Co to jest zniekształcenie harmoniczne: rodzaje i jego przyczyny

Kiedy przykładamy sygnał wejściowy w postaci sygnału sinusoidalnego (lub dowolnej postaci) do dowolnego obwód elektryczny wtedy jego wyjście powinno być tego samego typu sygnału. Oznacza to, że wyjście również musi mieć tę samą postać sygnału, który jest sinusoidalny. Jeśli w przypadku, wyjście nie jest tą samą repliką sygnału wejściowego lub jeśli sygnał wyjściowy nie jest równy sygnałowi wejściowemu, różnica nazywana jest zniekształceniami. Z powodu tych zniekształceń sygnał wyjściowy nie jest równy wejściu. Zniekształcenie harmoniczne można zdefiniować na podstawie tego przykładu. Gdy sygnał wejściowy 5 V zostanie przyłożony do obwodu, sygnał wyjściowy będzie miał tylko napięcie 2 V. Wskazuje, że sygnał traci napięcie z powodu zniekształceń. Nastąpi to w wzmacniacze , wzmacniacze mocy i techniki modulacji, itp. Istnieje wiele technik zmniejszania tego zniekształcenia i dostępnych jest kilka metod i wzorów do obliczania poziomu zniekształceń. W tym artykule omówiono, czym są zniekształcenia harmoniczne, definicję, analizę, przyczyny itp

Co to jest zniekształcenie harmoniczne?

Możemy rozumieć słowo harmoniczna, podobnie jak liczbę całkowitą, która zwielokrotnia podstawowe częstotliwości, zwaną „harmonicznymi”. W tym przypadku harmoniczna to rodzaj sygnału, którego częstotliwość jest całkowitą wielokrotnością sygnału odniesienia. W inny sposób można go zdefiniować jako stosunek między częstotliwością sygnału i częstotliwością sygnału odniesienia. Na przykład X to wejściowy sygnał prądu przemiennego o częstotliwości f Hz.

Sygnał wejściowy zniekształceń harmonicznych

Gdy wyświetlany jest sygnał X CRO wtedy sygnał X będzie wydawał się powtarzać co f Hz. Tutaj sygnał X jest sygnałem odniesienia, a sygnał wyświetlany na CRO ma częstotliwości takie jak 2f, 3f, 4f i tak dalej. Teoretycznie sygnał zawiera nieskończone harmoniczne. Poniższe dwie cyfry wskazują sygnał wejściowy i zniekształcone wyjście, gdy wejście jest podłączone do dowolnego obwodu.

Zniekształcenie harmoniczne sygnału wyjściowego

Jeżeli sygnał ma równy okres cyklu dodatniego i ujemnego, wówczas taki sygnał nazywany jest sygnałem symetrycznym i mogą pojawić się nieparzyste harmoniczne (mnoży 3, 5 itd. Częstotliwości podstawowej). Jeśli sygnał nie ma równego okresu czasu cyklu dodatniego i ujemnego, wówczas taki sygnał nazywany jest sygnałem asymetrycznym i mogą pojawić się nawet harmoniczne (mnoży 2, 4 itd. Częstotliwości podstawowej) i DC składniki może również pojawić się w sygnałach asymetrycznych.

Na powyższym rysunku możemy zauważyć, że podstawowa częstotliwość sygnału wynosi 100 Hz, a ich harmoniczne będą istnieć przy różnych częstotliwościach dla częstotliwości sygnału odniesienia, np. 100 Hz.

Zniekształcenia harmoniczne w sygnale

Jeśli sygnał ma zniekształcenia harmoniczne, podczas gdy składowe częstotliwości harmonicznych istnieją, to aby znaleźć procent tych zniekształceń na danym poziomie harmonicznym,

% n-ta harmoniczna zniekształcenia = [Pn] / [P1} * 100

[Pn] = amplituda n-tej składowej częstotliwości

[P1] = amplituda podstawowej częstotliwości sygnału

Zniekształcenia mogą wystąpić z powodu nieliniowych charakterystyk komponentów używanych w obwodzie elektronicznym. Te składowe mogą wykazywać nieliniowe charakterystyki, co skutkuje generowaniem zniekształceń w sygnale. Istnieje pięć różnych rodzajów zniekształceń harmonicznych w systemach zasilania. Oni są

• Zniekształcenie częstotliwości
• Zniekształcenie amplitudy
• Zniekształcenie fazowe
• Zniekształcenia intermodulacyjne
• Zniekształcenie krzyżowe

Analiza zniekształceń harmonicznych

Analiza tego zniekształcenia to wyjątkowy rodzaj analizy. W tym typie do obwodu i jego wyjścia podawany jest sygnał sinusoidalny o pojedynczej częstotliwości, a zniekształcenia są mierzone i analizowane.

