Гармоника что это такое

Высшие гармоники в электросетях

Постоянный рост количества нелинейных потребителей в наших электрических сетях приводит к повышенному «загрязнению электросетей». Обратное воздействие на сеть является для энергетики такой же проблемой, как загрязнение воды и воздуха для экологии.

В идеальном случае на выходных клеммах генераторы выдается чисто синусоидальный ток. Синусоидальное напряжение рассматривается как идеальная форма переменного напряжения, любое отклонение от него считается сетевой помехой.

Рис.1 Обратные воздействия на сеть, вызванные преобразователями частоты.

Все больше потребителей получают из сети несинусоидальный ток. Быстрое преобразование Фурье (БПФ) этих «загрязненных» токовых волн показывает наличие широкого спектра колебаний с гармониками различного порядка, которые обычно называют высшими гармониками.

Рис.2 Анализ высших гармоник (Быстрое преобразование Фурье)

Высшие гармоники наносят вред электрическим сетям, они опасны для подключенных потребителей так же, как загрязненная вода вредна для организма человека. Они приводят к перегрузкам, снижают срок службы и, при определенных условиях могут вызывать преждевременный выход из строя электрических и электронных потребителей.

Нагрузка высшими гармониками является основной причиной невидимых проблем с качеством напряжения, приводящих к огромным расходам на ремонт или покупку нового оборудования взамен поврежденного. Недопустимо высокое обратное воздействие на сеть и вызванное им низкое качество напряжения могут, таким образом, вызвать сбои производственного процесса вплоть до остановки производства.

Высшие гармоники – это токи или напряжения, частота которых превышает основное колебание 50/60 Гц и кратна этой частоте основного колебания. Высшие гармоники тока не вносят вклад в активную мощность, но оказывают только термическую нагрузку на сеть.

Поскольку токи высших гармоник протекают в дополнение к «активным» синусоидальным колебаниям, они обеспечивают электрические потери в рамках электроустановки, что может привести к термической перегрузке.

Дополнительные потери в потребителе электроэнергии приводят, кроме того к нагреву и перегреву, а также к сокращению срока службы оборудования.

Оценка нагрузки высшими гармониками, как правило, выполняется в точке подключения (или передачи в сеть электроснабжения общего пользования) соответствующей организации по энергоснабжению. Все чаще эти точки называют Point of Common Coupling (PCC).

При определенных условиях может потребоваться определение и анализ нагрузки высшими гармониками со стороны определенного оборудования или групп оборудования для выявления внутренних проблем с качеством электрической сети и их причин, их вызывающих.

Рис.3 Поврежденные высшими гармониками конденсаторы

Для оценки нагрузки высшими гармониками используются следующие параметры:

Коэффициент суммарных гармонических искажений (THD)

Коэффициент суммарных гармонических искажений (THD) или общее гармоническое искажение позволяет квалифицировать размер долей, возникающих в результате нелинейного искажения электрического сигнала. Это отношение эффективного значения высших гармоник к эффективному значению первой гармоники. Значение THD используется в сетях низкого, среднего и высокого напряжения. Обычно для искажения тока используется коэффициент THDi , а для искажения напряжения – коэффициент THDu.

Коэффициент искажения для напряжения

• M = порядковый номер высшей гармоники
• M = 40 (UMG 604, UMG 508, UMG 96RM)
• M = 63 (UMG 605, UMG 511)
• Основная гармоника fund соответствует n = 1

Коэффициент искажения для тока

• M = порядковый номер высшей гармоники
• M = 40 (UMG 604, UMG 508, UMG 96RM)
• M = 63 (UMG 605, UMG 511)
• Основная гармоника fund соответствует n = 1

Общее искажение тока (TDD)

Особенно в Северной Америке термин TDD регулярно используется в связи с проблемами, вызванными высшими гармониками. Это величина, связанная с THDi, но в этом случае определяется отношение доли высших гармоник к доле основных колебаний номинального значения тока. Таким образом, TDD определяет отношение между высшими гармониками тока (аналогично THDi) и возникающим на протяжении определенного периода эффективным значением тока при полной нагрузке. Обычно период равен 15 или 30 минутам.

TDD (I)

• TDD определяет отношение между высшими гармониками тока (THDi) эффективным значением
• тока при полной нагрузке.
• IL = полный ток нагрузки
• M = 40 (UMG 604, UMG 508, UMG 96RM)
• M = 63 (UMG 605, UMG 511)

Анализ гармоник (тока и напряжения) могут проводить практически все анализаторы ПКЭ Janitza, за исключением UMG 96L.

Источник: https://neokip.ru/blog/vysshie-garmoniki-v-elektrosetyakh/

Гармоника и частота гармоник в цепях переменного тока

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	+	—		+	—		+	—

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
	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.

Источник: https://meanders.ru/garmoniki.shtml

Гармоники в электрических сетях: причины, источники, способы защиты

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 сложение

Посмотрите 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, все гармонические составляющие условно разделяются по таким параметрам:

• 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 нейтрали

Как 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-фильтра

Посмотрите 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 фильтр

За 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.

