В данной статье мы рассмотрим что такое гармоники, фундаментальную частоту и сложные формы волны из-за гармоник, в конце статьи подведем краткие итоги по этой теме.
Что такое гармоники
Гармоники — это нежелательные более высокие частоты, которые накладываются на основную форму волны, создавая искаженную волновую картину.
В цепи переменного тока сопротивление ведет себя точно так же, как в цепи постоянного тока. То есть ток, протекающий через сопротивление, пропорционален напряжению на нем. Это связано с тем, что резистор является линейным устройством, и если приложенное к нему напряжение представляет собой синусоидальную волну, ток, протекающий через него, также является синусоидальной, поэтому разность фаз между двумя синусоидами равна нулю.
Как правило, при работе с переменными напряжениями и токами в электрических цепях предполагается, что они имеют чистую и синусоидальную форму с присутствием только одного значения частоты, называемого «основной частотой», но это не всегда так.
В электрическом или электронном устройстве или цепи, которая имеет вольт-амперную характеристику, которая не является линейной, то есть ток, протекающий через нее, не пропорционален приложенному напряжению. Чередующиеся сигналы, связанные с устройством, будут отличаться в большей или меньшей степени от сигналов идеальной синусоидальной формы. Эти типы сигналов обычно называют несинусоидальными или сложными сигналами.
Сложные сигналы генерируются обычными электрическими устройствами, такими как индукторы с железной сердцевиной, переключающие трансформаторы, электронные балласты в люминесцентных лампах и другие такие сильно индуктивные нагрузки, а также формы выходного напряжения и тока генераторов переменного тока, генераторов и других подобных электрических машин. В результате форма волны тока не может быть синусоидальной, даже если форма волны напряжения есть.
Также большинство электронных схем переключения источников питания, таких как выпрямители, кремниевые выпрямители (SCR), силовые транзисторы, преобразователи питания и другие подобные твердотельные переключатели, которые отключают и измельчают источники питания синусоидальной формы волны для управления мощностью двигателя или преобразования синусоидального источника переменного тока в постоянный. Эти переключающие схемы имеют тенденцию потреблять ток только при пиковых значениях источника переменного тока, и, поскольку форма сигнала переключающего тока не является синусоидальной, результирующий ток нагрузки, как говорят, содержит гармоники.
Несинусоидальные сложные формы волны создаются путем «сложения» серии синусоидальных частот, известных как «гармоники». Гармоники — это обобщенный термин, используемый для описания искажения синусоидальной формы волны сигналами разных частот.
Тогда независимо от формы сложную форму волны можно математически разделить на отдельные компоненты, называемые основной частотой и рядом «гармонических частот». Но что мы понимаем под «фундаментальной частотой»?
Фундаментальная частота
Фундаментальные формы волны (или первая гармоника) является синусоидальным сигналом , который имеет частоту питания. Фундаментальным является самой низкой или базовой частотой, ƒ , на которой построен комплекс формы сигнала и в качестве такового периодического времени, Τ результирующего комплексного сигнала будет равен периоду основной частоты.
Давайте рассмотрим основной сигнал переменного тока первой гармоники, как показано на рисунке.
Где:
Vmax — пиковое значение в вольтах, а
ƒ — частота колебаний в герцах (Гц).
Мы можем видеть, что синусоидальная форма волны представляет собой переменное напряжение (или ток), которое изменяется как синусоидальная функция угла, 2πƒ . Частоты формы волны, ƒ определяется числом циклов в секунду. В Соединенном Королевстве эта основная частота установлена на 50 Гц, тогда как в Соединенных Штатах она составляет 60 Гц.
Гармоники — это напряжения или токи, которые работают на частоте, которая является целым (целым числом) кратным основной частоте. Таким образом, для основной формы волны 50 Гц это означает, что частота 2-й гармоники будет 100 Гц (2 x 50 Гц), 3-й гармоники будет 150 Гц (3 x 50 Гц), 5-й = 250 Гц, 7-й = 350 Гц и так далее. Аналогичным образом, с учетом основной формы волны 60 Гц частоты 2-й, 3-й, 4-й и 5-й гармоник будут равны 120 Гц, 180 Гц, 240 Гц и 300 Гц соответственно.
Другими словами, мы можем сказать, что «гармоники» являются кратными основной частоты и поэтому могут быть выражены как: 2ƒ , 3ƒ , 4ƒ и т.д.
Сложные формы волны
Обратите внимание, что красные формы волны, приведенные выше, являются фактическими формами сигналов, видимыми нагрузкой, из-за гармонического содержания, добавляемого к основной частоте.
Основной сигнал также можно назвать сигналом 1й гармоники. Поэтому вторая гармоника имеет частоту, в два раза превышающую частоту основной, третья гармоника имеет частоту, в три раза превышающую основную, а четвертая гармоника имеет частоту, в четыре раза превышающую основную, как показано в левом столбце.
Правый столбец показывает сложную форму волны, сгенерированную в результате эффекта между добавлением основной формы волны и форм гармонических колебаний на разных частотах гармоник. Обратите внимание, что форма результирующего сложного сигнала будет зависеть не только от количества и амплитуды присутствующих частот гармоник, но также и от соотношения фаз между основной или базовой частотой и отдельными частотами гармоник.
Мы можем видеть, что сложная волна состоит из основной формы волны плюс гармоники, каждая из которых имеет свое пиковое значение и фазовый угол. Например, если основная частота задана как: E = V MAX (2πƒt) или V MAX (ωt) , значения гармоник будут заданы:
Для второй гармоники:
Е 2 = V 2max (2 * 2πƒt) = V 2max (4πƒt) = V 2max (2ωt)
Для третьей гармоники:
E 3 = V 3max (3 * 2πƒt) = V 3max (6πƒt), = V 3max (3ωt)
Для четвертой гармоники:
E 4 = V 4max (4 * 2πƒt) = V 4max (8πƒt), = V 4max (4ωt)
и так далее.
Тогда уравнение, данное для значения сложной формы волны, будет иметь вид:
Гармоники обычно классифицируются по их названию и частоте, например, 2- й гармонике основной частоты при 100 Гц, а также по их последовательности. Гармоническая последовательность относится к векторному вращению гармонических напряжений и токов по отношению к основной форме волны в сбалансированной 3-фазной 4-проводной системе.
Гармоника прямой последовательности (4-й, 7-й, 10-й,…) будет вращаться в том же направлении (вперед), что и основная частота. Тогда как гармоника обратной последовательности (2-й, 5-й, 8-й,…) вращается в противоположном направлении (обратном направлении) основной частоты.
Как правило, гармоники прямой последовательности нежелательны, поскольку они ответственны за перегрев проводников, линий электропередач и трансформаторов из-за добавления сигналов.
С другой стороны, гармоники обратной последовательности циркулируют между фазами, создавая дополнительные проблемы с двигателями, поскольку противоположное вращение вектора ослабляет вращательное магнитное поле, необходимое для двигателей, и особенно асинхронных двигателей, заставляя их создавать меньший механический крутящий момент.
Другой набор специальных гармоник, называемых «тройками» (кратными трем), имеют нулевую последовательность вращения. Тройки — это кратные третьей гармоники (3-й, 6-й, 9-й, …) и т.д., отсюда и их название, и поэтому они смещены на ноль градусов. Гармоники нулевой последовательности циркулируют между фазой и нейтралью или землей.
В отличие от гармонических токов прямой и обратной последовательностей, которые взаимно компенсируют друг друга, гармоники третьего порядка не компенсируются. Вместо этого сложите арифметически в общем нейтральном проводе, который подвергается воздействию токов всех трех фаз.
В результате амплитуда тока в нейтральном проводе из-за этих тройных гармоник может быть в 3 раза больше амплитуды фазового тока на основной частоте, что делает его менее эффективным и перегретым.
Затем мы можем суммировать эффекты последовательности, кратные основной частоте 50 Гц:
| Название | Основная | Вторая | Третья | Четвертая | Пятая | Шестая | Седьмая | Восьмая | Девятая |
| Частота, Гц | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 |
| Последовательность | + | — | 0 | + | — | 0 | + | — | 0 |
Обратите внимание, что та же самая гармоническая последовательность также применяется к основным сигналам 60 Гц.
| Последовательность | Вращение | Гармонический эффект |
| + | Вперед | Чрезмерный эффект нагрева |
| — | Обратный ход | Проблемы с крутящим моментом двигателя |
| 0 | Нет | Добавляет напряжения и / или токи в нейтральный провод, вызывая нагрев |
Резюме по гармоникам
Гармоники — это высокочастотные сигналы, накладываемые на основную частоту, то есть частоту цепи, и которые достаточны для искажения формы волны. Величина искажения, применяемого к основной волне, будет полностью зависеть от типа, количества и формы присутствующих гармоник.
