Har du lagt märke till ett konstigt fenomen: vi kan upptäcka udda-orders övertoner som 3:e, 5:e och 7:e övertonerna i elnätet, men vi ser nästan aldrig jämn-orders övertoner som 2:a, 4:e och 6:e övertonerna? Varför är detta? Är jämna-orderövertoner i sig omöjliga att upptäcka?
Vad är övertoner i elnätet?
För att förstå varför även-ordningsövertoner är sällsynta måste vi först förstå vad "övertoner" faktiskt är. Den växelström vi använder är helst en standard sinusvåg med en fast frekvens på 50Hz, som kallas "grundvågen", ungefär som "huvudmelodin" i musik.
I verkligheten följer många elektriska apparater inte "lydigt" order-som LED-lampor, mobiltelefonladdare, strömförsörjning för bärbara datorer och luftkonditionering. De är "icke-linjära enheter" och fungerar inte i enlighet med grundvågens rytm. Istället "stör" de grundvågen och "böjer" den jämna sinusvågen till konstiga vågformer.
Dessa förvrängda vågformer, när de bryts ned med den matematiska metoden "Fourier-nedbrytning", avslöjar att de faktiskt är sammansatta av en grundfrekvens (50Hz) och en serie "övertoner" vars frekvenser är heltalsmultiplar av grundfrekvensen. Till exempel är den 3:e övertonen 150Hz (50×3), den 5:e övertonen är 250Hz (50×5), och övertoner av jämn -ordning är vågformer med frekvenser som är jämna multiplar av grundfrekvensen, såsom 100Hz (2:a) och 200Hz (4:e).
Full-brygglikriktarteknik "eliminerar" även-orderövertoner.
Varför ser vi nästan aldrig ens-ordningsövertoner? Nyckeln ligger i det faktum att de flesta icke-linjära enheter på marknaden idag använder en kärnteknik som kallas "full-brygglikning"-detta är den "dolda driften" av de elektriska apparaterna runt omkring oss, och en viktig anledning till att även-orderövertoner är sällsynta.
Vad är fullständig-bryggkorrigering? Vi kan förstå det med en enkel analogi: växelströmmen i elnätet är som en våg som stiger och faller, där den positiva halva-cykeln går upp och den negativa halva-cykeln går ner, och riktningen ändras ständigt; medan full-brygglikriktning är som en "vågformsomvandlare", som kan "korrigera" strömmens riktning, oavsett om strömmen är i positiv eller negativ halv-cykel, och omvandla den till likström (eller pulserande likström) i samma riktning, precis som att platta ut de vågformade vågorna till ett enkelriktat vattenflöde.
LED-lamporna, mobiltelefonladdare, strömförsörjning till datorer och till och med luftkonditioneringarna och tvättmaskinerna i våra hem använder nästan alla full-brygglikriktningsteknik, så de övertoner som de genererar är alla udda-, och även-ordningsövertoner är naturligtvis svåra att se.
Även-ordningsövertoner uppstår bara när vågformen är asymmetrisk
Naturligtvis är inte ens-orderövertoner helt obefintliga, men de är extremt sällsynta i moderna elnät. Även-orderövertoner visas bara när vågformen i elnätet är "asymmetrisk" och det finns två vanliga scenarier:
- Den första typen avser utrustning som använder "halvvågslikriktningsteknik". Till skillnad från full-brygglikriktning använder halv-likriktning endast den positiva (eller negativa) halva-cykeln av växelströmmen, vilket kasserar den andra halvan av vågformen. Detta resulterar i en asymmetrisk vågform, vilket leder till jämn-ordningsövertoner efter Fourierupplösning. Halvvågslikriktning är dock extremt ineffektiv och slösar en betydande mängd energi. Den har fasats ut helt genom fullständig-brolikriktning och används bara i mycket gammal, nästan föråldrad utrustning (som laddare från årtionden sedan), vilket gör den svår att upptäcka i elnätet.
Den andra typen är utrustningsfel. Till exempel kan en skadad likriktardiod i en apparat förhindra den normala omvandlingen mellan den positiva och negativa halv-cykeln, vilket resulterar i en asymmetrisk vågform och genererar övertoner av jämn-ordning. Detta är dock ett feltillstånd; när det väl inträffar, fungerar apparaten vanligtvis felaktigt eller utlöser en skyddsmekanism, och den har ingen lång-inverkan på elnätet, vilket gör det svårt att upptäcka.
Övertoner kan orsaka allvarliga störningar och skador på kraftsystem, och i allvarliga fall kan de till och med leda till förlamning av kraftsystemet.
Varför är jämn-ordningsövertoner "sällsynta"?
Enkelt uttryckt är till och med-ordningsövertoner nästan osynliga i elnätet, främst på grund av den utbredda användningen av "full-brygglikriktarteknik": den håller vågformen som genereras av elektriska apparater symmetrisk, och symmetriska vågformer kan inte brytas ned till jämna-orderövertoner{3}, vilket betyder att ens normala övertoner{3} inte genererar; dessutom har transformatorer i själva kraftsystemet en viss förmåga att undertrycka jämna-orderövertoner.
Finns det några elmätare som kan eliminera övertoner?
Strängt taget kan ingen elmätare "eliminera" övertoner. En elmätares funktion är att "mäta", inte "hantera". Medan elmätare inte eliminerar övertoner, finns det verkligen enheter i kraftsystemet speciellt utformade för att "eliminera" övertoner; dessa kallas filter.
Ny forskning tyder på att installation av lämpliga filter i framkanten av elmätare effektivt kan minska effekten av övertoner på mätningsnoggrannheten.