Источник: https://www.asutpp.ru/garmoniki-v-elektricheskih-setyah.html

Danfoss Drives

Гармонические колебания – искажения синусоидальной формы напряжения и тока. Эти явления возникают в сетях переменного тока при переходных процессах, подключении нелинейной нагрузки. Появление гармоник вызывают:

• Мощные промышленные выпрямители.
• Индукционные и дуговые плавильные печи.
• Люминесцентные и газоразрядные лампы.
• Трансформаторы.
• Оборудование для электросварки.
• Источники бесперебойного электропитания.
• Электродвигатели.
• Микроволновые печи и другая бытовая техника.
• Преобразователи частоты.

В процессе работы этого оборудования возникает паразитная ЭДС, которая накладывается на синусоидальный сигнал. В результате появляются провалы, скачки и другие искажения.

Влияние гармоник на электрооборудование

Гармонические колебания в сети оказывают негативное влияние на работу электрооборудования. К ним относятся:

• Асимметрия в трехфазных сетях при возникновении искажений на одной или двух фазах. Это вызывает ненормальные режимы работы двигателей, другой электротехники.
• Ложное срабатывание защиты. На гармоники реагируют автоматические выключатели, релейные схемы защиты, отключающие напряжение в распределительной сети.
• Избыточный нагрев обмоток электрических машин, трансформаторов, проводов.
• Увеличение уровня шума в слаботочных сетях. Про частом переходе синусоиды через ноль в соседних контрольных кабелях возникают наводки, искажающие сигнал.
• Увеличение тока нейтрали. Гармонические искажения вызывают падение напряжения в нейтральном и фазных проводах, нагреву нулевого проводника.

Последствия влияния гармоник

Искажения формы переменного тока и напряжения снижают срок службы изоляции, конденсаторов, качество напряжения в сети, увеличиваиют погрешности средств измерений. Это приводит:

• К уменьшению межремонтных промежутков электрооборудования и увеличению эксплуатационных затрат.
• К частым остановкам технологического оборудования. В результате ложного срабатывания схем защиты прерываются производственные процессы.
• К авариям электроустановок. В результате падений напряжения и избыточного нагрева возникает пробой изоляции и короткие замыкания.

Высшие гармоники вызывают значительные экономические убытки.

Способы защиты от высших гармоник для частотных преобразователей

Преобразователи частоты содержат инверторы и ШИМ-модуляторы, которые являются источниками искажения напряжения в сети. Это отрицательно сказывается как на работе электродвигателей, так и на качестве электроэнергии в сети. Для защиты от этого явления используют различные фильтры.

Эти устройства устанавливают во входной и выходной цепях преобразователей частоты. Для защиты от искажений формы напряжения и тока применяют:

• Сетевые дроссели. Эти устройства защищают от импульсных перепадов напряжения, несимметричной нагрузке, продлевают срок службы конденсаторов звена постоянного тока.
• Электромагнитные фильтры. Устанавливаются во входной силовой цепи преобразователя. Защищают сеть от гармоник, генерируемых инвертором ПЧ.
• Синусные и dU/dt фильтры. Эти устройства устанавливают в частотно-регулируемом приводе с возможностью рекупации электроэнергии, в цепях электрических машин с частыми пусками, отключениями и реверсами, при использовании для подключения неэкранирумых кабелей.

При выборе фильтра необходимо убедиться, что конкретная модель преобразователя частоты совместима с типом защитного устройства. Эта информация указана в технической документации ПЧ. Компания «Данфосс» выпускает несколько линеек частотных преобразователей со встроенными фильтрами высших гармоник. Это избавляет от необходимости рассчитывать характеристики устройств и расходов на покупку дополнительного оборудования.

FAQ по гармоникам

Что такое гармоники?

Гармоники – это синусоидальные волны суммирующиеся с фундаментальной. 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.

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.

Когда возникают гармоники?

Гармонические искажения возникают при работе нелинейных потребителей тока (в том числе частотных преобразователей).

Какие гармоники не появляются от работы ПЧ?

При работе от преобразователя частоты не появляются четные гармоники.

Чем опасны гармоники по току?

Гармонические искажения тока вызывают перегрев силового трансформатора, повышенное потребление реактивной мощности, увеличение потерь в меди силовых проводов и трансформатора. Они являются причиной появления гармоник по напряжению.

Чем опасны гармоники по напряжению?

Наличие гармонических искажений по напряжению приводят к выходу из строя оборудования.

Как бороться с гармониками?

Гармонические искажения можно уменьшать при помощи входных фильтров. Например, в серии VLT HVAC Basic FC 101 имеется встроенный фильтр гармоник на звене постоянного тока.

Источник: https://drives.ru/vopros/garmoniki/

Общие сведения о сигналах смешанных частот

До сих пор в нашем исследовании цепей переменного тока мы изучали схемы, работающие только с одночастотным синусоидальным сигналом напряжения. Однако во многих приложениях электроники одночастотные сигналы являются скорее исключением, чем правилом.

Довольно часто мы можем встретить схемы, в которых одновременно сосуществуют несколько частот напряжения. Кроме того, формы сигналов в схеме могут быть чем-то иным, отличающимся от формы синусоиды, и в этом случае мы называем их несинусоидальными сигналами.

Кроме того, мы можем столкнуться с ситуациями, когда постоянное напряжение смешивается с переменным напряжением: когда сигнал накладывается на другой неизменяющийся (постоянный) сигнал. Результатом такого смешивания является сигнал, меняющий уровень, но никогда не меняющий полярность или меняющий полярность асимметрично (например, он больше времени является положительным, чем отрицательным).