Гармоники были в достаточном количестве только в течение последних нескольких десятилетий с момента появления электронных приводов для двигателей, вентиляторов и насосов, цепей переключения электропитания, таких как выпрямители, преобразователи питания и тиристорные регуляторы мощности, а также большинства нелинейных электронных фаз с управлением нагрузки и высокочастотные (энергосберегающие) люминесцентные лампы. Это связано, главным образом, с тем фактом, что управляемый ток, потребляемый нагрузкой, не точно соответствует синусоидальным сигналам питания, как в случае выпрямителей или силовых полупроводниковых коммутационных цепей.
Гармоники в системе распределения электроэнергии в сочетании с источником основной частоты (50 Гц или 60 Гц) создают искажения формы сигналов напряжения и / или тока. Это искажения создают сложную форму волны, состоящую из ряда частот гармоник, которые могут оказать неблагоприятное воздействие на электрооборудование и линии электропередач.
Величина искажения формы волны, придающая сложной форме ее характерную форму, напрямую связана с частотами и величинами наиболее доминирующих гармонических компонентов, частота гармоник которых кратна (целым числам) основной частоты. Наиболее доминирующими гармоническими составляющими являются гармоники низкого порядка со 2- го по 19- е, причем тройки являются наихудшими.
Из школьного курса физики мы привыкли считать, что в любой электрической сети, протекает переменный ток частотой 50 Гц синусоидальной формы, однако в реальных электросетях форма электрического сигнала сильно искажена. Благодаря наличию нелинейных искажений форма питающего напряжения далека от синусоидальных сигналов, изображенных на страницах учебника. Вызываемые гармониками искажения напряжения пагубно влияют на потребителей электроэнергии.
Гармониками электрического сигнала называются колебания с частотами кратными основной, разумеется, общий ряд будет состоять из четных и нечетных гармоник, в равной степени опасных для электросети. Гармонические токи ведут к нежелательным последствиям:
- перегреву трансформаторов;
- перегрузкам конденсаторов, корректирующих коэффициенты мощности;
- случайным срабатываниям УЗО;
- усилению поверхностного эффекта в проводниках;
- перегрузке нулевых проводников в трехфазных сетях с нейтралью и др.
Гармоническое искажение синусоидального сигнала перегружает электрическую сеть и ведет к необоснованным потерям электроэнергии.
Причины возникновения гармоник
Наличие гармоник характерно для всех электрических сетей. Появление четных гармоник чаще встречается в несимметричных системах, в то время как нечетные гармоники присутствуют во всех электросетях, как бытового, так и производственного назначения. Причины несинусоидальных токов таятся во влиянии нелинейных нагрузок, к которым можно отнести:
- управляемые электроприводы;
- оборудование для электросварки;
- электронные балласты светильников;
- устройства плавного запуска;
- однофазное оборудование.
Гармоники образуют импульсные источники питания бесчисленной электробытовой техники, источники бесперебойного питания, энергосберегающие люминесцентные лампы и т.д. Характерной чертой симметричной трехфазной сети при сбалансированных нагрузках является сдвиг токов на 120°, как следствие суммарный ток нейтрального провода имеет нулевое значение, Это условие распространяется на основную частоту, но в случае несинусоидальных фазных напряжений, когда электрический сигнал содержит гармоники ситуация может меняться. Гармоники, вектор вращения тока, которых совпадает по направлению с основной, носят название гармоник прямой последовательности, при вращении вектора в противоположном направлении – обратной. Кроме того существуют гармоники нулевой последовательности, сдвинутые в трехфазных цепях относительно друг друга на 360°, такими являются нечетные гармоники кратные трем (3-я, 9-я, 15-я, 21-я …).
Особенности гармоник кратных третьей
Как упоминалось выше, в сбалансированных трехфазных цепях ток в нейтрали отсутствует или обусловлен асимметрией линейных нагрузок, в случае гармоник он существенно возрастает. Для третьей гармоники, период которой втрое меньше основной, максимальные значения амплитуд совпадают по фазе и их значения складываются в нулевом проводе. К полученной сумме добавляются токи гармоник приведенного выше ряда, таким образом, суммарный ток всех гармоник в нейтральном проводе возрастает и может превышать фазные значения в полтора-два раза, например при фазном токе в 10 А, его значение в нулевом проводе может составлять 15 А и выше.
По существовавшим ранее стандартам четырехпроводные кабели изготавливались с нулевым проводом сечением вполовину меньшим, нежели фазных проводов. Это несет в себе опасность чрезмерного перегрева и возгорания кабеля. Отражаются нечетные гармоники, кратные третьей и на работе трехфазных трансформаторов.
Смотрите также другие статьи :
Измерение качества электрической энергии
Любые электроприборы и оборудование разрабатываются для работы в определенных условиях. Все составные элементы предусматривают характеристики, способные производить оптимальную полезность и отдачу при определенных параметрах поступающего тока.
Подробнее…Работа большинства электрических приборов обеспечивается качеством поступающей на них электрической энергии. Но даже в условиях безаварийной работы в системе возникают процессы, обуславливающие возникновение гармоник в электрических сетях. При этом никаких отключений или нарушений может и не происходить, большинство гармоник спокойно вырабатываются во всех цепях, независимо от рода нагрузки. Однако с возрастанием их величины, возможен ряд негативных последствий, как для потребителей, так и для энергосистемы в целом.
Что такое гармоники?
Если напряжение и ток, вырабатываемые источником, максимально приближается к форме идеальной синусоиды, то из-за нелинейных нагрузок, подключенных к электрической цепи, форма начального сигнала получает искажение. Гармоники представляют собой производные по частоте от основной синусоиды в 50 Гц и являются кратными ее величине [ 1 ].
По кратности гармоники подразделяются на четные и нечетные. То есть гармоника №1 – это 50 Гц, 2 – 100 Гц, 3 -150 Гц и т.д. Каждая из них является одной из составляющих результирующей формы напряжения и тока. А значит, что напряжение и ток в сети можно свободно разложить на гармонические составляющие [ 2 ].
Гармоники и их сложениеПосмотрите на рисунок выше, здесь вы видите детальный пример разложения синусоиды на гармоники и их влияние на форму синусоидального напряжения. В первой позиции изображены результирующая функция с нелинейными искажениями, которые обусловлены показанными ниже нечетными гармониками и подобными им с большей частотой. Величина этих гармоник будет определять величину скачков и провалов на результирующем сигнале. Поэтому, чем больше проявляется та или иная гармоника, тем больше кривая будет отличаться от синусоиды.
По сути, гармоника представляет собой паразитную ЭДС, которая никак не поглощается существующими потребителями или поглощается только частично. Из-за чего возникает негативное влияние на все силовые сети. Естественное поглощение осуществляют лишь активные сопротивления, но в размере пропорциональном потребляемой ими мощности. В то же время, сами потребители можно рассматривать как источники, активно генерирующие искаженный сигнал.
Причины и источники гармоник в электрических сетях
Главной причиной гармонического искажения является протекание каких-либо переходных процессов в электрических сетях. Независимо от характера созданной нагрузки, переходной процесс можно наблюдать в работе той же лампы накаливания, которая, казалось бы, характеризуется исключительно активными потерями. Так, разница между сопротивлением нити лампы в холодном и нагретом состоянии создает переходной процесс, который привносит скачок. Но из-за низкого уровня искажения и относительно кратковременного протекания, влияние на всю систему получается ничтожным.
Поэтому можно смело сказать, что и активные, и реактивные сопротивления в сетях электропитания могут способствовать генерации гармоник. Тем не менее, существует ряд устройств, обуславливающих весомую величину искажения, которая способна нанести существенный ущерб приборам. На практике к источникам искажения относят такие виды оборудования:
- Силовое электрооборудование – приводы постоянного и переменного тока, высокочастотные плавильные печи, полупроводниковые преобразователи, источники бесперебойного питания (ИБП), преобразователи частоты.
- Устройства, работающие по принципу формирования электрической дуги – электросварочные установки, дуговые печи, лампы освещения (ДРЛ, люминесцентные и другие).
- Насыщаемые приборы – двигатели, трансформаторы, обладающие магнитопроводом, который может достигнуть насыщения петли гистерезиса. Без такового насыщения их вклад в формирование гармонической составляющей будет незначительным.