Gdy sygnał wejściowy jest doprowadzany do obwodu, z powodu nieliniowej charakterystyki elementów składowych mogą wystąpić zniekształcenia w sygnale wyjściowym. Z tego powodu sygnał odniesienia może pojawić się na wyjściu w różnych punktach częstotliwości. Jeśli przeanalizujemy zniekształcenia techniką pomiaru całkowitych zniekształceń harmonicznych, możemy poznać wartość całkowitego zniekształcenia harmonicznego (THD), całkowitego zniekształcenia harmonicznego plus szum (THDN), sygnału do szumu i zniekształcenia (SINAD), stosunku sygnału do szumu (SNR) i wartość n-tej harmonicznej w odniesieniu do częstotliwości podstawowej. Dzięki tej metodzie pomiaru całkowitych zniekształceń harmonicznych możemy poznać napięcia wejściowe i wyjściowe oraz moc wejściową i wyjściową.

Przyczyny zniekształceń harmonicznych

Głównymi przyczynami zniekształceń harmonicznych są nieliniowe obciążenia i charakterystyki nieliniowości elementów elektronicznych. Nieliniowe obciążenie zmienia impedancję wraz z przyłożonym napięciem wejściowym. Prowadzi to do zniekształceń w sygnale wyjściowym. Komponenty używane w obwodzie również wykazują charakterystykę nieliniowości. Prowadzi to również do rozwoju harmonicznych na wyjściu. Ze względu na zniekształcenia harmoniczne obwód otrzymuje ciepło i moc nie równą wejściu. Ten efekt jest szkodliwy dla dowolnego obwodu.

Analizator zniekształceń harmonicznych

Znalezienie współczynnika zniekształceń harmonicznych jest najważniejsze dla każdego obwodu. Możemy analizować te zniekształcenia na podstawie tej wartości. Całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD) jest najbardziej użyteczną techniką znajdowania całkowitego zniekształcenia harmonicznego dla sygnału prądu i całkowitego zniekształcenia harmonicznego dla sygnałów napięciowych.

THD można zdefiniować jako stosunek wartości RMS wszystkich sygnałów harmonicznych do wartości RMS podstawowej częstotliwości sygnału.

Bieżące THD - Zgodnie z powyższym stwierdzeniem całkowite zniekształcenie prądu jest wskazywane przez THDi

prąd-THDi

Tutaj In jest prądem skutecznym dla sygnału n-tej harmonicznej, a I1 jest wartością skuteczną sygnału podstawowego.

THD napięcia - podobnie jak THDi, całkowite zniekształcenie harmoniczne napięcia jest oznaczone jako THDv.

napięcie-THDv

Tutaj Vn jest napięciem n-tej harmonicznej, a V1 jest napięciem sygnału podstawowego. Całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD) analizuje również nieliniowe zachowanie systemu z szybką transformatą Fouriera (FFT).

Całkowite zniekształcenia harmoniczne więcej hałasu (THDN) definiuje się jako stosunek wartości skutecznej sygnału podstawowego do wartości skutecznej harmonicznych wraz ze składowymi szumu.

Tak więc to wszystko dotyczy Harmonic zniekształcenie . Z powyższych informacji można wreszcie wywnioskować, że jest to najistotniejszy ważny parametr w systemie, ponieważ może naruszać sygnał wyjściowy. Można to przeanalizować za pomocą współczynnika THD i zmniejszyć za pomocą technik i urządzeń dostępnych na rynku. Oto pytanie do Ciebie, jakie są zastosowania zniekształceń harmonicznych?