Поскольку постоянное напряжение не меняется, как переменное напряжение, говорится, что его «частота» равна нулю, и любой сигнал, содержащий постоянное напряжение вместе с сигналом изменяющегося уровня (переменное напряжение), также можно по праву назвать сигналом смешанных частот.

В любом из этих случаев, когда в одной и той же цепи присутствует сочетание частот, анализ будет более сложным, чем то, что мы рассматривали ранее.

Связь

Иногда сигналы напряжения и тока смешанных частот создаются случайно. Это может быть результатом непреднамеренного соединения между цепями, называемого связью, которое стало возможным благодаря паразитной емкости и/или индуктивности между проводниками этих цепей.

Классический пример явления связи часто встречается в промышленности, где провода сигнала постоянного тока находятся в непосредственной близости от проводов питания переменным током. Близкое соседство высоких переменных напряжений и токов может привести к появлению «посторонних» напряжений в сигнальных проводах.

Паразитная емкость, образованная электрической изоляцией, отделяющей силовые проводники от сигнальных, может вызывать наведению напряжения (относительно земли) из силовых проводников в сигнальных проводниках, в то время как паразитная индуктивность, образованная параллельными участками проводов в кабель-канале, может вызывать электромагнитную индукцию напряжения вдоль сигнальных проводников из тока из силовых проводников.

Результатом является сочетание постоянного и переменного напряжения на сигнальной нагрузке. Следующая схема показывает, как источник «шума» переменного тока может «связываться» с цепью постоянного тока посредством взаимной индуктивности (Mпар) и емкости (Cпар) вдоль проводников (рисунок ниже).

Рисунок 1 – Паразитная индуктивность и емкость соединяют паразитное переменное напряжение с полезным сигналом постоянного тока

Паразитные переменные напряжения от источника «шума» смешиваются с сигналами постоянного тока, проходящими сигнальному проводу, и результаты этого обычно нежелательны. По этой причине силовые провода и слаботочные сигнальные провода должны всегда прокладываться через отдельные, выделенные металлические кабелепроводы, а сигналы должны передаваться по 2-жильному кабелю типа «витая пара», а не через один провод и землю (рисунок ниже).

Рисунок 2 – Экранированная витая пара минимизирует шум

Заземленный экран кабеля (проволочная оплетка или металлическая фольга, обернутая вокруг двух изолированных проводников) изолирует оба проводника от электростатической (емкостной) связи, блокируя любые внешние электрические поля, в то время как параллельная близость двух проводников эффективно подавляет любую электромагнитную связь (взаимная индуктивность) потому, что любое индуцированное напряжение шума в обоих проводниках будет приблизительно одинаковым по амплитуде и противоположным по фазе, взаимно подавляя друг друга на приемном конце, что дает дифференциальное напряжение шума, практически равное нулю. Метки полярности, расположенные рядом с каждым индуктивным участком сигнального проводника, показывают, как индуцированные напряжения фазируются таким образом, чтобы компенсировать друг друга.

Связь также может происходить между двумя наборами проводников, несущих сигналы переменного тока, и в этом случае оба сигнала могут стать «смешанными» с соседним сигналом:

Рисунок 3 – Связь сигналов переменного тока между параллельными проводниками

Связь является лишь одним примером того, как сигналы разных частот могут смешиваться друг с другом.

Будь то переменное напряжение, смешанное с постоянным напряжением, или два сигнала переменного тока, смешивающихся друг с другом, сигнальная связь через паразитные индуктивность и емкость обычно является случайной и нежелательной.

В других случаях сигналы смешанных частот являются результатом преднамеренного проектирования или могут быть важным качеством самого сигнала. Создавать источники сигналов смешанных частот, как правило, довольно легко. Возможно, самый простой способ – просто соединить источники напряжения последовательно (рисунок ниже).

Рисунок 4 – Последовательное соединение источников напряжения смешивает сигналы

Некоторые компьютерные сети связи работают по принципу наложения высокочастотных сигналов напряжения на проводники линий электропитания 60 Гц, чтобы передавать компьютерные данные по существующим силовым кабелям. Этот метод использовался в течение многих лет в распределительных электрических сетях для передачи по высоковольтным линиям электропередач данных о нагрузке. Конечно, это пример преднамеренного получения переменных напряжений смешанных частот.

В некоторых случаях сигналы смешанных частот могут создаваться одним источником напряжения. Так обстоит дело с микрофонами, которые преобразуют звуковые волны давления воздуха в соответствующие сигналы напряжения. Конкретное сочетание частот в сигнале напряжения, выводимом микрофоном, зависит от воспроизводимого звука.

Если звуковые волны состоят из одной чистой ноты или тона, то форма сигнала напряжения также будет синусоидальной на одной частоте. Если звуковая волна представляет собой аккорд или другое сочетание нескольких нот, результирующий сигнал напряжения, создаваемый микрофоном, будет состоять из этих частот, смешанных вместе.

Очень немногие естественные звуки состоят из одиночных, чистых синусоидальных колебаний, они скорее представляют собой смесь колебаний разных частот с разными амплитудами.

Основные частоты и гармоники

Музыкальные аккорды создаются путем смешивания одной частоты с другими определенными частотами, некратными первой.