Среди бытовых приборов значительный вклад в генерацию несинусоидальных составляющих вносят те же микроволновые печи. Обратите внимание, что из-за особенностей режима работы одна такая печь способна кратковременно снижать уровень напряжения в сети на 2 – 4%, и, что куда более существенно, повышать коэффициент искажения его кривой на 6 – 18%.
Категории и принцип разделения
В соответствии с особенностями протекания процесса в сетях и источниках электропитания,
- по пути распространения выделяют пространственные либо кондуктивные;
- по прогнозируемости времени возникновения выделяют случайные либо систематические;
- по продолжительности могут быть кратковременными (импульсными) либо длительными.
Так, импульсные возмущения обуславливаются единичными коммутациями в питающей сети, короткими замыканиями, перенапряжениями, которые после их отключения потребовали бы ручного включения. А в случае срабатывания АПВ, в основной гармонике появляются уже прогнозируемые изменения, наблюдающиеся в нескольких периодах.
Длительные изменения обуславливаются какой-либо циклической нагрузкой, подаваемой мощными потребителями. Для возникновения таких высших гармоник, как правило, необходима ограниченная мощность сети и относительно большие нелинейные нагрузки, обуславливающие генерацию реактивной мощности.
Возможные последствия
В случае постоянно присутствующего фактора, генерирующего гармоники, их воздействие может обуславливать различные негативные последствия в электрической сети. Из которых особо следует выделить:
- Сопутствующий нагрев, выводящий из строя изоляцию двигателей, обмоток трансформаторов, снижающий сопротивление конденсаторов и.т. При нагревании фазного провода или других токопроводящих элементов в диэлектриках возникают необратимые процессы, снижающие их изоляционные свойства.
- Ложное срабатывание в распределительных сетях – приводит к отключению автоматов, высоковольтных выключателей и прочих устройств, реагирующих на изменение режима, обусловленное гармониками.
- Вызывает асимметрию в промышленных сетях с трехфазными источниками при возникновении гармоники на одной фазе. От чего может нарушаться нормальная работа трехфазных выпрямителей, силовых трансформаторов, трехфазных ИБП и прочего оборудования.
- Возникновение шума в сетях связи, влияние на смежные слаботочные и силовые кабели за счет наведенной ЭДС. На величину гармоники ЭДС влияет как расстояние между проводниками, так и продолжительность их приближения.
- Приводит к преждевременному электрическому старению оборудования. За счет разрушения чувствительных элементов, высокоточные приборы утрачивают класс точности и подвергаются преждевременному изнашиванию.
- Обуславливает дополнительные финансовые расходы, обуславливаемые потерями от индуктивных нагрузок, остановкой производства, внеочередными ремонтами и преждевременной поломкой.
- Потребность увеличения сечения нулевых проводов в связи с суммированием гармоник кратных 3-ей в трехфазных сетях.
Рассмотрите на примере негативное влияние на работу трехфазных цепей. В идеальном варианте, когда каждая из фаз запитывает линейную нагрузку, система находится в равновесии. Это означает, что в сети отсутствуют гармоники, а в нулевом проводе ток, так как все токи при симметричной нагрузке смещены на 120º и компенсируют друг друга в нейтрали.
Если в схеме электроснабжения на одной из фаз возникает потребитель или фактор, искривляющий переменный ток, то возникает автоматическое изменение остальных фазных токов, их смещение относительно начальной величины и угла. Из-за нарушения симметрии и отсутствия компенсации в нулевом проводе начинает протекать ток.
Рис. 2. Развитие тока в нейтралиКак показано на рисунке 2, нечетные гармоники кратные 3-ей обладают тем же направлением, что и основной ток. Но в связи с нарушением компенсирующего эффекта симметричной системы, они накладываются друг на друга и способны выдать в нейтраль ток, значительно превышающий номинальный для этой цепи. Из-за чего возникает перегрев, который может вызвать аварийные ситуации.
Все вышеперечисленные последствия ведут к снижению качества электрической энергии, чрезмерным перегрузкам и последующему падению фазного напряжения. В частных случаях, последствия протекания гармоник могут создавать угрозу для персонала и потребителей. С целью предотвращения таких последствий на электростанциях, трехфазных кабелях и прочем оборудовании устанавливается защита от гармоник [ 3 ].
Защита от гармоник
Для защиты применяются устройства с активными и пассивными элементами, действие которых направлено на поглощение или компенсацию гармоник в сети. Наиболее простым вариантом являются LC-фильтры, состоящие из линейного дросселя и конденсатора.
Рис. 3. Схема LC-фильтраПосмотрите на рисунок 3, здесь изображена принципиальная схема фильтра. Его работа основана на индуктивном сопротивлении катушки L, которое не позволяет току мгновенно набирать или терять величину. И на емкости конденсатора C, которая обеспечивает постепенное нарастание или падение напряжения. Это означает, что гармоники не могут резко изменить форму синусоиды и обеспечивают ее плавное нарастание и спад на нагрузке RН.
При последовательном включении катушки и конденсатора с конкретной подборкой параметров, их комплексное сопротивление будет равно нулю для какой-то гармоники. Недостатком такого пассивного фильтра является необходимость формирования отдельной цепи для каждой составляющей в сети. При этом необходимо учитывать их взаимодействие. Так, к примеру, при гашении пятой гармоники происходит усиление седьмой, поэтому на практике устанавливаются несколько фильтров подряд, как показано на рисунке 4.
Рис. 4. Шунтирующий фильтрЗа счет того, что каждая цепочка L1-C1, L2-C2, L3-C3 шунтирует соответствующую составляющую, фильтр получил название шунтирующего. Помимо этого, в качестве входного фильтра могут применяться устройства с активным подавлением гармоник.
Рис. 5 Принцип действия активного кондиционера гармоникПосмотрите на рисунок 5, здесь изображен активный фильтр. Источник питания генерирует ток ips, на который оказывает влияние нелинейная нагрузка, из-за чего в сети получается несинусоидальная кривая in. Активный кондиционер гармоник (АКГ) измеряет величину всех нелинейных токов iahc и выдает в сеть такие же токи, но с противоположным углом. Что позволяет нейтрализовать гармоники и выдать потребителю ток первой гармоники максимально приближенный к синусоиде.
Установка любого из существующих видов защиты требует детального анализа гармонических составляющих, нагрузок, коэффициентов амплитуды и коэффициентов мощности для конкретной сети. Чтобы подобрать наиболее эффективный способ удаления и выполнить соответствующие настройки.
Видео к статье
Гармоники тока и напряжения в электросетях
Проблема гармоник….
Любые приборы и оборудование с нелинейными характеристиками являются источниками гармоник в своей сети. Если вы сталкиваетесь с таким оборудованием или имеете опыт работы в сетях с гармониками, тогда дроссели с конденсаторами или фильтрокомпенсирующие установки (ФКУ) могут прийти вам на помощь. Гармонические искажения и связанные с этим проблемы в электрических сетях, становятся все более превалирующими в распределительных сетях.
Проблемы создаваемые гармониками.
дополнительный нагрев и выход из строя конденсаторов, предохранителей конденсаторов, трансформаторов, электродвигателей, люминесцентных ламп и т.п.;
ложные срабатывания автоматических выключателей и предохранителей;
наличие третьей гармоники и ее производных 9,12 и т.д. в нейтрали может потребовать увеличения сечения ее проводника;
гармонический шум (частые переходы через 0) может служить причиной неправильной работой компонентов систем контроля;
повреждение чувствительного электронного оборудования;
интерференция систем коммуникации.
Следующие разделы являются описанием гармоник, характеризацией проблемы и поиском решения.
Происхождение гармонических искажений
Постоянно увеличивающиеся требования промышленности и народного хозяйства к стабильности, приспосабливаемости и точности контроля в электрическом оборудовании привело к появлению относительно дешевых силовых диодов, тиристоров, SCR (Silicon Controlled Rectifier) и других силовых полупроводников.
Сейчас, широко используемые в выпрямительных цепях UPS полупроводники, статические преобразователи переменного напряжения в постоянное, устройства плавного пуска пришедшие на смену устаревшим устройствам изменили картину формы тока и напряжения в электросетях. Хотя твердотельные реле, такие как тиристоры привнесли существенные изменения в схемотехнику систем контроля, они, также, создали проблему генерации гармоник тока. Гармоники тока могут сильно влиять на энергоснабжающие сети, а также перегружать косинусные конденсаторы служащие для компенсации реактивной мощности (при увеличении частоты, снижается сопротивление конденсатора и растет ток через него).
