Garip bir olguyu fark ettiniz mi: Güç şebekesindeki 3., 5. ve 7. harmonikler gibi tek-dereceli harmonikleri tespit edebiliyoruz, ancak 2., 4. ve 6. harmonikler gibi çift-düzeyli harmonikleri neredeyse hiç görmüyoruz? Bu neden? Eşit-düzey harmoniklerin algılanması doğal olarak imkansız mıdır?
Güç şebekesi harmonikleri nelerdir?
Eşit-düzey harmoniklerin neden nadir olduğunu anlamak için öncelikle "harmoniklerin" gerçekte ne olduğunu anlamamız gerekir. Kullandığımız alternatif akım, ideal olarak, müzikteki "ana melodiye" çok benzeyen, "temel dalga" olarak adlandırılan, 50Hz sabit frekanslı standart bir sinüs dalgasıdır.
Gerçekte, LED ışıklar, cep telefonu şarj cihazları, dizüstü bilgisayar güç kaynakları ve klimalar gibi pek çok elektrikli cihaz "emirlere itaatkar bir şekilde uymaz"-. Bunlar "doğrusal olmayan- cihazlardır" ve temel dalganın ritmine uygun olarak çalışmazlar. Bunun yerine, düzgün sinüs dalgasını garip dalga biçimlerine "bükerek" temel dalgaya "müdahale ederler".
Bu çarpık dalga formları, "Fourier ayrıştırması" matematiksel yöntemi kullanılarak ayrıştırıldığında, bunların aslında bir temel frekanstan (50Hz) ve frekansları temel frekansın tam katları olan bir dizi "harmonikten" oluştuğunu ortaya çıkarır. Örneğin, 3. harmonik 150Hz (50×3), 5. harmonik 250Hz (50×5) ve çift-düzey harmonikler, 100Hz (2.) ve 200Hz (4.) gibi temel frekansın çift katları olan frekanslara sahip dalga biçimleridir.
Tam-köprü doğrultucu teknolojisi, harmonikleri bile-"ortadan kaldırır".
Neden neredeyse hiçbir zaman eşit-düzey harmonikleri görmüyoruz? İşin sırrı, bugün piyasadaki çoğu doğrusal olmayan cihazın "tam-köprü düzeltme" olarak adlandırılan bir çekirdek teknolojiyi kullanması gerçeğinde yatmaktadır-bu, çevremizdeki elektrikli cihazların "gizli çalışmasıdır" ve hatta-düzen harmoniklerinin nadir olmasının önemli bir nedenidir.
Tam-köprü düzeltmesi nedir? Bunu basit bir benzetmeyle anlayabiliriz: Elektrik şebekesindeki alternatif akım, pozitif yarım-döngünün yukarıya doğru, negatif yarı-döngünün aşağı doğru hareket ettiği, yükselip alçalan bir dalga gibidir ve yönü sürekli olarak değişir; tam-köprü doğrultma ise, akımın pozitif ya da negatif yarım-döngüde olmasına bakılmaksızın akımın yönünü "düzeltebilen" ve tıpkı dalgalı dalgaları suyun tek yönlü akışına düzleştirmesi gibi, onu aynı yönde doğru akıma (veya darbeli doğru akıma) dönüştürebilen bir "dalga biçimi dönüştürücü" gibidir.
Evlerimizdeki LED ışıklar, cep telefonu şarj cihazları, bilgisayar güç kaynakları ve hatta klimalar ve çamaşır makinelerinin neredeyse tamamı tam-köprü düzeltme teknolojisini kullanıyor, dolayısıyla ürettikleri harmoniklerin tümü tek-düzenlidir ve çift-düzey harmoniklerin doğal olarak görülmesi zordur.
Eşit-düzey harmonikler yalnızca dalga biçimi asimetrik olduğunda meydana gelir
Elbette, eşit-düzen harmonikleri tamamen yok değildir, ancak modern elektrik şebekelerinde son derece nadirdirler. Eşit-düzey harmonikler yalnızca güç şebekesindeki dalga biçimi "asimetrik" olduğunda ortaya çıkar ve iki yaygın senaryo vardır:
- İlk tür, "yarım-dalga düzeltme" teknolojisini kullanan ekipmanı içerir. Tam-köprü düzeltmenin aksine, yarım-dalga düzeltme, alternatif akımın yalnızca pozitif (veya negatif) yarım-döngüsünü kullanır ve dalga biçiminin diğer yarısını göz ardı eder. Bu, asimetrik bir dalga biçimiyle sonuçlanır ve Fourier ayrıştırmasından sonra eşit-düzenli harmoniklere yol açar. Ancak yarım-dalga düzeltme son derece verimsizdir ve önemli miktarda enerji israfına neden olur. Tam-köprü düzeltme işlemiyle aşamalı olarak kullanımdan kaldırıldı ve yalnızca bazı çok eski, neredeyse modası geçmiş ekipmanlarda (on yıllar öncesinden kalma şarj cihazları gibi) kullanılıyor, bu da elektrik şebekesinde tespit edilmesini zorlaştırıyor.
İkinci tip ekipman arızasıdır. Örneğin, bir cihazdaki hasarlı bir doğrultucu diyot, pozitif ve negatif yarım-döngüler arasındaki normal dönüşümü engelleyebilir, bu da asimetrik bir dalga biçimine neden olur ve eşit-düzenli harmonikler üretir. Ancak bu bir arıza durumudur; meydana geldiğinde cihaz genellikle arızalanır veya bir koruma mekanizmasını tetikler ve elektrik şebekesi üzerinde-uzun vadeli bir etkisi olmaz, bu da tespit edilmesini zorlaştırır.
Harmonikler güç sistemlerinde ciddi girişime ve hasara neden olabilir ve ciddi durumlarda güç sisteminin felce uğramasına bile yol açabilir.
Eşit-düzen harmonikleri neden "nadir"dir?
Basit bir ifadeyle, eşit-sıralı harmonikler, esas olarak "tam-köprü düzeltme teknolojisinin" yaygın olarak benimsenmesi nedeniyle elektrik şebekesinde neredeyse görünmezdir: elektrikli cihazlar tarafından oluşturulan dalga biçimini simetrik tutar ve simetrik dalga biçimleri eşit sıralı harmoniklere ayrıştırılamaz; bu, normal ekipmanın eşit sıralı harmonikler oluşturmadığı anlamına gelir; ek olarak, güç sistemindeki transformatörlerin de eşit sıralı harmonikleri bastırma konusunda belirli bir yeteneği vardır.
Harmonikleri ortadan kaldırabilecek elektrik sayaçları var mı?
Açıkçası hiçbir elektrik sayacı harmonikleri "ortadan kaldıramaz". Bir elektrik sayacının işlevi "yönetmek" değil, "ölçmektir". Elektrik sayaçları harmonikleri ortadan kaldırmasa da, aslında güç sisteminde harmonikleri "ortadan kaldırmak" için özel olarak tasarlanmış cihazlar vardır; bunlara filtreler denir.
Son araştırmalar, elektrik sayaçlarının ön ucuna uygun filtrelerin takılmasının, harmoniklerin ölçüm doğruluğu üzerindeki etkisini etkili bir şekilde azaltabileceğini göstermektedir.