Однако при дальнейшем рассмотрении мы обнаружим, что даже одна нота для фортепиано (созданная щипковой струной) состоит из одной преобладающей частоты, смешанной с несколькими другими частотами, каждая из которых представляет собой целое число, кратное первой.

Эти частоты называются гармониками, а первая частота называется основной. Пример для этих терминов показан в таблице ниже с основной частотой 1000 Гц (для этого примера выбрана произвольная цифра).

Для «базовой» частоты 1000 Гц ЧастотаТермин

1000	1-я гармоника или основная частота
2000	2-я гармоника
3000	3-я гармоника
4000	4-я гармоника
5000	5-я гармоника
6000	6-я гармоника
7000	7-я гармоника

Обертон

Иногда термин «обертон» используется для описания гармонической частоты, создаваемой музыкальным инструментом. «Первый» обертон – это частота первой гармоники, превышающая основную частоту. Если бы у нас был прибор, производящий весь диапазон частот гармоник, показанный в таблице выше, первый обертон был бы 2000 Гц (2-я гармоника), тогда как второй обертон был бы 3000 Гц (3-я гармоника) и т. д. Однако это применение термина «обертон» характерно для конкретных инструментов.

Так получилось, что определенные инструменты не способны генерировать определенные типы частот гармоник. Например, инструмент, изготовленный из трубки, которая открыта на одном конце и закрыта на другом (например, бутылка, которая издает звук при продувке воздуха через отверстие), не способна производить четные гармоники.

Такой прибор, настроенный на генерацию основной частоты 1000 Гц, также будет генерировать частоты 3000 Гц, 5000 Гц, 7000 Гц и т. д., но не будет производить 2000 Гц, 4000 Гц, 6000 Гц или любые другие четные кратные основной частоты.

Таким образом, мы бы сказали, что первый обертон (первая частота выше основной) в таком инструменте будет 3000 Гц (3-я гармоника), тогда как второй обертон будет 5000 Гц (5-я гармоника) и т. д.

Чистый синусоидальный сигнал (одночастотный), полностью лишенный каких-либо гармоник, для человеческого уха звучит очень «плоско» и «невыразительно». Большинство музыкальных инструментов не способны создавать такие простые звуки.

То, что дает каждому инструменту свой отличительный тон, – это то же явление, которое дает каждому человеку особый голос: уникальное примешивание гармонических сигналов к каждой основной ноте, определяемое физикой движения для каждого уникального объекта, производящего звук.

Медные инструменты не обладают тем же «содержанием гармоник», что и деревянные духовые инструменты, и не дают того же содержания гармоник, что и струнные инструменты. Отличительная смесь частот – это то, что придает музыкальному инструменту свой характерный тон. Как может сказать любой, кто играл на гитаре, у стальных струн звук отличается от звука нейлоновых струн.

Кроме того, тон, воспроизводимый гитарной струной, изменяется в зависимости от того, где по ее длине она задета. Эти различия в тоне также являются результатом различного содержания гармоник, вызванного различиями в механических колебаниях частей инструмента. Все эти инструменты создают частоты гармоник (целые числа, кратные основной частоте), когда воспроизводится одна нота, но относительные амплитуды этих гармоник различны для разных инструментов.

В музыкальном плане мера содержания гармоник тона называется тембром или цветом.

Музыкальные тона становятся еще более сложными, когда резонирующий элемент инструмента представляет собой двумерную поверхность, а не одномерную струну. Инструменты, основанные на вибрации струны (гитара, пианино, банджо, лютня, цимбалы и т. д.) или столба воздуха в трубе (труба, флейта, кларнет, туба, орган трубы и т. д.

), как правило, создают звуки, состоящие из основной частоты и смеси гармоник. Инструменты, основанные на вибрации плоской пластины (стальные барабаны и некоторые типы колокольчиков) создают гораздо более широкий диапазон частот, не ограничиваясь кратными основной частоте.

Результатом является характерный тон, который некоторые люди считают акустически оскорбительным.

Как вы можете видеть, музыка предоставляет богатую область исследования для смешанных частот и их эффектов. В следующих разделах этой главы музыкальные инструменты будут рассматриваться как источники сигналов для более подробного анализа.

Резюме

• Синусоидальный сигнал по форме точно совпадает с синусоидой.
• Несинусоидальный сигнал может быть чем угодно, от искаженной синусоиды до чего-то совершенно другого, например, прямоугольного сигнала.
• Сигналы смешанных частот могут создаваться случайно, преднамеренно или просто существовать сами по себе. Например, большинство музыкальных тонов состоят не из одного одночастотного сигнала, а представляют собой богатые сочетания разных частот.
• Когда несколько синусоидальных сигналов смешиваются вместе (как это часто бывает в музыке), самая низкая по частоте синусоида называется основной, а другие синусоиды, частоты которых кратны основной частоте, называются гармониками.
• Обертон – это гармоника, создаваемая конкретным устройством. «Первый» обертон – это первая частота, превышающая основную, а «второй» обертон – следующая произведенная частота. Последовательность номеров обертонов может соответствовать или не соответствовать номерам гармоник, в зависимости от устройства, создающего смешанные частоты. Некоторые устройства и системы не позволяют создавать определенные гармоники, и поэтому их обертоны будут включать только некоторые (не все) частоты гармоник.