Мы сфокусировали наше внимание на таких источниках гармоник, как твердотельные элементы силовой электроники, однако существует много других источников гармонических токов. Эти источники могут быть сгруппированы в трех основных типах:
Силовое электронное оборудование: частотные привода переменного тока, привода постоянного тока, источники бесперебойного питания UPS, выпрямители (шестифазные, по схеме Ларионова), конвертеры, тиристорные системы, диодные мосты, плавильные печи высокой частоты.
Сварочное, дуговое оборудование: дуговые плавильные печи, сварочные автоматы, освещение (ДРЛ-ртутные лампы, люминесцентные лампы)
Насыщаемые устройства: Трансформаторы, двигатели, генераторы, и т.д. Гармонические амплитуды на этих устройствах являются обычно незначительна по сравнению с элементами силовой электроники и сварочным оборудованием, при условии что насыщение не происходит.
Форма синусоиды тока
Гармоники – это синусоидальные волны суммирующиеся с фундаментальной (основной) частотой 50 Гц (т.е 1-я гармоника=50 Гц, 5-я гармоника = 250 Гц). Любая комплексная форма синусоиды может быть разложена на составляющие частоты, таким образом комплексная синусоида есть сумма определенного числа четных или нечетных гармоник с меньшими или большими величинами.
Гармоники – есть продолжительные возмущения или искажения в электрической сети, имеющие различные источники и проявления такие как импульсы, перекосы фаз, броски и провалы, которые могут быть категоризованы как переходные возмущения.
Переходные возмущения обычно решаются путем установки подавляющих или разделяющих (изолирующих) устройств, таких как импульсных конденсаторов, изолирующих (разделяющих) трансформаторов. Эти устройства помогают устранить переходные возмущения, но они не помогают устранить гармоники низких порядков или устранить проблемы резонанса в связи с присутствием гармоник в сети.
Гармоническое содержание синусоиды
Тиристоры и SCR выпрямители обычно проявляются числом пульсаций постоянного тока которые они производят каждый период. Обычно это 6-и или 12-пульсные выпрямители. Есть много факторов, которые могут влиять на гармоническое содержание, но типичные гармонические токи, показанные как процент от фундаментального тока 50 Гц, показаны в таблице. Другие номера гармоник также будут присутствовать, в небольшой степени, но из практических соображений они не приводятся.
Номер гармоники | Типичное содержание в % гармоник тока | |
|---|---|---|
— | 6-ти пульсный выпрямитель | 12-ти пульсный выпрямитель |
1 | 100 | 100 |
5 | 20 | — |
7 | 14 | — |
11 | 9 | 9 |
12 | 8 | 8 |
17 | 6 | — |
19 | 5 | — |
23 | 4 | 4 |
23 | 4 | 4 |
Разложение формы кривой тока на гармонические составляющие
Перегрузка конденсаторов гармониками
Согласно закону Ома сопротивление цепи определяет протекающий по ней ток. Так как сопротивление источника энергии является индуктивным, кроме того, импеданс сети увеличивается с частотой, в то время как сопротивление конденсатора с ростом частоты уменьшается. Это вызывает рост тока через конденсаторы и оборудование содержащее их. При определенных обстоятельствах, гармонические потоки могут превысить ток фундаментальной гармоники 50 Гц протекающей через конденсатор. Эти гармонические проблемы могут также вызвать увеличение напряжения на конденсаторе, которое может превысить максимально допустимое значение и привести к пробою конденсатора.
Гармонический резонанс
Резонанс в сети достигается когда сопротивление конденсатора равно сопротивлению источника. Когда мы применяем конденсаторы для компенсации реактивной мощности в распределительных сетях, которые содержат и емкостную и индуктивную (индуктивность линии, силовых трансформаторов) составляющую, всегда существует частота на которой возможно явление параллельного резонанса конденсатора с источником.
Если это происходит, или частота близка к частоте резонанса, то гармоники генерируемые силовыми полупроводниками (большие токи гармоник) начинают циркулировать между генерирующей сетью и конденсаторным оборудованием. Эти токи ограничиваются только сопротивлением линии. Такие токи приводят к возмущениям и искажениям напряжения в сети. Как результат: повышенное напряжение на конденсаторах, и повышенный ток через них, Резонанс может произойти на любой частоте, но в основном это 5-я, 7-я, 11-я и 13-я гармоники которые генерируются 6-пульсными системами выпрямления трехфазного напряжения.
Предотвращение резонанса в электросетях
Есть несколько путей, чтобы избежать явлений резонанса в распределительных сетях где установлены конденсаторы. В больших распределительных сетях, есть возможность установки их в части сети, которая не имеет параллельного резонанса с индуктивностью трансформатора. Изменяя выходную мощность конденсаторной установки, мы можем отстроиться от опасной резонансной частоты. Резонансная частота с включением каждого шага конденсаторной установки изменяется.
Резонансные явления при использовании конденсаторов в электросетях с нелинейными потребителями
Сдвиг резонансной частоты
Если резонанса нельзя избежать вышеприведенным методом, необходимо альтернативное решение. Последовательно с каждым конденсатором ставится реактор (трехфазный дроссель) таким образом, чтобы система конденсатор-дроссель имела индуктивный характер на критических частотах, и емкостной характер на основной частоте 50 Гц. Для этого система конденсатор-дроссель должна иметь резонансную частоту ниже наименьшего частоты гармоники присутствующей в сети, которая обычно бывает 5-ой (250 Гц). Это означает, что частота настройки системы конденсатор дроссель д.б. между значениями 175…270 Гц. В системе конденсатор дроссель напряжение основной частоты на дросселе повышается, соответственной мы должны использовать конденсаторы на повышенное напряжение.
Снижение гармонических искажений
Гармонические искажения могут подавляться в электрических системах при использовании гармонических фильтров. В классическом виде фильтр представляет собой последовательно соединенные конденсатор и индуктивность и настроенные на определенную гармоническую частоту. В теории сопротивление фильтра равно нулю на частоте резонанса, поэтому гармонический ток абсорбируется фильтром. Этот эффект вместе с сопротивлением линии означает, что таким образом можно хорошо подавлять гармоники в сети.
Типы фильтров гармоник
Эффективность фильтра любой формы зависит от его реактивной мощности, точности настройки, и импеданса сети в точке подключения. Гармоники ниже частоты резонанса фильтра будут усиливаться. Схемотехника фильтра важна, чтобы быть уверенным в том что искажения не будут усиливаться до неприемлемых уровней. Когда несколько различных порядков гармоник присутствуют в сети мы можем подавлять одни в то же время усиливая другие. Фильтр 7-ой гармоники создает параллельный резонанс на частоте 5-ой и усиливает ее, поэтому к фильтру 7-ой гармоники необходим фильтр 5-ой гармоники. Поэтому часто необходимо использовать несколько фильтров, настроенных каждый на свою частоту.
Анализ и измерение гармоник в сети
Прежде чем приступать к внедрению конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности на предприятии, а также фильтров гармоник необходимо провести всесторонние измерения параметров сети: активную реактивную, полную мощность, величину и уровни гармоник тока и напряжения, провалы и перенапряжения в линии, фликкер. Для этих целей компания Матик электро имеет в своем штате профессиональных инженеров с анализаторами сети и ноутбуками для обработки информации на месте съема. Мы проводим выездные измерения по всей России, предоставляем отчет и рекомендации с последующим внедрением энергосберегающего оборудования (конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности) и фильтров гармоник.
