Warum soll nur die Grundfrequenzkomponente Nutzleistung liefern?

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In den meisten Büchern heißt es, dass der Oberwellengehalt in einer Wechselstromleitung keine Leistung überträgt (nur die Grundfrequenz), aber keine Erklärung. Es scheint intuitiv, aber warum ist das so?

Edit: Im Zusammenhang mit elektrischer Energie stelle ich mir also eine verzerrte Stromwellenform und eine Sinuswellenspannung vor.

k_orolev
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harmonischer Gehalt? meinst du Oberschwingungsstrom?
Jasen
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Das Buch ist falsch, so einfach ist das. Das ist heute noch schlimmer, da die meisten Geräte den Wechselstromeingang vor der Verwendung in Gleichstrom umwandeln.
Navin
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Oberschwingungsstrom auf einer Wechselstromleitung mit einer Sinusspannung mit einer Frequenz liefert der Last nutzbare Leistung. Ein Gleichrichter wird das nicht ändern.
Jasen,

Antworten:

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Es ist wahr, weil die Spannung sinusförmig ist und

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

Und nur für den Fall, dass a = b ist, hat das Ergebnis einen Mittelwert ungleich Null.

Alle Oberschwingungen ergeben also ein Ergebnis, das sich nicht auf die tatsächliche Leistung auswirkt

Jasen
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1
Ja, Sie haben den Punkt verstanden, in einfacheren Worten, Harmonische sind orthogonal zueinander
carloc
Ja, es ist nur ein etwas wellenförmiger Beweis dafür.
Jasen
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Es ist eine allzu allgemeine Aussage. Offensichtlich übertragen bei einer ohmschen Last alle Frequenzen Leistung.

Es ist wirklich eine Aussage über rotierende Maschinen (Motoren und Generatoren). Bei diesen Geräten ist es genauso wahrscheinlich, dass Energie bei anderen Frequenzen als der Grundwelle der geleisteten Arbeit widerspricht, als dass sie diese unterstützt. Auch die Energie hoher Frequenzen wird oft in Form von unerwünschten Wirbelströmen usw. verschwendet.

Dave Tweed
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Auch in normalen Situationen (außer bei Verwendung eines Wechselrichters) sind die Oberschwingungen anfangs vergleichsweise energiearm, ja?
Hearth
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@Hearth: Nun ja, aber die Frage ist, ob diese Energie nützlich ist oder nicht.
Dave Tweed
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Dies gilt nur, wenn der Strom durch die Last verzerrt wird und nicht aufgrund einer Verzerrung des Spannungsverlaufs der Wechselstromleitung.

Wenn Sie die Momentanwerte zweier Sinuswellen mit unterschiedlichen Frequenzen Punkt für Punkt multiplizieren, erhalten Sie eine Wellenform mit einem Durchschnitt von Null. Sie haben in einigen Intervallen positive Leistung und in anderen Intervallen negative Leistung. Dies zeigt, dass die Energie eher hin und her fließt als von der Quelle zur Last übertragen zu werden.

Bildbeschreibung hier eingeben

Wenn die Netzwechselspannung verzerrt ist, wird Oberschwingungsleistung übertragen, dies ist jedoch möglicherweise keine nützliche Leistung. In Wechselstrommotoren würde der Oberschwingungsstrom versuchen, den Motor mit einer höheren Drehzahl in Konflikt mit der Grundwelle zu betreiben. Einige der Harmonischen würden versuchen, den Motor in die umgekehrte Richtung anzutreiben. Infolgedessen geht die gesamte übertragene harmonische Nettoleistung als Wärme, Geräusch und Vibration verloren. Etwas harmonische Leistung würde zwischen der Quelle und der Last zirkulieren, genauso wie ein reaktiver Poser zirkuliert.

Harmonische Leistung wäre insoweit nützlich, als sie Erwärmung verursacht, wo Erwärmung die gewünschte Leistungsverwendung ist. Es besteht die Möglichkeit, dass harmonische Leistung in einem Universalmotor nützlich sein kann. Es kann auch nützlich sein, wenn es korrigiert und gefiltert wird. Während ein Teil der übertragenen Leistung als nützlich angesehen werden könnte, würden die unerwünschten Wirkungen die Nützlichkeit überwiegen.

