Почему говорят, что только компонент основной частоты дает полезную мощность?

В большинстве книг говорится, что содержание гармоник в линии переменного тока не передает мощность (только основная частота), но не дает объяснения. Это кажется интуитивно понятным, но почему это так?

Изменить: в контексте электроэнергии, так что я представляю себе искаженную форму волны тока и синусоидального напряжения.

Это правда, потому что напряжение является синусоидальным и

sin (a) .sin (b) = 1/2 (cos (ab) + cos (a + b))

И только в случае, когда a = b, результат имеет среднее значение, которое не равно нулю.

поэтому все гармоники дают результат, который не влияет на реальную мощность

Это слишком общее утверждение. Очевидно, что при резистивной нагрузке все частоты передают мощность.

Это действительно утверждение о вращающемся оборудовании (двигатели и генераторы). Для этих устройств энергия на частотах, отличных от фундаментальных, с той же вероятностью будет противодействовать выполняемой работе, чем помочь ей. Кроме того, энергия высоких частот часто теряется в виде нежелательных вихревых токов и т. Д.

Это верно только в том случае, если ток искажается нагрузкой, а не из-за искажения формы волны напряжения линии переменного тока.

Если вы умножите мгновенные значения, точка за точкой, двух синусоидальных волн различной частоты, вы получите форму волны, которая имеет среднее значение нуля. У вас есть положительная сила в некоторых интервалах и отрицательная сила в других интервалах. Это показывает, что энергия передается взад и вперед, а не передается от источника к нагрузке.

Если напряжение в сети переменного тока искажено, гармоническая мощность передается, но это может быть бесполезной мощностью. В двигателях переменного тока гармонический ток будет пытаться заставить двигатель работать на более высокой скорости, что противоречит основному. Некоторые из гармоник будут пытаться привести двигатель в обратном направлении. В результате вся передаваемая чистая гармоническая мощность теряется в виде тепла, шума и вибрации. Некоторая гармоническая мощность будет передаваться между источником и нагрузкой так же, как циркулирует реактивная постановка задачи.

Гармоническая мощность будет полезна в той степени, в которой она вызывает нагрев, где нагрев является желаемым использованием энергии. Существует некоторая вероятность того, что сила гармоники может быть полезна в универсальном двигателе. Это также может быть полезно при исправлении и фильтрации. Хотя можно сказать, что некоторая часть передаваемой энергии полезна, нежелательные эффекты перевешивают ее полезность.

Для синусоидальной сетки это верно, так как гармоники происходят из-за любого «нелинейного устройства».

Например, частичное насыщение магнитного сердечника контролируется пиковым напряжением возбуждения.

Однако это утверждение противоречит недорогим инверторам с источниками прямоугольных импульсов, оцененными в среднеквадратичных значениях. Гармоники в этой форме волны напряжения могут генерировать одинаковую мощность в резистивных нагрузках. Но тогда гармоники могут увеличить потери на вихревые токи в двигателях, поэтому они менее эффективны.

Поэтому, если вы понимаете источник гармоник и импеданс нагрузки, вы можете понять исключения из правила . Электрический нагреватель, будучи в основном резистивным, может использовать источники синусоидальной или прямоугольной формы.

Единственная разница между реальной (использованной) мощностью и реактивной (накопленной) мощностью заключается в сдвиге фазы на 90 градусов относительно тока относительно напряжения, независимо от того, является ли он основным или гармоническим.

В контексте энергосистемы мощность переменного тока генерируется и передается через трансформаторы в трех фазах с интервалом 120 градусов. Третья гармоника (тройная частота) одинакова для всех трех фаз, что вы можете проверить, построив график синусоидальных волн. Когда вы подключаете нагрузку между любыми двумя фазами, напряжение третьей гармоники одинаково на обоих проводах, поэтому ваша нагрузка ничего не видит. (Тем не менее, вы увидите третью гармонику от любой фазы до земли.). Поскольку трехфазный трансформатор подключается только между фазами, он не может получать мощность третьей гармоники. Эта блокировка применяется для любой 3n гармоники. Это происходит только при трехфазной передаче мощности, но никогда, когда к нагрузке подключена одна сигнальная линия.