakomernega-reda redki.
Kaj je popolna{0}}popravka mostu? Razumemo ga lahko s preprosto analogijo: izmenični tok v električnem omrežju je kot val, ki se dviga in spušča, s pozitivnim pol{1}}ciklom navzgor in negativnim pol-ciklom navzdol, smer pa se nenehno spreminja; medtem ko je polno{3}}mostno usmerjanje kot "pretvornik valov", ki lahko "popravi" smer toka, ne glede na to, ali je tok v pozitivnem ali negativnem pol-ciklu, in ga spremeni v enosmerni tok (ali pulzirajoči enosmerni tok) v isti smeri, tako kot sploščitev valovitih valov v enosmerni tok vode.
LED-luči, polnilniki mobilnih telefonov, napajalniki za računalnike in celo klimatske naprave in pralni stroji v naših domovih skoraj vsi uporabljajo tehnologijo polnega-popravljanja mostov, zato so vsi harmoniki, ki jih ustvarjajo, neparnega-vrste, sode-harmonike pa je naravno težko videti.
Harmoniki sodega- reda se pojavijo le, če je valovna oblika asimetrična
Seveda harmoniki sodega-vrstnega reda ne obstajajo povsem neobstoječi, vendar so v sodobnih električnih omrežjih izjemno redki. Harmoniki sodnega-vrstnega reda se pojavijo samo, ko je valovna oblika v električnem omrežju "asimetrična", in obstajata dva pogosta scenarija:
- Prva vrsta vključuje opremo, ki uporablja tehnologijo »pol-usmeritve valov«. Za razliko od popolne-mostične usmeritve, pol-valovna usmeritev uporablja samo pozitivni (ali negativni) pol-cikel izmeničnega toka, pri čemer zavrže drugo polovico valovne oblike. Posledica tega je asimetrična valovna oblika, ki po Fourierjevi razgradnji vodi do sodih-harmonikov. Vendar je pol{8}}usmerjanje izjemno neučinkovito, saj porabi veliko energije. S popolno{10}}popravo mostov je bil popolnoma opuščen in se uporablja le v nekateri zelo stari, skoraj zastareli opremi (kot so polnilniki izpred desetletij), zaradi česar ga je težko zaznati v električnem omrežju.
Druga vrsta je okvara opreme. Poškodovana usmerniška dioda v napravi lahko na primer prepreči normalno pretvorbo med pozitivnim in negativnim pol{1}}ciklom, kar ima za posledico asimetrično valovno obliko in generiranje enakomernih-harmonikov. Vendar je to stanje napake; ko se pojavi, naprava običajno ne deluje pravilno ali sproži zaščitni mehanizem in nima dolgoročnega-vpliva na električno omrežje, zaradi česar ga je težko zaznati.
Harmoniki lahko povzročijo resne motnje in poškodbe elektroenergetskih sistemov, v hujših primerih pa lahko povzročijo celo paralizo elektroenergetskega sistema.
Zakaj so sodi-harmoniki "redki"?
Preprosto povedano, harmoniki sodega-reda so v električnem omrežju skoraj nevidni, predvsem zaradi širokega sprejemanja »tehnologije popolne-poprave mostov«: ohranja valovno obliko, ki jo ustvarijo električni aparati, simetrično, simetričnih valovnih oblik pa ni mogoče razstaviti na sode-harmonike, kar pomeni, da običajna oprema ne ustvarja sodih-harmonikov; poleg tega imajo transformatorji v samem elektroenergetskem sistemu določeno sposobnost zadušitve sodih-harmonikov.
Ali obstajajo števci električne energije, ki lahko odpravijo harmonike?
Strogo gledano noben števec električne energije ne more "odpraviti" harmonikov. Funkcija števca električne energije je "meriti", ne "upravljati". Medtem ko števci električne energije ne odpravijo harmonikov, dejansko obstajajo naprave v elektroenergetskem sistemu, posebej zasnovane za "odpravo" harmonikov; ti se imenujejo filtri.
Najnovejše raziskave kažejo, da lahko namestitev ustreznih filtrov na sprednji del števcev električne energije učinkovito zmanjša vpliv harmonikov na natančnost merjenja.