Dlaczego mówi się, że tylko podstawowy składnik częstotliwości daje użyteczną moc?

W większości książek mówi się, że zawartość harmonicznych w linii prądu przemiennego nie przenosi mocy (tylko podstawowa częstotliwość), ale nie ma wyjaśnienia. Wydaje się intuicyjne, ale dlaczego to prawda?

Edycja: W kontekście energii elektrycznej, więc wyobrażam sobie zniekształcony przebieg prądu i napięcie fali sinusoidalnej.

To prawda, ponieważ napięcie jest sinusoidalne i

sin (a) .sin (b) = 1/2 (cos (ab) + cos (a + b))

I tylko w przypadku, gdy a = b wynik ma średnią wartość, która nie jest równa zero.

więc wszystkie harmoniczne dają wynik, który nie ma wpływu na rzeczywistą moc

To zbyt ogólne stwierdzenie. Oczywiście przy obciążeniu rezystancyjnym wszystkie częstotliwości przenoszą moc.

Jest to naprawdę stwierdzenie dotyczące konkretnie maszyn wirujących (silników i generatorów). W przypadku tych urządzeń energia o częstotliwościach innych niż podstawowa równie dobrze może przeciwstawić się wykonywanej pracy, jak pomoc. Ponadto energia wysokich częstotliwości jest często marnowana w postaci niepożądanych prądów wirowych itp.

Jest to prawdą tylko wtedy, gdy prąd jest zniekształcony przez obciążenie, a nie z powodu zniekształceń przebiegu napięcia linii prądu przemiennego.

Jeśli pomnożymy wartości chwilowe, punkt po punkcie, dwóch fal sinusoidalnych o różnych częstotliwościach, otrzymamy kształt fali, który ma średnią zero. Masz dodatnią moc w niektórych przedziałach i ujemną moc w innych przedziałach. To pokazuje, że energia przepływa tam iz powrotem, a nie jest przenoszona ze źródła do odbiornika.

Jeśli napięcie sieciowe prądu przemiennego jest zniekształcone, przenoszona jest energia harmoniczna, ale może to nie być użyteczna moc. W silnikach prądu przemiennego prąd harmoniczny będzie próbował sprawić, aby silnik pracował z większą prędkością w sprzeczności z podstawową. Niektóre harmoniczne będą próbowały napędzać silnik w odwrotnym kierunku. W rezultacie cała przenoszona moc harmonicznych netto jest tracona jako ciepło, hałas i wibracje. Pewna moc harmoniczna byłaby w obiegu między źródłem a ładunkiem, podobnie jak reaktywna pula.

Energia harmoniczna byłaby użyteczna w takim stopniu, w jakim powoduje ogrzewanie, gdy ogrzewanie jest pożądanym wykorzystaniem energii. Istnieje pewna możliwość, że moc harmonicznych może być użyteczna w silniku uniwersalnym. Może być również przydatny, gdy jest rektyfikowany i filtrowany. Chociaż część przekazanej mocy można uznać za przydatną, niepożądane skutki przeważałyby nad użytecznością.

Z siatki sinusoidalnej jest to prawdą, ponieważ harmoniczne wynikają z dowolnego „urządzenia nieliniowego”.

Na przykład częściowe nasycenie rdzenia magnetycznego kontrolowane przez szczytowe napięcie wzbudzenia.

Jednak stwierdzenie to zaprzecza niedrogim falownikom ze źródłami fal prostokątnych o znamionowej wartości V-rms. Harmoniczne w tym przebiegu napięcia mogą generować tę samą moc w obciążeniach rezystancyjnych. Ale wtedy harmoniczne mogą zwiększyć straty wiroprądowe w silnikach, więc są mniej wydajne.

Więc jeśli zrozumiesz źródło harmonicznych i impedancję obciążenia, możesz zrozumieć wyjątki od reguły . Grzejnik elektryczny, będący głównie rezystancyjny, może wykorzystywać źródła fali sinusoidalnej lub kwadratowej.

Jedyną różnicą między rzeczywistą (zużytą) mocą a mocą bierną (zmagazynowaną) jest 90-stopniowy składnik przesunięcia fazowego prądu względem napięcia, niezależnie od tego, czy jest on fundamentalny czy harmoniczny.

W kontekście sieci energetycznej energia AC jest wytwarzana i przesyłana przez transformatory w trzech fazach w odstępie 120 stopni. Trzecia harmoniczna (potrójna częstotliwość) jest identyczna dla wszystkich trzech faz, co można zweryfikować wykreślając fale sinusoidalne. Po podłączeniu obciążenia między dowolnymi dwiema fazami napięcie trzeciej harmonicznej jest takie samo na obu przewodach, więc obciążenie nie widzi nic. (Jednak zobaczysz trzecią harmoniczną od dowolnej fazy do ziemi.). Ponieważ trójfazowy transformator łączy się tylko między fazami, nie może odbierać mocy trzeciej harmonicznej. Blokowanie to dotyczy dowolnej harmonicznej 3n. Dzieje się tak tylko w przypadku trójfazowego przesyłania mocy, nigdy, gdy pojedyncza linia sygnałowa jest podłączona do obciążenia.