Следует обратить внимание, что в условиях этого примера, в связи с большим моментом инерции барабанов, формирование моментов сил упругости во время переходного процесса происходит в основном за счет гармоник третьей частоты, а не первой и второй, как это было в примере, рассмотренном в 26. [c.119]
В отличие от рассмотренного в 26 примера однобарабанной машины главное влияние на формирование упругих моментов переходного процесса оказывает гармоника третьей частоты, задаваемая ротором электрического двигателя, тогда как в примере 26 упругие моменты в линиях передач шахтного подъемника определялись гармониками первых двух низких частот, задаваемых канатами. [c.127]
Третий член разложения (при п = 3) йз eos Зф + Ьз sin Зф, выражающий ошибку формы, имеет три максимума, является гармоникой третьего порядка с периодом и характеризует трех- [c.57]
ВОЗМУЩЕНИЯ от ГАРМОНИК ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА 193 [c.193]
Возмущения от гармоник третьего порядка [c.193]
Рассмотрим теперь возмущения от секториальной и тессеральных гармоник третьего порядка. Аналитические выражения этих возмущений могут быть найдены тем же методом, что и в случае второй гармоники. [c.193]
Учет гармоник третьего и четвертого порядков в разложении гравитационного потенциала Луны дает следующие члены в разложениях компонент физической либрации Луны [67] (табл. 41). [c.207]
Целью данной главы является нахождение форм бифуркации на последовательности Якоби. С практической точки зрения главное здесь то, что первый коэффициент устойчивости, который обращается в нуль, соответствует определённой гармонике третьего порядка. [c.164]
IV и т. д.). Все нечетные гармоники, начиная с III, равны нулю. В двухтактной же схеме четные гармоники тока создают на внешней нагрузке напряжение, равное нулю. Отсюда ясна возможность использования режима класса В при двухтактных схемах. Работая в режиме класса А, мы все же не освобождаемся целиком от нелинейных искажений, т. к. характеристика лампы не прямолинейна. Однако при правильном выборе режима лампы можно коэф. нелинейных искажений, вносимый лампой, свести до долей процента. Характеристика лампы имеет форму кривой, похожую на параболу благодаря этому лампа дает ярко выраженную вторую гармонику, третья и высшие гармоники обычно невелики. Если учитывать только вторую гармонику, то коэфициент нелинейных искажений определяется крайне просто он равен (фиг. 22) [c.310]
Теоретическое исследование этого явления сложно ), и мы ограничимся элементарным рассмотрением, которое даст некоторое объяснение этого явления. Возьмем в качестве примера рассмотренный в предыдущем параграфе случай, описываемый уравнением (60). Было показано, что в этом случае свободные колебания не представляют простого гармонического движения и что их приближенное выражение содержит также высшую гармонику третьего порядка поэтому для перемещения х можно принять выражение [c.161]
Например, нелинейная восприимчивость третьего порядка приводит к генерации четвертой, четвертого порядка к генерации пятой гармоники и т. д. Экспериментально генерация четвертой оптической гармоники была обнаружена в 1974 г. С. А. Ахмановым и его сотрудниками. Прямая генерация пятой гармоники в ксеноне наблюдалась экспериментально в 1973 г. Харрисом. [c.394]
Можно объяснить все эффекты преобразования частот также исходя и из квантовой теории. С точки зрения квантовой физики все эти эффекты являются многофотонными процессами, при которых в каждом элементарном акте взаимодействия участвуют несколько (три в случае генерации второй гармоники, четыре в случае генерации третьей гармоники и т. д.) фотонов. Например, согласно этой схеме, при генерации второй гармоники одновременное исчезновение двух фотонов с частотами ы каждого приводит к мгновенному рождения одного фотона с частотой 2 d. Отсутствие задержки между исчезновением двух квантов и рождением одного приводит к когерентности волн с удвоенной частотой. Благодаря этому про- [c.394]
До сих пор речь шла о второй гармонике. Аналогичным образом происходит и генерация третьей гармоники», первичное излучение с частотой о создает в нелинейной среде ансамбль диполей, колеблющихся и излучающих вторичные волны с частотой 3[c.843]
Отдельные члены этого ряда называются гармониками значениям S = 1, 2, 3 и т. д. соответствуют гармоники первого, второго, третьего и т. д. порядков. [c.77]
Из этого равенства видно, что гармоники высших порядков-записываются на ленту вибрографа с тем меньшим искажением, чем выше их номер. Если, исходя из высказанного в предыдущем параграфе соображения, выбрать отношение k/p настолько малым, чтобы погрешность записи первой гармоники не выходила за заданные тесные пределы, то относительная погрешность записи второй гармоники будет в четыре, третьей — в девять и т. д. раз меньше, чем первой. [c.79]
Следовательно, в среднем сечении стержня четные гармоники деформации должны отсутствовать. И действительно, в найденном нами распределении амплитуд деформаций (рис. 436, а) амплитуды четных гармоник в среднем сечении обращаются в нуль. Подобным же образом мы могли бы проследить связь между формой колебаний и амплитудой гармоник в других сечениях стержня. Мы обнаружили бы, что, например, в сечениях стержня, делящих его на три равные части, форма колебаний скорости такова, что амплитуды скорости третьей гармоники и всех кратных ей должны обращаться в нуль. [c.666]
Коэффициенты генерации второй гармоники (элементы тензора rf ) нелинейных кристаллов приведены в табл. 33.18. Элементы тензора связаны с линейными оптическими восприимчивостями сред через тензор третьего ранга 6 (тензор Миллера) . [c.878]
Без демпфера недопустим резонанс с главными гармониками низких порядков (третьего и шестого для шестицилиндровых, четвёртого для восьмицилиндровых четырёхтактных двигателей) во всей области оборотов от до даже при быстром прохождении соответствующих критических оборотов. Касательные дополнительные напряжения вала при резонансе с главными гармониками третьего и четвёртого порядков превышают 800 кг/см , а с гармониками шестого и восьмого порядков 40и—600 [c.525]
Решение улучшенного первого приближения содержит, помимо основной гармоники, гармонику третьей кратности и выпуж- [c.86]
Таким образом, в этом случае разрыв образуется сртзу в двух точках, на положительном и отрицательном полупериодах. Заметим, что в такой волне появляются лишь нечетные гармоники — третья, пятая и т.д. [c.60]
Для создания трехфазной индуктивной нагрузки с помощью дросселей асыщения используют 3 трехфазных трансформатора, обмотки низшего апряжеиия (ОНН) которого включаются по схеме треугольник . Схема влияние гармоник третьего порядка. [c.531]
В последние годы обработка результатов лазерной локации Луны, полученных при помощи лазерных уголковых отражателей, установленных на лунной поверхности экипажами космических кораблей серии Аполлон (США), привела к необходимости уточнения ряда параметров фигуры и вращательного движения, т. е. физической либрации Луны. Некоторые из этих параметров, а также коэффициенты гармоник третьего и четвертого порядков разложения гравитационного поля Луны, определенные на основе анализа траекторных измерений искусственных спутников Луны типа Lunar Orbiter, приведены в табл. 39 [67]. Коэффициенты разложений компонент физической либрации Луны и аргументы, соответствующие указанным значениям и у и учету влияния вторых гармоник в фигуре Луны, заданы табл. 40 [67]. [c.206]
Это явление связано с тем, что характеристики перехода описываются функциями от OS0 и, следовательно, являются частотно-периодическими При этом переход, рассчитанный на некоторую рабочую длину волны Яо, имеет полосы согласования на гармониках третьей, пятой и т. д. Случай 0ор = я/4 соответствует трехкратному разнесению рабочих длин волн [c.60]
Чему будет равна частота маятника при больших амплитудах В этом случае движение не может характеризоваться только единственной частотой. Мы уже видели, что наиболее важный член (т. е. наибольший по величине) — это член с sin o и поэтому частоту ы мы можем назвать основной частотой маятника. В нашем приближении со дается вторым выражением (38). Член, содержащий sin Зсо/, называется третьей гармоникой основной частоты. Из нашего обсуждения выражения (33) вытекает, что точное решение содержит бесконечное число гармоник, большинство из которых оказываются очень малыми. Из (33) следует, что амплитуда основной компоненты движения равняется 0о амплитуда компоненты третьей гармоники равна е0о. [c.214]
Параметрическое усиление служит физической основой для создания параметрических генераторов света. Принципиальная схема такого генератора показана на рис. 41.13. В резонатор, образованный плоскими зеркалами М.. и Мнелинейный кристалл К, вырезанный таким образом, что для волн, распространяющихся перпендикулярно зеркалам, выпoлня pт я векторные условия синфазности + А = либо к + к — к. Для возбуждения параметрической генерации применяется излучение второй (или третьей) гармоники рубинового или неодимового [c.852]
Аналогичным образом происходит и генерация третьей гармоники с частотой Зсо. Мощность третьей гармоники пропорциональна кубу мощности излучения падающей волны. Трудность получения генерации третьей гармоники связана с малым значением поляризуемости на тройной частоте. Это обстоятельство вынуждает применять потоки большой интенсивности, что часто приводит к разрушению материала. Однако, несмотря на эти трудности, генерация третьей гармоники наблюдается при выполнении условия синхронизма в исландском шпате (СаСОз), обладающем значительным двойным лучепреломлением, а также в некоторых оптически изотропных кристаллах (Ь1Р, ЫаС1) и жидкостях. [c.305]
Очевидью, такая форма колебаний может получиться только в том случае, если значения всех гармоник спектра этих колебаний точно повторяются Б те моменты времени, когда возникают импульсы одного знака, и повторяются по величине, но противоположны по знаку в те моменты времени, когда возникают импульсы обратного знака. Но, как видно из рис. 437, этому требованию удовлетворяют только нечетные гармоники (на рис. 437 сплошной линией изображены первая и третья гармоники) и не удовлетворяют четные гармоники (на рисунке пунктиром изображена вторая гармоника). [c.665]
В общем случае в разложении поляризации по степеням поля необходимо учитывать также низкочастотные поля. Большинство нелинейных эффектов связано с членами ряда, пропорциональными квадрату и кубу амплитуды электрического поля. Квадратичная поляризация обусловливает существование таких эффектов, как генерация второй гармоники, оптическое выпрямление, линейный электрооптический эффект (эффект Поккельса) и параметрическая генерация. К эффектам, обязанным своим существованием поляризации, кубичиой по полю, откосятся геиерация третьей гармоники, квадратичный электрооптический эффект (эффект Керра), двухфотонное поглощение, вынужденное комбинационное рассеяние, вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэ-ка и вынужденное ралеевское рассеяние. [c.860]
Для возбуждения растворов красителей в импульсном режиме чаще всего используются рубиновый (694 нм, основная частота и вторая гармоника), неодимовый (1060 нм, основная частота, вторая, третья и четвертая гармоники), азотный (337 нм) и ксеноновый (172,5 нм) импульсные лазеры. Генерация может быть осуществлена практически при любой длине волны в диапазоне от 340 до 1100 нм при КПД, достигающем десятков пррцентов. Ширина спектра составляет 5—50 нм [c.956]
Моя третья гармонь | Пой, гармоника!
