Perché si dice che solo la componente di frequenza fondamentale dia energia utile?

Nella maggior parte dei libri si dice che il contenuto armonico in una linea CA non trasferisce potenza (solo la frequenza fondamentale), ma nessuna spiegazione. Sembra intuitivo, ma perché è vero?

Modifica: nel contesto dell'energia elettrica, quindi sto immaginando una forma d'onda di corrente distorta e una tensione sinusoidale.

È vero perché la tensione è sinusoidale e

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

E solo nel caso in cui a = b il risultato abbia un valore medio diverso da zero.

quindi tutte le armoniche danno un risultato che non ha alcun effetto sul potere reale

È un'affermazione eccessivamente generale. Ovviamente, con un carico resistivo, tutte le frequenze trasferiscono potenza.

È davvero un'affermazione specifica sui macchinari rotanti (motori e generatori). Per questi dispositivi, l'energia a frequenze diverse da quella fondamentale è altrettanto probabile che si opponga al lavoro svolto come aiuto. Inoltre, l'energia delle alte frequenze viene spesso sprecata sotto forma di correnti parassite indesiderate, ecc.

Ciò è vero solo se la corrente viene distorta dal carico e non a causa della distorsione della forma d'onda della tensione della linea CA.

Se moltiplichi i valori istantanei, punto per punto, di due onde sinusoidali di frequenze diverse, otterrai una forma d'onda che ha una media di zero. Hai potenza positiva durante alcuni intervalli e potenza negativa in altri intervalli. Ciò dimostra che l'energia sta passando avanti e indietro anziché essere trasferita dalla sorgente al carico.

Se la tensione della linea CA è distorta, la potenza armonica viene trasferita, ma potrebbe non essere utile. Nei motori a corrente alternata, la corrente armonica tenterebbe di far funzionare il motore a una velocità maggiore in conflitto con il fondamentale. Alcune delle armoniche tenterebbero di guidare il motore nella direzione opposta. Di conseguenza, tutta la potenza armonica netta trasferita viene persa come calore, rumore e vibrazioni. Parte della potenza armonica verrebbe fatta circolare tra la sorgente e il carico proprio mentre viene fatto circolare il poser reattivo.

La potenza armonica sarebbe utile nella misura in cui provoca il riscaldamento dove il riscaldamento è l'uso desiderato di energia. C'è qualche possibilità che la potenza armonica possa essere utile in un motore universale. Potrebbe anche essere utile quando rettificato e filtrato. Mentre parte della potenza trasferita potrebbe essere considerata utile, gli effetti indesiderati supererebbero l'utilità.

Da una griglia sinusoidale, questo è vero poiché le armoniche sono dovute a qualsiasi "dispositivo non lineare.

Ad esempio, la saturazione del nucleo magnetico parziale controllata dalla tensione di eccitazione di picco.

Tuttavia, tale affermazione contraddice gli inverter economici con sorgenti ad onda quadra classificate in V-rms. Le armoniche in questa forma d'onda di tensione possono generare la stessa potenza in carichi resistivi. Ma poi le armoniche possono aumentare le perdite di corrente parassita nei motori, quindi è meno efficiente.

Pertanto, se si comprende l'origine delle armoniche e l'impedenza di carico, è possibile comprendere le eccezioni alla regola . Un riscaldatore elettrico, essendo principalmente resistivo, può utilizzare sorgenti ad onda sinusoidale o quadra.

L'unica differenza tra potenza reale (usata) e potenza reattiva (immagazzinata) è la componente di sfasamento di 90 gradi della corrente rispetto alla tensione, indipendentemente dal fatto che sia fondamentale o armonica.

Nel contesto della rete elettrica, la corrente alternata viene generata e trasmessa attraverso trasformatori in tre fasi distanti 120 gradi. La terza armonica (tripla la frequenza) è identica per tutte e tre le fasi, che è possibile verificare tracciando le onde sinusoidali. Quando si collega un carico tra due fasi qualsiasi, la terza tensione armonica è la stessa su entrambi i fili, quindi il carico non vede nulla. (Tuttavia, vedrai la terza armonica da qualsiasi fase a terra.). Poiché un trasformatore trifase si collega solo tra le fasi, non può ricevere la terza potenza armonica. Questo blocco si applica a qualsiasi armonica 3n. Ciò accade solo nella trasmissione di potenza trifase, mai quando una singola linea di segnale è collegata a un carico.