Ein Oszilloskop, das die Sinuswelle zeigt.
Die Suche nach der Definition der Total Harmonic Distortion ist für viele Menschen schwer nachvollziehbar. Die Berechnung der harmonischen Verzerrung ist schwierig, da sie ein Verständnis der Algebra erfordert. Dies ist ein wichtiges Thema, das viele Menschen nicht erkennen. Ich werde versuchen, Total Harmonic Distortion zu erklären, um sie für jeden verständlich zu machen.
Um die Frage zu beantworten, was eine harmonische Verzerrung ist, müssen wir zunächst verstehen, was eine Sinuswelle ist und wie sie funktioniert. THD kann die meisten Geräte beeinträchtigen, die wir täglich verwenden, einschließlich Radios, Stereoanlagen und Elektrogeräte.
Was Ist Eine Sinuswelle?
Eine Sinuswelle ist eine grafische Darstellung einer kontinuierlichen Schwingung. Dies wird verwendet, um wiederholte Schwingungen oder Pulse zu visualisieren, die nicht sichtbar sind. Wellen sind die häufigste Energieform. Schwingende Wellen können in Licht, Ton, Funksignalen und Elektrizität gesehen werden. Dies sind Energieeinheiten wie Elektronen und Protonen, die sich mit konstanter Frequenz oder Geschwindigkeit bewegen.
Die Amplitude ist das Maß für die Energie einer Sinuswelle. Dies ist der Höhepunkt der Welle, kurz bevor sie in die untere Stufe abkrümmt. Die Frequenz ist die Breite der Welle. Betrachten wir die X- und Y-Achse für eine Sinuswelle, so repräsentiert X die horizontale Ebene (Frequenz) und Y die vertikale (Amplitude). Zusammen geben diese Achsen der Sinuswelle ihre Form.
Bleiben Frequenz und Amplitude konstant, besteht die Sinuswelle aus sich wiederholenden, identischen Kurven. Die Wellenlänge verringert sich, wenn die Pulsgeschwindigkeit verringert wird (die Frequenz wird verringert). Die Amplitude und Höhe der Wellen nimmt ab, wenn die Energie des Pulses verringert wird.
Idealerweise erfordert jedes reine Signal eine konstante Sinuswelle. Das bedeutet, dass sich Frequenz und Amplitude niemals ändern dürfen. Die Sinuswelle kann durch Frequenz- oder Amplitudenänderungen verzerrt werden. Anstelle einer fortlaufenden Reihe identischer Wellen ändert sich die Form mit jeder Welle. Schnelle Frequenz- und Amplitudenänderungen können scharfe Spitzen oder Einbrüche in der Welle verursachen. Anstelle einer glatten Kurve erscheinen scharfe Punkte entlang der Wellenlinie. Dies ist Harmonische Verzerrung (HD).
VIDEO Ein tiefer Blick
Wir haben festgestellt, dass die harmonische Verzerrung eine Störung der Amplitude und / oder Frequenz einer Sinuswelle ist. Total Harmonic Distortion ist der Prozentsatz, der angibt, wie oft die Sinuswelle verzerrt wird.
Niedriger THD bedeutet eine konstantere Sinuswelle. In einer Stereoanlage bedeutet ein niedriger THD eine bessere Klangqualität. In ähnlicher Weise bedeutet eine elektrische Sinuswelle mit niedrigem THD einen stabileren elektrischen Strom.
THD, Strom
Bei der Stromversorgung ist THD von großer Bedeutung. Ein eingebauter THD-Filter ermöglicht es Ihnen, die Schallwellen, Radiosignale sowie die UHF- und VHF-Signale, die an Ihren Fernseher gesendet werden, anzupassen. Es ist schwierig, den elektrischen THD zu kontrollieren. Die Lastanforderungen an den Strom in unseren Häusern ändern sich ständig. Kühlschränke, Warmwasserbereiter und Klimaanlagen laufen ständig, und wir schalten ständig Geräte und Licht ein oder aus. Die Stromversorgung muss sich diesem wechselnden Bedarf anpassen.
120V 60Hz ist die Standardspannung und -frequenz der Stromversorgung in den USA. Hersteller von Elektrogeräten berücksichtigen Spannungsschwankungen von ca. 5 %. Dies bedeutet, dass in den USA, Kanada und den meisten Teilen Südamerikas normale elektrische Geräte zwischen 110 V und 127 V normal funktionieren. In anderen Ländern beträgt die Standardstromversorgung 220 V 240 V, normalerweise 50 Hz.
Der Begriff saubere Energie wird oft verwendet, wenn man sich auf eine Stromversorgung bezieht. Saubere Leistung ist ein niedriger THD von 5 % oder weniger. Idealerweise sollten Spannung und Frequenz konstant bleiben, dies ist jedoch nie möglich. Selbst mit ausgeklügelten elektronischen Power-Management-Systemen erreicht selbst die reinste Leistung keine THD-Werte unter 1%.
THD betrifft nicht alle elektrischen Geräte gleichermaßen. Die Auswirkungen auf Widerstandsheizungen sind sehr begrenzt. THD führt dazu, dass Elektromotoren weniger effizient sind und mehr Wärme produzieren, aber sie funktionieren immer noch normal. Die empfindlichsten elektronischen Geräte sind Fernseher und Computer. Elektronische Bauteile können im Laufe der Zeit durch hohe THD-Werte beschädigt werden. Wenn der Klirrfaktor 5 % überschreitet, funktionieren einige elektronische Geräte möglicherweise nicht richtig, möglicherweise überhaupt nicht. Lichter können flackern, wenn zu viel THD vorhanden ist, insbesondere LED-Lichter.