Оригинал статьи:

• Introduction to Mixed-Frequency AC Signals

Теги

ГармоникаДля начинающихПомехаСпектр

Источник: https://radioprog.ru/post/742

Все о губной гармонике — История, разновидности, техника игры

Губная гармошка, или гармоника – это тот инструмент, который доводилось слышать каждому.Сегодня он популярен благодаря своей компактности, ценовой доступности и возможности самостоятельного обучения игры. Казалось бы, давно знакомое произведение при виртуозном исполнении на губной гармошке способно заиграть новыми красками. Сегодня мы расскажем все об этом инструменте.

История губной гармоники

По сути, гармоника – это духовой орган западного образца. Первый компактный инструмент появился в 1821 году благодаря немецкому часовому мастеру Христиану Фридриху Людвигу Бушману. Его изобретение называлось «аура» и представляло собой металлическую пластину с пятнадцатью прорезями, которые закрываются стальными язычками. Это устройство больше напоминало камертон, ноты в нем располагались в хроматическом порядке и извлекались исключительно при помощи выдоха.

В 1826 году мастер по фамилии Рихтер изготовил гармошку, имеющую 20 язычков и 10 отверстий (раздельные для выдоха и вдоха), установленные в деревянном корпусе из кедра. Он же предложил вариант настройки с применением диатонического звукоряда для всех европейских инструментов, получивших название «Mundharmonika», или духовой орган, который и стал стандартным.

В Северную Америку губная гармошка попала в 1862 г. благодаря Маттиасу Хонеру, а уже к 1879 году Хонер изготавливал в год до 700 тысяч инструментов.

Во времена Великой депрессии и Второй мировой войны в 30–40-е гг. двадцатого столетия происходило массовое переселение южан в северные штаты США и на западное побережье. Именно они привезли с собой гармонику в эти места.

В современном музыкальном мире губная гармоника переживает свое второе рождение. Расширяется круг стилей музыки, где используют ее звучание. Сегодня этот инструмент можно услышать в блюзовых и джазовых композициях, рок-, этно- и фолк-музыке, традиционно в стиле кантри и многих других музыкальных направлениях.

Губная гармоника сегодня очень популярна

Как она работает?

Губная гармоника представляет собой язычковый музыкальный инструмент, то есть внутри находятся медные язычки, которые колеблются в воздушной струе, создавая звук. Главное отличие губной гармоники от других язычковых музыкальных инструментов – использование языка и губ вместо клавиатуры. Язык и губы используют для того, чтобы выбрать специальное отверстие, которое соответствует определенной ноте. Музыканта, играющего на губной гармонике, называют харпером (harper).

 

Схема строения гармоники

Разновидности губных гармоник

Если вы решили освоить этот музыкальный инструмент, то вам необходимо определиться с тем, какую гармонику нужно приобрести. Существует несколько разновидностей, которые отличаются друг от друга. Чем? Давайте разбираться.

Диатоническая гармоника

Диатоническая губная гармоника является самой популярной разновидностью данного инструмента, потому что на ней можно играть музыку практически в любом музыкальном стиле. Звук ее очень насыщенный и «густой».

Диатоническая гармоника

Гармоника этого типа имеет диатонический строй без полутонов. Для сравнения можете представить себе фортепиано, клавиатура которого имеет только белые клавиши. Таким образом, нужно овладеть определенными техниками, чтобы достойно играть на ней. Диатонические губные гармоники имеют диапазон от 1 до 4 октав. Именно такой инструмент лучше всего подходит для обучения и просто идеален для исполнения блюзовой музыки.

Хроматическая гармоника

Хроматические губные гармоники, в отличие от диатонических, позволяют воспроизводить все 12 нот в октаве, включая полутона. То есть снова проводя аналогию с фортепиано, вы играете на всех клавишах – и черных, и белых.

Научиться играть на ней сложнее. Например, для игры сложных музыкальных произведений на хроматической гармонике важно иметь хороший навык игры на диатонической, музыкальное образование и уметь читать ноты с листа.

 

Хроматическая губная гармошка

В хроматической гармонике предусмотрена возможность только сольного исполнения всех нот гаммы в пределах трех октав (включая полутона). Именно возможность точного попадания в одиночные ноты сделала гармонику этого вида одним из любимых инструментов джазовых исполнителей.

Хроматические гармоники объединяют в одном корпусе две гармоники, переключение между которыми осуществляется использованием специальной кнопки, расположенной на одной из сторон инструмента. При вдувании воздуха в отверстия гармошки вы получаете чистые, полные ноты. Нажимая кнопку, вы перекрываете подачу воздуха на определенные каналы, включая полутона.

Блюзовая гармоника

Блюзовая губная гармоника обычно имеет десять отверстий, в каждое можно играть как на вдох, так и на выдох. На инструментах такого типа можно играть хроматически с помощью специальных приемов — передувов и бендов. 

Блюзовая гармоника

Тремоло-гармоника

Тремоло-гармоника имеет две звуковые пластины, звучащие одновременно, слегка расстроенные относительно друг друга, за счет этого создается тремоло-эффект. На каждую ноту приходится два язычка, в результате чего звук получается более насыщенным.