Здравствуйте, уважаемые пользователи сайта «Пой, гармоника!».
Ну вот и настало время представить вам третью гармонь моей работы. На этот раз вот так, сразу, без промежуточных отчётов о различных этапах изготовления…
Начало работы над гармонью
Работа над этой гармонью была начата в самом конце мая 2014 года, но к концу лета, изготовив корпус мех и гриф, я понял,что крупно напортачил с дизайном, пытаясь пойти незнакомым путём(в подробности углубляться не буду). Но самое главное-я не смог качественно реализовать желание будущего владельца покрасить инструмент в жёлтый цвет. В итоге, по согласованию с заказчиком, в сентябре месяце работа была начата с нуля(договорились делать лакированный корпус).
За основу я взял работы норвежского мастера Олафа Бергфлодта, понравившиеся мне своим изяществом.
Общие характеристики: тональность, голосность, диапазон
Итак, вот что у меня получилось: гармонь двухголосая(два голоса через октаву) с четырёхголосым басом, тональность до–диез, 21 кнопка справа(две полные октавы, плюс, третья октава–до ноты «фа», с тремя полутонами), 24 кнопки слева(по сравнению со стандартной хромкой отсутствует кнопка номер 17, обычно дублирующая ноту «ре», которых у нас и так две). Голосовые планки–кусковые дюралевые, с предварительно проведённой профилактикой.Особенности настройки и конструкции
Настройка–в чистом строе, на слух, по схеме из книги «Ремонт гармоник, баянов и аккордеонов»(по чистым квартам, квинтам и октавам). Меховые уголки делал сам. Левая механика сделана также, как и в предыдущей гармони(по «баянному» типу), но с применением капролона и фторопласта в проблемных местах в плане трения(сепараторы валиков и гребёнка, в которой ходят толкатели). Материал корпуса–ольха и бук.
Металлическую накладку на ребро грифа делать не стал, посчитал, что ей не место в гармони, где во внешней отделке металл отсутствует вовсе… Ну, не считая меховых уголков.
Размеры гармони
По размерам: данная гармонь по высоте корпуса–на сантиметр больше, чем моя первая, по ширине–такая же. Кто–то подумает «опять огрызок сделал», но таково было желание заказчика–компактный лёгкий инструмент.
Благодарности
Хочу поблагодарить Владимира Фомина: некоторые использованные мной идеи предложены именно им. Также спасибо Павлу Индюкову за помощь материалами и фурнитурой.
Итоги и фотографии
Вот и всё, что у меня есть сказать. Дальше–фото и видео. Правда, с видео у меня вышла промашка, так как, не имея достаточно времени, по ошибке записал его в низком качестве. Но через пару недель запишу и выложу что–нибудь ещё.
Моя четвёртая гармонь…
Обсуждение на форуме.
В процессе работы:
Высшие гармоники в электросетях
Высшие гармоники в сети.
В связи с быстрым ростом применения устройств использующих в своей схеме тиристоры, которые часто генерируют в сеть гармоники, появилось достаточно большое количество возмущений в электросетях.Эти возмущения приводят к систематическому недопроизводству, а то и сбоям производственного оборудования. Поэтому, необходимо использовать фильтры гармоник для предотвращения роста уровня нелинейных искажений в сети, поглощения (тепловыделения) гармоник, а также для рационального использования электроэнергии.
Что такое гармоники?
Искаженная кривая тока или напряжения может быть разложена на фундаментальную синусоиду (50 Гц) и сумму определенного количества частот кратных 50 Гц. Например 250 Гц – 5-я гармоника и 350 Гц — 7-я гармоника.Сумма определенного количества частот, которые могут быть добавлены к синусоиде 50 Гц для получения существующей формы тока или напряжения и называется гармониками. Соответственно при изменении их амплитуды, фазы и частоты изменяется кривая тока или напряжения как результат синтеза гармоник.
Нелинейные искажения проявляются как изменение синусоидальности кривой тока или напряжения. Частоты выше фундаментальной (50 Гц) называются гармониками, частоты ниже фундаментальной называются субгармониками.
Для примера на рисунке ниже искаженная кривая представлена как сумма фундаментальной частоты 50 Гц и суммы гармоник 5-ой (250 Гц) и 7-ой (350 Гц).
Искаженная кривая = 50 Гц основная частота + 5-я гармоника (250 Гц) + 7-я гармоника (250 Гц)
Источники (усилители) гармоник
- Тиристорные контроллеры
- Частотные приводы
- Устройства плавного пуска двигателя
- Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (без фильтров)
- Полупроводники
- Дуговая сварка
- Трансформаторы, реакторы
- Нелинейная нагрузка искажающая форму кривой тока, что генерирует гармоники
Процесс инжиниринга для подавления гармоник
- Сбор данных (состояние системы, гармонический спектр, THD предел)
- Построение карты импедансов системы
- Расчет импеданса гармоникам и определение порядка фильтра
- Расчет перетоков гармоник
- Отработка на специализрованном ПО
- Проверка возможных ненормальных резонансов в системе, и вероятности усиления гармоник
- Разработка и производство системы подавления гармоник
- Проверка системы после инсталляции
- Отчет о проделанных измерениях и внедренном оборудовании
Искажения (возмущения) вносимые гармониками
Гармоники генерируемые источниками не остаются в системе а проявляются в соседних связанных электросетях и могут приводить к катастрофическим последствиям в других системах.- Перегрев и выход из строя трансформаторов
- Увеличение тока, или перегрузка током конденсаторов и шум
- Сбои в работе систем контроля
- Изменение напряжения
- Перегрузка вращающихся устройств
- Ошибки срабатывания автоматических выключателей
- Ошибки в коммуникационном оборудовании
- Большой ток в нейтрали и низкое напряжение между фазой и PE
Что такое фильтр гармоник?
Фильтр гармоник – устройство, которое подавляет и потребляет гармоники генерируемые различным оборудованием. Он состоит из резистора, катушки индуктивности (реактора ) и конденсатора.Типовой фильтр гармоник состоит из одиночных шунтирующих фильтров для гармоник низкого порядка (3-15 я). Эти фильтры настроены на частоту гармоники, которую они подавляют. Для гармоник более высокой частоты, устанавливаются дополнительные фильтры.
Эффективность фильтров гармоник.
