Pourquoi est-il dit que seule la composante de fréquence fondamentale donne une puissance utile?

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Dans la plupart des livres, il est dit que le contenu harmonique d'une ligne AC ne transfère pas la puissance (juste la fréquence fondamentale), mais aucune explication. Cela semble intuitif, mais pourquoi est-ce vrai?

Edit: Dans le contexte de l'énergie électrique, j'imagine donc une forme d'onde de courant déformée et une tension d'onde sinusoïdale.

power ac harmonics

— k_orolev
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contenu harmonique? voulez-vous dire le courant harmonique?

— Jasen

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Le livre est faux, aussi simple que cela. C'est encore plus faux aujourd'hui car la plupart des appareils rectifient l'entrée CA en CC avant de l'utiliser.

— Navin

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le courant harmonique sur une ligne ca avec une tension sinusoïdale à fréquence unique fournit une puissance utilisable à la charge. un redresseur ne va pas changer cela.

— Jasen

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C'est vrai parce que la tension est sinusoïdale et

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

Et ce n'est que dans le cas où a = b que le résultat a une valeur moyenne non nulle.

donc toutes les harmoniques donnent un résultat qui n'a aucun effet sur la puissance réelle

— Jasen
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Oui, vous avez compris, en termes plus simples, les harmoniques sont orthogonales les unes aux autres

— carloc

ouais est juste une preuve quelque peu ondulée de la main de cela.

— Jasen

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C'est une déclaration trop générale. Evidemment, avec une charge résistive, toutes les fréquences transfèrent la puissance.

C'est vraiment une déclaration sur les machines tournantes en particulier (moteurs et générateurs). Pour ces appareils, l'énergie à des fréquences autres que la fondamentale est tout aussi susceptible de s'opposer au travail en cours que de l'aider. De plus, l'énergie des hautes fréquences est souvent gaspillée sous forme de courants de Foucault indésirables, etc.

— Dave Tweed
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De plus, dans des situations normales (autres que l'utilisation d'un onduleur), il y a relativement très peu d'énergie dans les harmoniques pour commencer, oui?

— Hearth

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@Hearth: Eh bien, oui, mais la question est de savoir si cette énergie est utile ou non.

— Dave Tweed

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Cela n'est vrai que si le courant est déformé par la charge et non en raison de la distorsion de la forme d'onde de tension de la ligne CA.

Si vous multipliez les valeurs instantanées, point par point, de deux ondes sinusoïdales de fréquences différentes, vous obtenez une forme d'onde qui a une moyenne de zéro. Vous avez une puissance positive à certains intervalles et une puissance négative à d'autres intervalles. Cela montre que l'énergie passe d'avant en arrière plutôt que d'être transférée de la source à la charge.

Si la tension de ligne CA est déformée, la puissance harmonique est transférée, mais ce n'est peut-être pas une puissance utile. Dans les moteurs à courant alternatif, le courant harmonique tenterait de faire fonctionner le moteur à une vitesse plus élevée en conflit avec le fondamental. Certaines harmoniques tentent d'entraîner le moteur dans le sens inverse. En conséquence, toute la puissance harmonique nette transférée est perdue sous forme de chaleur, de bruit et de vibrations. Une certaine puissance harmonique circulerait entre la source et la charge tout comme le poseur réactif circule.

La puissance harmonique serait utile dans la mesure où elle provoque un échauffement lorsque le chauffage est l'utilisation souhaitée de l'énergie. Il est possible que la puissance harmonique soit utile dans un moteur universel. Il peut également être utile lorsqu'il est rectifié et filtré. Bien qu'une partie de la puissance transférée puisse être considérée comme utile, les effets indésirables l'emporteraient sur l'utilité.

— Charles Cowie
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C'est une jolie image, mais je pense qu'elle pourrait utiliser une explication plus détaillée. Au moins, il m'a fallu un certain temps pour comprendre ce que je pense que vous essayez d'illustrer avec. Au début , je pensais que vous essayiez de faire valoir que « une forme d' onde qui a une moyenne de zéro » ne peut pas transférer la puissance utile, ce qui semble assez raisonnable ... jusqu'à ce que l' on réalise que toute forme d' onde périodique impartiale, y compris une onde pure sinusoïdale, aussi a une moyenne de zéro, mais la transmission de courant alternatif fonctionne évidemment toujours.

