Ydych chi wedi sylwi ar ffenomen ryfedd: gallwn ganfod harmoneg od- trefn fel y harmonigau 3ydd, 5ed, a 7fed yn y grid pŵer, ond nid ydym bron byth yn gweld harmoneg trefn fel yr 2il, 4ydd, a 6ed harmonig? Pam fod hyn? Ydy hi'n amhosibl canfod harmonig trefn hyd yn oed?
Beth yw harmonig grid pŵer?
Er mwyn deall pam fod harmoneg trefn hyd yn oed yn brin, rhaid i ni ddeall yn gyntaf beth yw "harmoneg" mewn gwirionedd. Mae'r cerrynt eiledol a ddefnyddiwn yn ddelfrydol yn don sin safonol gydag amledd sefydlog o 50Hz, a elwir yn "don sylfaenol," yn debyg iawn i'r "prif alaw" mewn cerddoriaeth.
Mewn gwirionedd, nid yw llawer o offer trydanol yn "dilyn gorchmynion yn ufudd"-fel goleuadau LED, gwefrwyr ffôn symudol, cyflenwad pŵer gliniaduron, a chyflyrwyr aer. Maent yn "ddyfeisiau aflinol" ac nid ydynt yn gweithio yn unol â rhythm y don sylfaenol. Yn lle hynny, maen nhw'n "ymyrryd" â'r don sylfaenol, gan "blygu" y don sin llyfn i donffurfiau rhyfedd.
Mae'r tonffurfiau ystumiedig hyn, o'u dadansoddi gan ddefnyddio'r dull mathemategol o "Fourier decomposition," yn datgelu eu bod mewn gwirionedd yn cynnwys amledd sylfaenol (50Hz) a chyfres o "harmoneg" y mae eu hamleddau yn lluosrifau cyfanrif o'r amledd sylfaenol. Er enghraifft, mae'r 3ydd harmonig yn 150Hz (50 × 3), mae'r 5ed harmonig yn 250Hz (50 × 5), ac mae harmonigau trefn hyd yn oed yn donffurfiau ag amleddau sydd hyd yn oed yn lluosrifau o'r amledd sylfaenol, megis 100Hz (2il) a 200Hz (4ydd).
Mae{0}}technoleg unionydd pontydd llawn yn "dileu" harmonics trefn hyd yn oed.
Pam nad ydym bron byth yn gweld harmonig trefn? Yr hyn sy'n allweddol yw'r ffaith bod y rhan fwyaf o ddyfeisiau aflinol ar y farchnad heddiw yn defnyddio technoleg graidd o'r enw "cywiro pontydd llawn"-dyma "weithrediad cudd" y teclynnau trydanol o'n cwmpas, ac mae'n rheswm pwysig pam fod harmoneg archeb hyd yn oed yn brin.
Beth yw cywiriad pont-llawn? Gallwn ei ddeall gyda chyfatebiaeth syml: mae'r cerrynt eiledol yn y grid pŵer fel ton sy'n codi ac yn disgyn, gyda'r hanner-cylchred positif yn mynd i fyny a'r hanner negatif-gylchred yn mynd i lawr, ac mae'r cyfeiriad yn newid yn gyson; tra bod cywiro pont llawn yn debyg i "drawsnewidydd tonfedd", sy'n gallu "cywiro" cyfeiriad y cerrynt, ni waeth a yw'r cerrynt yn y cylchred positif neu negatif, a'i droi'n gerrynt uniongyrchol (neu gerrynt curiadus) i'r un cyfeiriad, yn union fel gwastatáu'r tonnau tonnog yn llif un cyfeiriadol o ddŵr.
Mae'r goleuadau LED, gwefrwyr ffonau symudol, cyflenwadau pŵer cyfrifiadurol, a hyd yn oed y cyflyrwyr aer a'r peiriannau golchi yn ein cartrefi bron i gyd yn defnyddio technoleg unioni pontydd llawn, felly mae'r harmonics maen nhw'n eu cynhyrchu i gyd yn rhyfedd, ac mae harmoneg trefn hyd yn oed yn naturiol yn anodd eu gweld.
Dim ond pan fo'r tonffurf yn anghymesur y mae harmoneg trefn hyd yn oed yn digwydd
Wrth gwrs, nid yw harmoneg trefn hyd yn oed yn hollol ddim yn bodoli, ond maent yn hynod o brin mewn gridiau pŵer modern. Dim ond pan fydd y tonffurf yn y grid pŵer yn "anghymesur," y mae harmoneg trefn hyd yn oed yn ymddangos, ac mae dau senario cyffredin:
- Mae'r math cyntaf yn ymwneud â chyfarpar sy'n defnyddio technoleg "cywiro hanner-tonnau". Yn wahanol i gywiriad pont llawn, dim ond hanner-cylchred positif (neu negyddol) y cerrynt eiledol y mae unioni hanner ton yn ei ddefnyddio, gan waredu hanner arall y tonffurf. Mae hyn yn arwain at donffurf anghymesur, gan arwain at harmoneg trefn gyfartal ar ôl dadelfennu Fourier. Fodd bynnag, mae unioni hanner-tonn yn hynod aneffeithlon, gan wastraffu swm sylweddol o ynni. Mae wedi'i ddileu'n llwyr gan waith cywiro pontydd llawn a dim ond mewn rhai offer hen iawn sydd bron wedi darfod (fel gwefrwyr o ddegawdau yn ôl), sy'n ei gwneud hi'n anodd ei ganfod yn y grid pŵer.
Yr ail fath yw methiant offer. Er enghraifft, gall deuod unionydd sydd wedi'i ddifrodi mewn teclyn atal y trawsnewid arferol rhwng y cylchoedd positif a negyddol, gan arwain at donffurf anghymesur a chynhyrchu harmoneg trefn gyfartal. Fodd bynnag, cyflwr bai yw hwn; unwaith y bydd yn digwydd, mae'r teclyn fel arfer yn camweithio neu'n sbarduno mecanwaith amddiffyn, ac nid yw'n cael effaith hirdymor ar y grid pŵer, gan ei gwneud hi'n anodd ei ganfod.
Gall harmonig achosi ymyrraeth a difrod difrifol i systemau pŵer, ac mewn achosion difrifol, gall hyd yn oed arwain at barlys system bŵer.
Pam mae harmoneg trefn gyfartal yn "brin"?
Yn syml, mae harmoneg trefn bron yn anweledig bron yn y grid pŵer, yn bennaf oherwydd bod "technoleg cywiro pontydd llawn" wedi'i mabwysiadu'n eang: mae'n cadw'r tonffurf a gynhyrchir gan offer trydanol yn gymesur, ac ni ellir dadelfennu tonffurfiau cymesur i mewn i harmoniau trefn, sy'n golygu nad yw offer arferol yn cynhyrchu harmonig eilrif{3}; yn ogystal, mae gan drawsnewidyddion yn y system bŵer eu hunain allu penodol i atal harmoneg hyd yn oed.
A oes unrhyw fesuryddion trydan a all ddileu harmonics?
A siarad yn fanwl gywir, ni all unrhyw fesurydd trydan "ddileu" harmonics. Swyddogaeth mesurydd trydan yw "mesurydd," nid "rheoli." Er nad yw mesuryddion trydan yn dileu harmonigau, yn wir mae dyfeisiau yn y system bŵer sydd wedi'u cynllunio'n benodol i "ddileu" harmonigau; gelwir y rhain yn hidlwyr.
Mae ymchwil diweddar yn dangos y gall gosod hidlwyr priodol ar ben blaen mesuryddion trydan leihau effaith harmonics ar gywirdeb mesuryddion yn effeithiol.