- Улучшение cos (φ) в сети (уменьшаются перетоки реактивной мощности, улучшается эффективность использования электроэнергии и как следствие снижаются затраты)
- Подавление (вытягивание) гармоник из сети
- Решение проблемы резонанса между индуктивностями и емкостями в системе
- Увеличение производительности и срока службы оборудования на производстве вследствие контроля за качеством напряжения
In — Генерируемый гармонический ток Zfn —
Ifn — Гармонический ток на входе в фильтрующую систему
Isn — Гармонический ток поступающий в цепь трансформатора (генератора) – источника
питания
Zfn – Входной импеданс фильтра (по отношению к гармоникам)
Zfn – Входной импеданс трансформатора (по отношению к гармоникам)
Европейский стандарт содержания гармоник в сети
| Напряжение системы | менее 35 кВ | Более 35 кВ |
| THD U[%] | 3% | 1,5% |
Предельные значения THDI %, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.
| Iкз / I п. макс. * | <11 ** | 11≤h<17 | 17≤h<23 | 23≤h<35 | 35≤h | THD |
|---|---|---|---|---|---|---|
| <20*** | 4,0 | 2,0 | 1,5 | 0,6 | 0,3 | 5,0 |
| 20<50 | 7,0 | 3,5 | 2,5 | 1,0 | 0,5 | 8,0 |
| 50<100 | 10,0 | 4,5 | 4,0 | 1,5 | 0,7 | 12,0 |
| 100<1000 | 12,0 | 5,5 | 5,0 | 2,0 | 1,0 | 15,0 |
| >1000 | 15,0 | 7,0 | 6,0 | 2,5 | 1,4 | 20,0 |
* — Максимальное искажение по току в % I п. макс. (первой гармоники = 50 Гц)
** — Порядок гармоники (нечетные)
*** — Все энергогенерирующее оборудование ограничивается значениями нелинейных искажений по току в зависимости величины отношения тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.Примечание
— Четные гармоники лимитируются на уровне 25% от величины нечетной гармоники— Нелинейные искажения по току могут проявляться как появление постоянной составляющей в синусоиде, что приводит к перегреву (перенасыщению) силовых трансформаторов постоянным током, поэтому применение однополупериодных схем выпрямления (конвертеров) не допустимо.
Предельные значения нелинейных искажений по напряжению (IEEE Std 519-1992)
| Напряжение на шинах | Нелинейные искажения по гармоникам, % | THD, % |
|---|---|---|
| 69 кВ и ниже | 3,0 | 5,0 |
| от 69,001 кВ до 161кВ | 1,5 | 2,5 |
| свыше 161,001 кВ | 1,0 | 1,5 |
MEEP Документация
Документация MEEP- Домой
- 2d Cell Special kz
- Подтверждения
- Сборка из источника
- C ++ Информация для разработчиков
- C ++ Tutorial
- Куски и симметрия
- Скачать
- Eigensolver Math
- Эксплуатация симметрии
- Вопросы-Ответы
- Полевые функции
- Guile и информация о схеме
- Монтаж
- Введение
- Лицензия и авторское право
- материалы
- Режим разложения
- Параллельный Мип
- Идеально подобранный слой
- Информация для разработчиков Python
- Пользовательский интерфейс Python
- Схема интерфейса пользователя
- Субпиксельное сглаживание
- Синхронизация магнитного и электрического полей
- Функция запуска не является циклом
- Единицы и нелинейность
- Йи Решетка
- Python Tutorials
- AdjointSolver
- основы
- Пользовательский источник
- Цилиндрические координаты
- Собственный источник
- Решатель частотной области
- GDSII Import
- Гиротропные СМИ
- Локальная плотность штатов
- Материал Дисперсия
- Режим разложения
- Многоуровневая атомная восприимчивость
- Рядом с дальнего поля спектры
- Оптические силы
- Резонансные режимы и передача в волноводной полости
- Третье поколение гармоник
- Схемы Учебники
- основы
- Казимир Силы
- Пользовательский источник
- Цилиндрические координаты
- Собственный источник
- Решатель частотной области
- Гиротропные СМИ
- Локальная плотность штатов
- Материал Дисперсия
- Режим разложения
- Многоуровневая атомная восприимчивость
- Рядом с дальнего поля спектры
- Оптические силы
MEEP Документация
Документация MEEP- Домой
- 2d Cell Special kz
- Подтверждения
- Сборка из источника
- C ++ Информация для разработчиков
- C ++ Tutorial
- Куски и симметрия
- Скачать
- Eigensolver Math
- Эксплуатация симметрии
- Вопросы-Ответы
- Полевые функции
- Guile и информация о схеме
- Монтаж
- Введение
- Лицензия и авторское право
- материалы
- Режим разложения
- Параллельный Мип
- Идеально подобранный слой
- Информация для разработчиков Python
- Пользовательский интерфейс Python
- Схема интерфейса пользователя
- Субпиксельное сглаживание
- Синхронизация магнитного и электрического полей
- Функция запуска не является циклом
- Единицы и нелинейность
- Йи Решетка
- Python Tutorials
- AdjointSolver
- основы
- Пользовательский источник
- Цилиндрические координаты
- Собственный источник
- Решатель частотной области
- GDSII Import
- Гиротропные СМИ
- Локальная плотность штатов
- Материал Дисперсия
- Режим разложения
- Многоуровневая атомная восприимчивость
- Рядом с дальнего поля спектры
- Оптические силы
- Резонансные режимы и передача в волноводной полости
- Третье поколение гармоник
- Схемы Учебники
- основы
- Казимир Силы
- Пользовательский источник
- Цилиндрические координаты
- Собственный источник
- Решатель частотной области
- Гиротропные СМИ
- Локальная плотность штатов
- Материал Дисперсия
- Режим разложения
- Многоуровневая атомная восприимчивость
- Рядом с дальнего поля спектры
- Оптические силы
3.3 гармоника серии I: тембр и октава
Задумывались ли вы, как труба играет так много разных нот только с тремя клапанами, или как горн играет разные ноты без клапанов вообще? Задумывались ли вы, почему звучание гобоя и флейты так отличается, даже когда они играют одну и ту же ноту? Что делает струнник, когда играет на «гармониках»? Почему некоторые ноты звучат хорошо вместе, в то время как другие ноты, кажется, конфликтуют друг с другом? Ответы на все эти вопросы связаны с гармоническим рядом.
Физика, Гармоника и Цвет
Большинство музыкальных нот — это звуки с особой высотой звука. Высота звука зависит от основной частоты звука; чем выше частота и короче длина волны звуковых волн, тем выше высота тона. Но музыкальные звуки не имеют только одну частоту. Звуки, которые имеют только одну частоту, не очень интересны или симпатичны. Они имеют не более музыкальный цвет, чем сигнал будильника. С другой стороны, звуки, которые имеют слишком много частот, такие как звук разбитого стекла или океанских волн, разбивающихся о берег, могут быть интересными и даже приятными.Но у них нет определенной высоты звука, поэтому они обычно не считаются музыкальными нотами.
Рисунок 3.13. Частота и шаг
Чем короче длина волны и чем выше частота, тем выше звучит нота.
Когда кто-то играет или поет музыкальный тон, слышен только очень определенный набор частот. Каждая нота, которая выходит из инструмента, на самом деле представляет собой плавную смесь множества разных звуков. Эти разные высоты называются гармониками , и они так хорошо смешаны, что вы вообще не слышите их как отдельные ноты.Вместо этого гармоники дают ноте свой цвет.
Какого цвета звук? Скажем, гобой играет среднюю C. Затем флейта играет ту же ноту на том же динамическом уровне, что и гобой. Все еще легко отличить две ноты, потому что гобой звучит не так, как флейта. Это различие в звуках составляет цвет или тембр (произносится как «TAM-ber») нот. Как цвет, который вы видите, цвет звука может быть ярким и жирным или глубоким и насыщенным. Он может быть тяжелым, светлым, темным, тонким, гладким, мутным или прозрачным.Некоторые другие слова, которые музыканты используют, чтобы описать тембр звука: тональный, медный, пронзительный, мягкий, полый, сфокусированный, прозрачный, хриплый (произносится BRETH-е) или полный. Слушайте записи скрипки и альта. Хотя эти инструменты очень похожи, альт имеет заметно «более глубокий» звук, а скрипка — заметно «более яркий» звук, а не просто скрипка, играющая более высокие ноты. Теперь послушайте ту же фразу, которую играет электрогитара, акустическая гитара с двенадцатью стальными струнами и акустическая гитара с шестью нейлоновыми струнами.Слова, которые музыканты используют для описания тембра, несколько субъективны, но большинство музыкантов согласились бы с утверждением, что по сравнению друг с другом первый звук мягкий, второй яркий и третий богатый.
Упражнение 3.3.1. (Перейти к решению)
Слушайте записи разных инструментов, играющих в одиночку или играющих очень заметно над группой. Некоторые предложения: соната для скрипки или виолончели без сопровождения, концерт для флейты, гобоя, трубы или рожка, асаи или флейта с музыкой коренных американцев, классическая гитара, волынка, стальные барабаны, дудочки или орган.Какие «цветные» слова вы бы использовали для каждого инструмента, чтобы описать тембр каждого инструмента? Используйте как можно больше слов, которые кажутся уместными, и постарайтесь придумать те, которые не перечислены выше. Какой-нибудь из инструментов на самом деле заставляет вас думать о конкретных оттенках цвета, таких как пожарная машина красного или небесно-голубого цвета?