Wie wirkt sich THD auf die Leistung in unseren Häusern aus?
Unser Netzstrom wird über ein ausgedehntes Netz geliefert. Die USA haben schätzungsweise 125 Millionen inländische Stromverbraucher. Der Strom wird über ein Stromnetz an unsere Häuser, Fabriken und Unternehmen verteilt. Es ist ein Verbundnetz von Kraftwerken und Umspannwerken, die große Gebiete mit Strom versorgen. In den USA gibt es drei Stromnetze. Das Eastern Grid ist das größte, gefolgt von Western Grid. Das Texas Grid ist das kleinste.
Das Stromnetz ist aufgrund seiner Größe relativ stabil. Die Stromversorgung kann jedoch je nach Strombedarf des Tages schwanken. Auch wenn die Netzstromversorgung normalerweise unter 5 % bleibt, kann sie diese jedoch von Zeit zu Zeit überschreiten. In den meisten Fällen hat dies keine oder nur geringe Auswirkungen auf unsere elektronischen Geräte. Elektronische Bauteile können nur ausfallen, wenn sie lange Zeit THD ausgesetzt sind.
Manchmal können Linien auf Ihrem Computermonitor oder Fernsehbildschirm erscheinen. THD ist höchstwahrscheinlich die Ursache. Wenn dies regelmäßig passiert, sollten Sie die Installation einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) für empfindliche elektronische Geräte in Betracht ziehen. Im Allgemeinen empfehle ich die Verwendung einer USV für Computer, möglicherweise auch für den Fernseher und die Stereoanlage. Es ist immer besser, auf Nummer sicher zu gehen. Unerwartete Überspannungen und hoher THD können selbst bei der zuverlässigsten Stromversorgung passieren. Die USV liefert auch nach einem Ausfall der Hauptstromversorgung noch für kurze Zeit Strom, sodass Sie bei einem Stromausfall Zeit haben, Ihren Computer herunterzufahren.
Die Auswirkungen von THD auf tragbare Generatoren
Ein tragbarer Generator hat eine begrenzte Kapazität. Wenn ein Generator seine maximale Nennleistung erreicht, steigt die Wahrscheinlichkeit von THD. Dies mag für einige Generatoren nicht zutreffen, aber die meisten tragbaren Generatoren sind betroffen. Das THD eines tragbaren Generators wird durch eine Lichtmaschine verursacht, die unter hohen Lasten keinen stabilen Strom liefern kann und bei steigendem Leistungsbedarf Schwierigkeiten hat, die Motordrehzahl aufrechtzuerhalten. Billige Generatoren erzeugen eher höhere THD-Werte. In einigen Fällen kann dies bis zu 25 % betragen.
Einige der größeren, teureren tragbaren Generatoren erzeugen weniger als 5 % THD. Diese Maschinen sind selten und haben in der Regel eine hohe Wattleistung (10KW oder mehr). Allerdings haben nicht alle Generatoren mit hoher Wattzahl niedrige THD-Werte. Der THD-Wert ist niedriger, wenn die Wattzahl höher ist. Da sie mit einer geringeren maximalen Leistung laufen, ist es weniger wahrscheinlich, dass sie ihr volles Potenzial ausschöpfen.
Ich habe über THD nur in Bezug auf konventionelle Generatoren gesprochen, die eine Lichtmaschine verwenden, die von einem Diesel- oder Gasmotor angetrieben wird. In letzter Zeit sind Wechselrichter-Generatoren populär geworden. Dies sind kleine, tragbare Generatoren, die sauberen Strom mit niedrigem THD liefern. Wechselrichter erzeugen einen Strom, der einer Sinuswelle sehr ähnlich ist. Es besteht aus Transistoren und Kondensatoren. Die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) verwaltet es.
Wechselrichtergeneratoren haben wie andere Generatoren einen Motor und eine Lichtmaschine. Der Unterschied besteht darin, dass der Strom in Gleichstrom (DC) und dann mit einem Wechselrichter wieder in Wechselstrom (AC) umgewandelt wird. Dies ermöglicht der computergestützten Managementsoftware die kontinuierliche Überwachung des Ausgangsbedarfs sowie des gelieferten Stroms.
Der Wechselrichter korrigiert Verzerrungen in der Sinuswelle und reduziert dadurch den THD. Kein Wechselrichter wird den THD vollständig eliminieren, ihn jedoch deutlich unter dem akzeptierten Schwellenwert von 5 % halten. Wechselrichter-Generatoren haben normalerweise eine THD-Bewertung von unter 3%. Einige können sogar unter 1% liegen. Dies macht eine von einem Wechselrichter gelieferte Sinuswelle zur saubersten verfügbaren Leistung. Unter den vielen Vorteilen kann ein Wechselrichtergenerator mit maximaler Nennlast betrieben werden, ohne jemals einen übermäßigen THD zu erfahren. Dies würde selbst für den kleinsten tragbaren Wechselrichter-Generator gelten, der ansonsten zu einem hohen THD neigen würde.