Charles Cowie
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1
Das ist ein hübsches Bild, aber ich denke, es könnte eine detailliertere Erklärung gebrauchen. Immerhin dauerte es eine Weile , um herauszufinden , was ich denke , Sie versuchen , mit ihm zu veranschaulichen. Zuerst dachte ich , du , dass „eine Wellenform , die einen Durchschnitt von Null hat“ zu argumentieren versuchten übertragen kann nicht Nutzleistung, die bis man sich vergegenwärtigt Art von vernünftigen ... scheint , dass eine jede unvoreingenommene periodische Wellenform, eine reine Sinuswelle einschließlich, auch hat einen Durchschnitt von Null, aber die Wechselstromübertragung funktioniert offensichtlich immer noch.
Ilmari Karonen
... Ich denke, Sie versuchen tatsächlich zu sagen, dass diese Frequenzen keine Nutzleistung übertragen können , wenn der von der Last aufgenommene Strom Frequenzkomponenten aufweist, die orthogonal zur Netzspannungswellenform sind (oder umgekehrt) (es sei denn, Natürlich gibt es einige Korrekturen oder andere nichtlineare Dinge). Aber das habe ich erst herausgefunden, als ich das "V" und "I" in der Bildlegende bemerkte. Und ich bin mir immer noch nicht ganz sicher, wonach das OP eigentlich fragt.
Ilmari Karonen
@Ilmari Karonen Das OP fragt, was "in den meisten Büchern" steht. Ich versuche zu erklären, was daran wahr sein kann.
Charles Cowie
OP hier, ich fragte nach elektrischer Energie, also nahm ich an, dass der Strom verzerrt und die Netzspannung sauber war. Entschuldigen Sie den Mangel an Klarheit.
k_orolev
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Bei einem Sinuswellengitter ist dies der Fall, da die Harmonischen auf ein "nichtlineares Gerät" zurückzuführen sind.

Beispielsweise wird die partielle Magnetkernsättigung durch die Spitzenanregungsspannung gesteuert.

Diese Aussage steht jedoch im Widerspruch zu kostengünstigen Wechselrichtern mit Rechteckwellenquellen, die in V-Effektivwerten angegeben sind. Die Oberwellen in dieser Spannungswellenform können in ohmschen Lasten die gleiche Leistung erzeugen. Aber dann können Oberschwingungen die Wirbelstromverluste in Motoren erhöhen, sodass sie weniger effizient sind.

Wenn Sie also die Ursache der Oberschwingungen und der Lastimpedanz verstehen , können Sie die Ausnahmen von der Regel verstehen . Eine elektrische Heizung, die hauptsächlich resistiv ist, kann entweder Sinus- oder Rechteckwellenquellen verwenden.

Bildbeschreibung hier eingeben

Der einzige Unterschied zwischen tatsächlicher (verwendeter) Leistung und Blindleistung (gespeicherter) Leistung ist die 90 ° -Phasenverschiebungskomponente des Stroms in Bezug auf die Spannung, unabhängig davon, ob es sich um eine Grundschwingung oder Oberschwingung handelt.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Eine elektrische Heizung kann sogar Gleichstrom verbrauchen. Da es kein Gedächtnis hat, kümmert es sich nur um die momentane Spannung, nicht um die vorherige Spannung - mit Ausnahme der Wärmekapazität. Die Temperatur des Heizgeräts hängt offensichtlich von der vorherigen Spannung ab.
MSalters
Wenn Ihre Stromquelle außerdem stark verzerrt ist und Sie ein Schaltnetzteil (SMPS) wie einen Laptop-Baustein mit Strom versorgen, wird dieser zusätzliche Strom übertragen. Wenn das SMPS einen passiven Filter am Eingang hat, wird der größte Teil dieser nicht-fundamentalen Energie in Wärme umgewandelt, viel mehr als bei einem Wechselrichter mit reinem Sinus. Im schlimmsten Fall gelangen Transienten durch die Filter und können sogar die Schaltung beschädigen. Anspruchsvollere Verbrauchsmaterialien (z. B. Buck-Buck-Boost) können den Leistungsfaktor jedoch tolerieren und sogar aufräumen. Also ja, die Kraft überträgt sich definitiv.
DeusXMachina
Die kapazitive Belastung von Bausteinen ist für Rechteckwechselrichter verlustbehafteter als für Motoren mit Wirbelstromverlusten, jedoch aufgrund der hohen Spitzenströme I² * ESR und der zusätzlichen Rauschwelligkeit von Audio. Ein gutes aktives PFC-Frontend ist also auch besser, um eine ohmsche Last darzustellen. @ DeusXMachina also stimme ich zu
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Im Rahmen des Stromnetzes wird Wechselstrom in drei Phasen im Abstand von 120 Grad erzeugt und über Transformatoren übertragen. Die dritte Harmonische (dreifache Frequenz) ist für alle drei Phasen identisch, was Sie durch Auftragen der Sinuswellen überprüfen können. Wenn Sie eine Last zwischen zwei beliebigen Phasen anschließen, ist die Spannung der dritten Harmonischen an beiden Drähten gleich, sodass Ihre Last nichts sieht. (Sie sehen jedoch die dritte Harmonische von jeder Phase bis zur Erde.) Da ein dreiphasiger Transformator nur zwischen den Phasen geschaltet ist, kann keine Leistung der dritten Harmonischen empfangen werden. Diese Blockierung gilt für jede 3n-Harmonische. Dies geschieht nur bei dreiphasiger Energieübertragung, niemals, wenn eine einzelne Signalleitung an eine Last angeschlossen ist.

richard1941
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