Откуда берутся гармоники и тембр? Когда струна вибрирует, основной тон, который вы слышите, — это вибрация всей струны вперед-назад. Это , фундаментальный , или первая гармоника.Но струна также вибрирует пополам, третями, четвертями и так далее. (См. «Стоящие волны» и «Музыкальные инструменты» для получения дополнительной информации о физике того, как создаются гармоники.) Каждая из этих фракций также производит гармонику. Вибрирующая пополам струна производит вторую гармонику; вибрация в трети производит третью гармонику, и так далее.
ЗаметкаЭтот метод именования и нумерации гармоник является наиболее простым и наименее запутанным, но существуют и другие способы именования и нумерации гармоник, и это может привести к путанице.Некоторые музыканты не считают фундаментальную гармонику; это просто фундаментальное. В этом случае половины струн дадут первую гармонику, трети струн дадут вторую гармонику и так далее. Когда фундаментальное значение включается в вычисления, оно называется первым частичным , а остальные гармоники являются вторым, третьим, четвертым частями и так далее. Также некоторые музыканты используют термин обертоны как синоним гармоник. Для других, однако, обертон — это любая частота (не обязательно гармоника), которая может быть услышана резонансом с фундаментальной.Звук гонга или тарелок будет включать обертоны, которые не являются гармониками; вот почему звук гонга не имеет такой определенной высоты, как у вибрирующей струны. Если вы не уверены, что кто-то имеет в виду, когда они ссылаются на «вторую гармонику» или «обертоны», попросите разъяснений.
Рисунок 3.14. Вибрирующая струна
Основную высоту звука создают целые струны, вибрирующие взад и вперед. Но струна также вибрирует пополам, третями, четвертями, пятыми и так далее, производя гармоник .Все эти вибрации происходят одновременно, создавая насыщенный, сложный, интересный звук.
Столбик воздуха, вибрирующий внутри трубки, отличается от вибрирующей струны, но столб воздуха может также вибрировать пополам, третями, четвертями и т. Д. Основной частоты, поэтому ряд гармоник будет таким же. Так почему разные инструменты имеют разные тембры? Разница заключается в относительной громкости всех разных гармоник по сравнению друг с другом. Когда кларнет играет ноту, возможно, нечетные гармоники самые сильные; когда валторна играет ту же ноту, возможно, пятая и десятая гармоники самые сильные.Это то, что вы слышите, что позволяет вам понять, что это кларнет или клаксон, который играет. Относительная сила гармоник также меняется от нот к нотам на одном и том же инструменте; это разница, которую вы слышите между звуком кларнета, играющего низкие ноты, и тем же кларнетом, играющим высокие ноты.
Ряд гармоник может иметь любую ноту в качестве основного, поэтому существует множество различных рядов гармоник. Но отношения между частотами гармонического ряда всегда одинаковы.Вторая гармоника всегда имеет ровно половину длины волны (и в два раза больше частоты) основной частоты; третья гармоника всегда имеет ровно треть длины волны (и, следовательно, в три раза больше частоты) основной частоты и так далее. Для более подробного обсуждения длин волн и частот см. Акустика для теории музыки.
Рисунок 3.15. Гармоническая серия длин волн и частот
Вторая гармоника имеет половину длины волны и в два раза больше частоты первой.Третья гармоника имеет третью длину волны и в три раза больше частоты первой. Четвертая гармоника имеет четверть длины волны и в четыре раза больше частоты первой, и так далее. Обратите внимание, что четвертая гармоника также в два раза больше частоты второй гармоники, а шестая гармоника также в два раза больше частоты третьей гармоники.
Скажем, кто-то играет ноту, среднюю C. Теперь кто-то другой играет ноту, в два раза превышающую частоту средней C. Поскольку эта вторая нота уже была гармоникой первой ноты, звуковые волны двух нот усиливают друг друга и звучат хорошо вместе.Если бы второй человек сыграл вместо этого ноту, которая была чуть более чем в два раза больше частоты первой ноты, гармонический ряд двух нот не совпал бы вообще, и эти две ноты не будут звучать так хорошо вместе. Есть много комбинаций нот, которые разделяют некоторые гармоники и создают приятный звук вместе. Они считаются согласными. Другие комбинации имеют меньше гармоник или вообще не имеют их и считаются диссонансными, или, когда они действительно конфликтуют, просто «расстроены» друг с другом.Масштабы и гармонии большинства музыкальных произведений мира основаны на этих физических фактах.
ЗаметкаВ реальной музыке созвучие и диссонанс также зависят от стандартных практик музыкальной традиции, особенно от ее гармонии и практики настройки, но они также часто связаны с гармоническим рядом.
Например, нота, которая в два раза чаще другой, на одну октаву выше первой ноты. Итак, на рисунке выше вторая гармоника на одну октаву выше первой; четвертая гармоника на одну октаву выше второй; и шестая гармоника на одну октаву выше третьей.
Упражнение 3.3.2. (Перейти к решению)
Какая гармоника будет на одну октаву выше четвертой гармоники?
Предсказать следующие четыре набора октав в серии гармоник.
Каков шаблон, который предсказывает, какие ноты ряда гармоник будут на одну октаву друг от друга?
Ноты на одну октаву имеют одно и то же имя.Таким образом, если первая гармоника представляет собой «А», вторая и четвертая также будут А. Назовите три другие гармоники, которые также будут A.
Математический способ сказать это так: «если две ноты расположены на октаву, соотношение их частот равно двум: 1 (2: 1)». Хотя сами ноты могут быть любой частоты, соотношение 2: 1 одинаково для всех октав. Другие частотные отношения между двумя нотами также приводят к определенным отношениям основного тона между нотами, поэтому мы вернемся к серии гармоник позже, после того, как научимся называть эти отношения основного тона или интервалы.
,Third Harmonic Studios выпустили EXD-80, бесплатный 32-разрядный инструментальный плагин VST для Windows. Плагин представляет собой виртуальный аналоговый синтезатор ударных и ударных инструментов, в который входят: — 8 модулей — удар, ловушка, открытые и закрытые хай-хэты, 5 звуков перкуссии — 4 пары стерео выхода — Каждая выходная пара имеет свой собственный раздел стереоэффектов с гранулятором и Waveshaper. — Поддерживает VST-хост-автоматизацию и MIDI-контроллеры непрерывного действия. — Определяемые пользователем отображения нот MIDI — 128 пользовательских наборов ударных (поставляется с 16 предустановленными наборами ударных) EXD-80 — это гибкий барабанный синтезатор, который может воспроизводить самые разнообразные звуки ударных и перкуссии: от эмуляций классических драм-машин до сумасшедших, искаженных звуков сбоев — все синтезировано, сэмплов здесь нет! Он подходит для многих стилей EDM, включая электро, глитч, индастриал, эмбиент, дабстеп, драм-н-бейс и хип-хоп.Эта демонстрация была сделана полностью с использованием плагина EXD-80 VST, дополнительные эффекты не использовались. Попробуйте сейчас. Вы можете скачать плагин, прослушать аудио-демо или посмотреть демо-видео на сайте Third Harmonic Studios: http://www.thirdharmonic.net
- Жанр
- Электронный
Люблю это.
большая машинаеееее
+1!
@ irion-da-ronin: Спасибо! Я с нетерпением жду ваших треков
Безумно большой кусок программного обеспечения!
Кстати, когда я выпущу трек с вашим синтезатором битов, я дам вам знать об этом.Увидимся 🙂
Крутой глюк! Я использую эту великолепную ритм-машину в своих реальных композициях. Спасибо за то, что поделились этим замечательным драм-синтезатором. Хорошего дня 🙂
Очень крутая драм-машина, я большой поклонник такого рода, как Drumatic 3 и 4, или DSK SynthDrums, или знаменитого и совершенно невероятного µtonic (не бесплатно)! Спасибо за вашу работу, я попробую это и выложу комментарий позже об этой барабанной машине !! Мир и ручки!
Так что разносторонний !!!
Только что нашел это, в КВР.Ницца! Гранулярная функция делает ее особенно интересной. Звучит над всем, отлично!
Спасибо, что поделились 🙂
Лицензия: все права защищены ,