Тремоло-гармоника

Эта губная гармоника довольно проста, и на ней очень легко научиться играть практически любому даже с минимальными музыкальными способностями. Но нужно помнить, данный вид довольно ограничен в возможностях, что связано с недостающими нотами. На тремоло-гармонике можно играть простые детские мелодии, русские и украинские народные песни, другие композиции.Тремоло-гармоника позволяет интерпретировать мелодии более эмоционально, создавая полновесное звучание.

Октавная гармоника

Октавная гармоника является разновидностью диатонической и представляет собой две звуковые пластины, звучащие одновременно и настроенные точно в октаву относительно друг друга. Это придает большую громкость и иной тембр звука.

Октавная гармоника

Басовая гармоника

В басовой гармонике каждое отверстие играет только на выдох, на каждую ноту приходится по две звуковые пластины, настроенные в октаву.

 

Басовая гармоника

Аккордовая гармоника

Аккордовая гармоника состоит из двух подвижно закрепленных пластин, сдвоенные язычки которых настроены в октаву. Имеет ноты и на выдох, и на вдох, что позволяет использовать различные аккорды.

Выбор губной гармоники

Если вы решили научиться играть на губной гармошке, то к выбору инструмента нужно подойти со всей серьезностью. Обозначим несколько моментов, на которые стоит обратить внимание при выборе.

1. Тип губной гармоники. В первую очередь необходимо определиться, в каком стиле вы планируете играть и как часто будете музицировать. От этого зависит тип инструмента и его класс (ученический или профессиональный).

2. Материал язычков. Этот критерий напрямую влияет на долговечность инструмента. Например, компании HOHNER и SUZUKI используют в своих гармошках медные язычки, а компания SEYDEL впервые стала использовать в своих инструментах стальные язычки, которые дольше не расстраиваются и являются более долговечными.

3. Тональность. Губные гармоники бывают разных тональностей, начинающим музыкантам стоит выбрать инструмент в тональности «до мажор» (маркировка «C»), когда при вдувании воздуха в первые три отверстия гармоники вы получите аккорд «до мажор».Именно в этой тональности легче всего овладеть основными приемами и навыками, зато потом будет легко играть и на всех остальных.

   Стоит также отметить, что почти все самоучители игры на губной гармонике написаны по тональности «до мажор». Для исполнения блюзовой музыки предпочтительней инструменты с настройкой «ми и ля мажор» (маркировка «E» и «A» соответственно).

   Профессиональные исполнители используют несколько гармоник, каждая из которых имеет собственную тональность и лад, ведь даже самая продвинутая модель не способна обеспечить одновременно мажорное и минорное звучание.

4. Проверка инструмента. В магазине музыкальных инструментов необходимо проверить губную гармонику, «продуть» ее. Для этого можно использовать специальные меха, если таковые имеются в магазине. Проверьте каждое отверстие на вдох и на выдох, убедившись, что все ноты звучат. При этом обращайте внимание на возможные дополнительные звуки в виде звона и свиста. Также на низких тональностях язычки могут биться о крышку губной гармошки и с характерным звоном.

5. Качество изготовления. Благодаря огромной популярности и доступности губные гармошки зачастую имеют низкое качество, их можно встретить практически везде как сувенир или детскую игрушку. Поэтому лучше выбирать губную гармонику в магазинах музыкальных инструментов.

   Например, такие производители, как HOHNER, SEYDEL SOHNE (Германия), TOMBO, SUZUKI (Япония), выпускают широкий ассортимент качественных губных гармошек: от самых простых (ученических) до элитных моделей из благородных пород древесины и прочного металла.

   При этом ученические модели отличаются от профессиональных в основном используемыми материалами.

6. Форма накладок. Если вам нужна гармошка, которая будет удобна при вашем стиле игры, то стоит подумать о форме накладок.Например, накладки у гармоник «LEE OSKAR» и «HERING BLUES» хорошо подходят для блокирования языком, а у гармоник «GOLDEN MELODY» и «SUZUKI» – губами.

7. Громкость. Громкость инструмента определяется формой накладок, временем отклика и воздухопроницаемостью. Меньшей воздухопроницаемостью обладают гармошки с пластиковым корпусом. Характеристики древесины же постоянно меняются из-за колебаний температуры и влажности.

Итак, инструмент приобретен. Что же дальше? Нужно научиться играть.

Техника игры на губной гармошке

Чтобы играть на губной гармонике, вам необходимо овладеть тремя основными техниками постановки языка и губ: свистом, u-образной блокировкой и блокировкой языком.

Правильное положение рук при игре на гармонике

• Самая простая из них – техника свиста, с нее обычно и начинают учиться, но она является ограничивающей. При такой технике игры необходимо сжать губы так, как вы это делаете при свисте, затем задержать губы на одном отверстии в гармошке и направить туда поток воздуха.
• При технике U-блокировки нужно свернуть свой язык в букву U (трубочкой), когда левая и правая стороны языка блокируют крайние отверстия.
• При блокировке языком необходимо использовать язык и губы. Это самая популярная техника, так как позволяет легко перестроиться с ноты на аккорд.

Музыкант должен держать гармонику именно так

Новичку занятия лучше начинать с медленной игры аккордами и придерживаться при этом диафрагмального дыхания. Затем можно переходить к мелодиям, которые лучше «снимать» на слух с записей профессионалов. Крайне полезным будет выучить несколько мелодий по нотам, играть под минусовку, записывать и прослушивать собственную игру. Выбирайте, учитесь, играйте, и у вас все обязательно получится!

