آیا کنتور برق که بتواند هارمونیک ها را حذف کند وجود دارد؟

آیا متوجه پدیده عجیبی شده‌اید: ما می‌توانیم هارمونیک‌های فرد-مثل هارمونیک‌های 3، 5، و 7 را در شبکه برق تشخیص دهیم، اما تقریباً هرگز هارمونیک‌های مرتبه زوج- مانند هارمونیک‌های 2، 4 و 6 را نمی‌بینیم؟ چرا این است؟ آیا تشخیص هارمونیک های نظم حتی ذاتاً غیرممکن است؟

برای درک اینکه چرا هارمونیک های حتی{0}}راست نادر هستند، ابتدا باید بفهمیم که "هارمونیک" در واقع چیست. جریان متناوب مورد استفاده ما در حالت ایده‌آل یک موج سینوسی استاندارد با فرکانس ثابت 50 هرتز است که به آن «موج بنیادی» می‌گویند، بسیار شبیه به «ملودی اصلی» در موسیقی.

در واقعیت، بسیاری از وسایل برقی مانند چراغ‌های LED، شارژرهای تلفن همراه، منابع تغذیه لپ‌تاپ، و تهویه مطبوع، "مطاعتانه از دستورات پیروی نمی‌کنند"-. آنها "غیر-دستگاه های خطی" هستند و مطابق با ریتم موج بنیادی کار نمی کنند. در عوض، آنها با موج بنیادی "تداخل" می کنند و موج سینوسی صاف را به شکل موج های عجیب "خم می کنند".

این شکل موج های تحریف شده، هنگامی که با استفاده از روش ریاضی "تجزیه فوریه" شکسته می شوند، نشان می دهد که آنها در واقع از یک فرکانس اساسی (50 هرتز) و یک سری "هارمونیک" تشکیل شده اند که فرکانس های آنها مضرب صحیح فرکانس اصلی است. برای مثال، هارمونیک سوم 150 هرتز (50×3)، هارمونیک پنجم 250 هرتز (50×5) است، و هارمونیک‌های مرتبه زوج شکل موج‌هایی با فرکانس‌هایی هستند که حتی مضربی از فرکانس اصلی هستند، مانند 100 هرتز (دومین) و 200 هرتز (4).

چرا ما تقریباً هرگز هارمونیک های مرتب-را نمی بینیم؟ نکته کلیدی در این واقعیت نهفته است که اکثر دستگاه‌های غیرخطی موجود در بازار امروز از یک فناوری اصلی به نام «-تصحیح پل کامل»-استفاده می‌کنند، این «عملکرد پنهان» وسایل الکتریکی اطراف ما است و دلیل مهمی برای نادر بودن هارمونیک‌های سفارش حتی-.

اصلاح کامل پل چیست؟ ما می‌توانیم آن را با یک تشبیه ساده درک کنیم: جریان متناوب در شبکه برق مانند موجی است که بالا و پایین می‌رود، با نیمی از چرخه مثبت-به سمت بالا و نیمه منفی-سیکله پایین می‌آید، و جهت مدام در حال تغییر است. در حالی که یکسوسازی کامل-پل مانند یک «مبدل شکل موج» است، که می‌تواند جهت جریان را بدون توجه به اینکه جریان در نیمه مثبت باشد یا منفی، «تصحیح» کند و آن را به جریان مستقیم (یا جریان مستقیم ضربانی) در همان جهت تبدیل کند، درست مانند صاف کردن امواج مواج به یک جریان آب یک‌طرفه.

چراغ‌های LED، شارژرهای تلفن همراه، منابع تغذیه کامپیوتر، و حتی تهویه مطبوع و ماشین‌های لباسشویی خانه‌های ما تقریباً همگی از فناوری تصحیح پل کامل-استفاده می‌کنند، بنابراین هارمونیک‌هایی که تولید می‌کنند همگی عجیب-و ترتیب زوج-هارمونیک‌ها طبیعتاً به سختی دیده می‌شوند.

البته، حتی هارمونیک‌های مرتب- کاملاً وجود ندارند، اما در شبکه‌های برق مدرن بسیار نادر هستند. هارمونیک‌های مرتبه حتی فقط زمانی ظاهر می‌شوند که شکل موج در شبکه برق "نامتقارن" باشد و دو سناریو رایج وجود دارد:

1. نوع اول شامل تجهیزاتی است که از فناوری "تصحیح نیمی-موج" استفاده می کنند. برخلاف{2}}تصحیح پل کامل، نیمه-اصلاح موج فقط از نیمه مثبت (یا منفی) نیمی{4}}جریان متناوب استفاده می‌کند و نیمه دیگر شکل موج را کنار می‌گذارد. این منجر به یک شکل موج نامتقارن می شود که منجر به هارمونیک های مرتبه یکنواخت بعد از تجزیه فوریه می شود. با این حال، یکسوسازی نیمی-موج بسیار ناکارآمد است و مقدار قابل توجهی از انرژی را هدر می‌دهد. با تصحیح کامل پل{10}}به‌طور کامل از بین رفته است و فقط در برخی تجهیزات بسیار قدیمی و تقریباً منسوخ (مانند شارژرهای دهه‌ها پیش) استفاده می‌شود که تشخیص آن را در شبکه برق دشوار می‌کند.

نوع دوم خرابی تجهیزات است. به عنوان مثال، یک دیود یکسو کننده آسیب دیده در یک دستگاه می تواند از تبدیل طبیعی بین نیم سیکل مثبت و منفی جلوگیری کند که در نتیجه شکل موج نامتقارن ایجاد می شود و هارمونیک های مرتب{{2} یکنواخت ایجاد می کند. با این حال، این یک شرط خطا است. هنگامی که رخ می دهد، دستگاه معمولاً دچار اختلال می شود یا مکانیزم حفاظتی را فعال می کند، و تأثیری{4} درازمدت بر شبکه برق ندارد و تشخیص آن را دشوار می کند.

به عبارت ساده، حتی هارمونیک‌های مرتبه در شبکه برق تقریباً نامرئی هستند، عمدتاً به دلیل پذیرش گسترده "فناوری یکسوسازی کامل پل": شکل موج تولید شده توسط وسایل الکتریکی را متقارن نگه می‌دارد، و شکل موج‌های متقارن را نمی‌توان به یک هارمونیک تبدیل کرد که به معنی یکنواخت‌تر{2} نیست. هارمونیک های مرتب-حتی. علاوه بر این، ترانسفورماتورها در سیستم قدرت خود توانایی خاصی برای سرکوب کردن هارمونیک های حتی نظم{4} دارند.

به طور دقیق، هیچ کنتور برق نمی تواند هارمونیک ها را "از بین ببرد". کارکرد کنتور برق «سنجش» است نه «مدیریت». در حالی که کنتور برق هارمونیک ها را حذف نمی کند، در واقع دستگاه هایی در سیستم قدرت وجود دارد که به طور خاص برای "حذف" هارمونیک ها طراحی شده اند. به اینها فیلتر می گویند.

تحقیقات اخیر نشان می دهد که نصب فیلترهای مناسب در قسمت جلویی کنتورهای برق می تواند به طور موثر تاثیر هارمونیک ها را بر دقت اندازه گیری کاهش دهد.