— Ilmari Karonen

... Je suppose que ce que vous essayez de dire, c'est que si le courant consommé par la charge a des composantes de fréquence orthogonales à la forme d'onde de la tension de ligne (ou vice versa), alors ces fréquences ne peuvent pas transférer de puissance utile (à moins que, bien sûr, il y a une rectification ou d'autres choses non linéaires en cours). Mais je ne l'ai compris que lorsque j'ai remarqué le "V" et le "I" dans la légende de l'image. Et je ne suis toujours pas tout à fait sûr que c'est ce que le PO demande réellement.

— Ilmari Karonen

@Ilmari Karonen L'OP demande ce qui est dit "dans la plupart des livres". J'essaie d'expliquer ce qui peut être vrai à ce sujet.

— Charles Cowie

OP ici, je posais des questions sur l'alimentation électrique, alors j'ai supposé que le courant était déformé et que la tension de ligne était propre. Désolé pour le manque de clarté.

— k_orolev

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À partir d'une grille sinusoïdale, cela est vrai car les harmoniques sont dues à n'importe quel "appareil non linéaire.

Par exemple, la saturation partielle du noyau magnétique contrôlée par la tension d'excitation de crête.

Cependant, cette déclaration contredit les onduleurs peu coûteux avec des sources d'ondes carrées évaluées en V-rms. Les harmoniques de cette forme d'onde de tension peuvent générer la même puissance dans les charges résistives. Mais alors les harmoniques peuvent augmenter les pertes par courants de Foucault dans les moteurs, ce qui le rend moins efficace.

Donc, si vous comprenez la source des harmoniques et l'impédance de charge, vous pouvez comprendre les exceptions à la règle . Un radiateur électrique, étant principalement résistif, peut utiliser des sources d'onde sinusoïdale ou carrée.

La seule différence entre la puissance réelle (utilisée) et la puissance réactive (stockée) est la composante de décalage de phase de 90 degrés du courant par rapport à la tension, qu'elle soit fondamentale ou harmonique.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Un radiateur électrique peut même utiliser du courant continu. Comme il n'a pas de mémoire, il ne se soucie que de la tension instantanée, pas de toute tension précédente - à l'exception de la capacité thermique. La température du chauffage dépend évidemment de la tension précédente.

— MSalters le

De plus, si votre source d'alimentation est pleine de distorsion et que vous alimentez une alimentation à découpage (SMPS), telle qu'une brique d'alimentation pour ordinateur portable, elle transférera cette puissance supplémentaire. Si le SMPS a un filtre passif à l'entrée, la plupart de cette énergie non fondamentale sera convertie en chaleur, bien plus qu'un onduleur à sinus pur. Dans le pire des cas, les transitoires traversent les filtres et peuvent même endommager les circuits. Mais des fournitures plus sophistiquées (par exemple, buck-buck-boost) peuvent tolérer et même nettoyer le facteur de puissance. Alors oui, le pouvoir se transfère définitivement.

— DeusXMachina

La charge capacitive dans les briques est plus destructrice pour les onduleurs à onde carrée comme l'induction dans les moteurs avec des pertes par courants de Foucault, mais maintenant en raison de courants de crête élevés I² * ESR et ajoute une ondulation de bruit à l'audio. Un bon frontal PFC actif est donc également préférable de présenter une charge résistive. @DeusXMachina donc je suis d'accord

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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Dans le contexte du réseau électrique, le courant alternatif est généré et transmis par des transformateurs en trois phases espacées de 120 degrés. La troisième harmonique (triple la fréquence) est identique pour les trois phases, ce que vous pouvez vérifier en traçant les ondes sinusoïdales. Lorsque vous connectez une charge entre deux phases, la troisième tension harmonique est la même sur les deux fils, de sorte que votre charge ne voit rien. (Cependant, vous verrez la troisième harmonique de n'importe quelle phase à la masse.). Puisqu'un transformateur triphasé ne se connecte qu'entre phases, il ne peut pas recevoir de troisième puissance harmonique. Ce blocage s'applique à toute harmonique 3n. Cela ne se produit que dans la transmission de puissance triphasée, jamais lorsqu'une seule ligne de signal est connectée à une charge.

— richard1941
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