Источник: http://music-home.ru/help/article/vse_o_gubnoy_garmonike_istoriya_raznovidnosti_tekhnika_igry/

Как избавиться от гармоник в энергосистеме и последствия игнорирования проблемы

Гармоники возникают в любой сложной энергетической системе. Эти искажения параметров тока могут привести к поломке дорогостоящего оборудования и даже к коротким замыканиям. Гармоники часто представляются как сложная проблема, требующая фундаментальных научных знаний гармонического анализа. Однако на практике достаточно знать ключевые аспекты этой проблемы и основные способы ее решения.

Причины появления гармоник и их последствия

Гармоники — это искажения (отклонения от заданных параметров) синусоиды колебаний частоты и напряжения, вызванные сторонними факторами. Простая резистивная нагрузка имеет одинаковые   формы синусоиды. 

Синусоида колебаний в асинхронном двигателе

В линейных схемах (источник тока и нагрузка – резистор) синусоида идеально симметричная, и разность между синусоидами отсутствует. Однако в эту идеально гармоничную картину в сложных системах неизбежно вносятся помехи и добавляются новые гармоники.

В современных реалиях одной из основных причин возникновения «вредоносных» гармоник являются разнообразные твердотельные силовые полупроводниковые устройства. Преобразователи частоты, тиристоры, диоды, устройства плавного пуска, другие элементы энергосистемы создают гармоники.

Также источниками гармоник могут быть мощные потребители тока, трансформаторы, сварочное оборудование, системы промышленного освещения, выпрямители.

Теоретически, все нагрузки являются источниками гармоник и передают их в энергосистему. При этом источник энергии производит гармонику одной частоты (ее называют несущей).  

Предотвратить это явление невозможно, можно лишь снизить его негативное влияние на оборудование. Если этого не сделать, энергосистема может столкнуться с серьезными проблемами, так как гармоники представляют собой нечто вроде паразитных токов, которые в первую очередь нарушают эффективность энергосистемы. 

Так, несинусоидальность напряжения может привести к повышенному нагреву двигателя и созданию моментов вращения, которые приводят к вибрациям. В целом, гармоники способны вызвать повреждение конденсаторов, изоляции и короткие замыкания, перегрев и перегрузку трансформаторов, нарушить работу систем связи, чувствительной электроники и защитных устройств, основанных на измерении сопротивления.

Мониторинг качества электрической энергии и обнаружение гармоник

Присутствие гармоник лучше всего определять по результатам мониторинга качества электроэнергии, а не после аварийных отключений и поломок оборудования. 

Мониторинг является обязательной частью безопасного функционирования сложных энергосистем. Современные анализаторы качества электроэнергии позволяют контролировать множество параметров тока, включая гармоники. Например, трехфазные анализаторы PITE 3561 могут выполнять разовые или долговременные (до 40 суток) тесты энергосистемы, выявляя в том числе гармонические искажения каждой из трех фаз.

Анализатор качества электроэнергии PITE-3561-1500A

Подобные анализаторы дают возможность записать диаграмму гармоник, увидеть пиковые и средние значения, чтобы провести анализ и найти источник проблемы. Без подобных приборов невозможно своевременно обнаружить опасные гармоники, особенно в сложных системах со множеством нелинейных потребителей.

Фильтры гармоник

Мониторинг качества электроэнергии — первая линия обороны в борьбе с гармониками. Следующей являются специальные меры по снижению вреда от гармонических искажений.

Прежде всего — фильтры, которые подавляют гармоники. Это избирательное подавление гармоники, которая может нанести наибольший вред оборудованию. Так, в однофазных цепях это третья гармоника, фильтр запирает ее на участке фильтр-нагрузка, что снижает паразитный ток в проводнике. Недостатком фильтров является необходимость установки на каждой нелинейной нагрузке, создающей гармоники.

Фильтр эффективно запирает гармонику на участке. Пример гармоник, характерных для двигателей постоянного тока и многих двигателей переменного тока. Коэффициент искажения синусоидальности кривой на «A» составляет 26% — это высокий негативный показатель. Фильтр эффективно снижает его до 8% на «E». 

Невозможно предотвратить, но можно обезопасить

Гармоники действительно невозможно уничтожить. Более того, высокочастотные гармоники легко распространяются через силовые кабели и антенны, через индукцию возникают в соседних цепях. Однако можно защитить энергосистему от вредоносного действия гармоник.

Для этого гармоники направляются в отдельные колебательные контуры, в которых на определенной частоте реактивное сопротивление близко к нулю. Для сложных систем понадобится несколько таких контуров, но они обеспечат сокращение гармоник до безопасного уровня.

При этом регулярный мониторинг качества электроэнергии позволит своевременно выявить гармоники.

Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике электрооборудования, просто отправьте нам сообщение!

Примеры оборудования

Источник: https://test-energy.ru/kak-izbavitsya-ot-garmonik-v-ehnergosisteme-i-posledstviya-ignorirovaniya-problemy/

Статьи

За последние 3 года центр электромагнитной безопасности исследовал в Москве состояние систем электроснабжения в крупнейших зданиях, имеющих сети с сотнями и тысячами компьютеров.

Анализ собственных данных и зарубежных публикаций, привели специалистов к выводу, что Россия столкнулась с новой серьезнейшей проблемой.

Ее суть в том, что сети электроснабжения 0,4 кВ в зданиях, оснащенных компьютерной техникой, «заражены» высшими по отношению к промышленной частоте (50 Гц) гармониками.

В случаях, когда мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10-15 %, каких-либо особенностей в эксплуатации системы электроснабжения не возникает. При превышении указанного предела появляются различные проблемы в эксплуатации. В зданиях, имеющих долю нелинейной нагрузки свыше 25%, отдельные проблемы могут проявиться сразу [3,6]. Аналогичная проблема возникает при наличии нелинейных нагрузок типа полупроводниковых [9].

Реальная часто встречающаяся форма напряжения показана на рис. 1, а идеальная, в сравнении с синусоидальной – на рис. 2

Рис. 1. Реальная форма напряжения при нелинейной нагрузке [12]

Рис.2. Искажение синусоидального напряжения и появление гармонических составляющих [15]

Эффект гармоник кратных третьей:

Высшие гармоники тока кратные трем (т.е. 3, 9, 15, 21 и т. д.), определяющие высокое значение коэффициента амплитуды и генерируемые однофазными нагрузками, имеют специфическое результирующее воздействие в трехфазных системах.

В сбалансированной (симметричной) трехфазной системе гармонические (синусоидальные) токи во всех трех фазах сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу, и в результате сумма токов в нейтральном проводнике равна нулю.

Следовательно, не возникает и падения напряжения на проводнике нейтрали в кабеле.

Это утверждение остается справедливым для большинства гармоник. Однако некоторые из них имеют направление вращения вектора тока в ту же сторону, что и основная гармоника (первая, «фундаментальная», т.е. 50 Гц), то есть они имеют прямую последовательность. Другие же вращаются в обратном направлении и, таким образом, имеют обратную последовательность. Это не относится к гармоникам, кратным третьей.

В трехфазных цепях они сдвинуты на 360 градусов друг к другу, совпадают по фазе и образуют нулевую последовательность. Нечетные гармоники, кратные третьей, суммируются в проводнике нейтрали. В результате, с учетом того, что они составляют большую долю в действующем значении фазных токов, общий ток в нейтрали может превышать фазные токи.

Гармоники, кратные третьей, приводят к падениям напряжения как в нейтрали, так и в фазных проводниках, вызывая искажения формы напряжения на других нагрузках, подключенных к этой сети [6]

Активный ток Ia совпадает по фазе а напряжением сети. Реактивный ток Ir сдвинут на 90 градусов относительно активного или же отстает при индуктивной нагрузки и опережает для емкостной нагрузки. Полный ток It – результирующий первых двух составляющих, протекающий от источника к потребителю.

Рис. 1. Векторная диаграмма токов [14]

It = √ Ia² + Ir²

Ia = I cos φ

Ir = I sin φ

Если умножить ток на общее напряжение, то получаются составляющие по мощности:

полная мощность S = UI (кВа),

активная мощность P = UI cos φ (кВт).

реактивная мощность Q = U I sin φ (квар)

Рис. 2. Векторная диаграмма мощностей

Коэффициент мощности КМ определяется так:

Источник: http://klmengineering.ru/ru/engineers/articles/vliyanie-garmonik-napryazheniya-i-toka/

Губная гармоника

Губная гармоника — духовой язычковый музыкальный инструмент. В России его также называют губной гармошкой, губной гармонью (что неверно, потому что гармонь — это другой инструмент). Также её называют харпом (harp — так его называли в Америке), но такое название не совсем корректно, так как harp — это арфа.

Внутри губной гармоники находятся медные пластинки (язычки), которые колеблются в воздушной струе, создаваемой музыкантом. В отличие от других язычковых музыкальных инструментов гармоника не имеет клавиатуры. Вместо клавиатуры используется язык и губы для выбора отверстия (как правило они расположены линейно), соответствующего желаемой ноте.

Губная гармоника чаще всего используется таких музыкальных направлениях, как блюз, фолк, блюграсс, блюз-рок, кантри, джаз.

Советы начинающим: выбор губной гамоники

• не стоит сразу покупать дорогую гармошку.

  В процессе освоения различных приёмов игры (таких как бенд) есть большой шанс сломать язычки;

• некоторые популярные типы гармошек сложны для начинающих и их надо «доводить» до рабочего состояния;
• покупка дешевой гармошки тоже может усложнить процесс обучения;
• при покупке диатонической гармошки лучше покупать гармошки в тональности C-мажор, так как как она находится в середине нотного диапазона и большинство обучающих школ написаны именно для этой тональности;
• непосредственно при покупке в магазине проверьте все отверстия на вдох и выдох. Если освоили бенды, проверьте и на них;
• если гармошка вас устраивает, но немного не строит — это не страшно. Её можно подстраивать.

Губная гармоника на видео + звучание

Благодаря этим видео Вы можете ознакомиться с инструментом, посмотреть реальную игру на нём, послушать его звучание, ощутить специфику техники:

Продажа инструментов: где купить/заказать?

В энциклопедии пока ещё нет информации о том, где можно купить или заказать этот инструмент. Вы можете это изменить!

Источник: https://eomi.ru/free-reed/harmonica/