Esistono contatori elettrici in grado di eliminare le armoniche?

Hai notato uno strano fenomeno: possiamo rilevare armoniche di ordine-dispari come la 3a, 5a e 7a armonica nella rete elettrica, ma non vediamo quasi mai armoniche di ordine-pari come la 2a, 4a e 6a armonica? Perché è questo? Le armoniche di ordine pari-sono intrinsecamente impossibili da rilevare?

Per capire perché le armoniche di ordine pari-sono rare, dobbiamo prima capire cosa sono effettivamente le "armoniche". La corrente alternata che utilizziamo è idealmente un'onda sinusoidale standard con una frequenza fissa di 50 Hz, chiamata "onda fondamentale", proprio come la "melodia principale" nella musica.

In realtà, molti apparecchi elettrici non "eseguono obbedientemente gli ordini"-come luci a LED, caricabatterie per cellulari, alimentatori per laptop e condizionatori d'aria. Sono "dispositivi non-lineari" e non funzionano secondo il ritmo dell'onda fondamentale. Invece, "interferiscono" con l'onda fondamentale, "piegando" l'onda sinusoidale liscia in strane forme d'onda.

Queste forme d'onda distorte, se scomposte utilizzando il metodo matematico della "decomposizione di Fourier", rivelano che in realtà sono composte da una frequenza fondamentale (50 Hz) e da una serie di "armoniche" le cui frequenze sono multipli interi della frequenza fondamentale. Ad esempio, la terza armonica è 150 Hz (50×3), la quinta armonica è 250 Hz (50×5) e le armoniche di ordine pari- sono forme d'onda con frequenze che sono multipli pari della frequenza fondamentale, come 100 Hz (2a) e 200 Hz (4a).

Perché non vediamo quasi mai armoniche di ordine pari-? La chiave sta nel fatto che la maggior parte dei dispositivi non lineari oggi sul mercato utilizzano una tecnologia di base chiamata "rettifica-a ponte completo"-questa è il "funzionamento nascosto" degli apparecchi elettrici che ci circondano e un motivo importante per cui le armoniche di ordine pari- sono rare.

Cos'è la rettifica-ponte completa? Possiamo capirlo con una semplice analogia: la corrente alternata nella rete elettrica è come un'onda che sale e scende, con il semiciclo positivo che sale e il semiciclo negativo che scende e la direzione cambia costantemente; mentre la rettifica a ponte completo- è come un "convertitore di forma d'onda", che può "correggere" la direzione della corrente, indipendentemente dal fatto che la corrente sia nel semi-ciclo positivo o negativo, e trasformarla in corrente continua (o corrente continua pulsante) nella stessa direzione, proprio come appiattire le onde ondulate in un flusso d'acqua unidirezionale.

Le luci a LED, i caricabatterie dei telefoni cellulari, gli alimentatori dei computer e persino i condizionatori e le lavatrici delle nostre case utilizzano quasi tutti la tecnologia di rettifica a ponte completo, quindi le armoniche che generano sono tutte di ordine dispari, mentre le armoniche di ordine pari sono naturalmente difficili da vedere.

Naturalmente, le armoniche di ordine pari- non sono del tutto inesistenti, ma sono estremamente rare nelle moderne reti elettriche. Le armoniche di ordine pari- compaiono solo quando la forma d'onda nella rete elettrica è "asimmetrica" ​​e esistono due scenari comuni:

1. Il primo tipo riguarda le apparecchiature che utilizzano la tecnologia di "rettifica a mezza onda". A differenza della rettifica a ponte completo, la rettifica a mezza onda utilizza solo il semiciclo positivo (o negativo) della corrente alternata, scartando l'altra metà della forma d'onda. Ciò si traduce in una forma d'onda asimmetrica, che porta ad armoniche di ordine pari- dopo la decomposizione di Fourier. Tuttavia, la rettifica a semionda- è estremamente inefficiente e spreca una notevole quantità di energia. È stato completamente eliminato dalla rettifica-del ponte completo e viene utilizzato solo in alcune apparecchiature molto vecchie, quasi obsolete (come i caricabatterie di decenni fa), rendendone difficile il rilevamento nella rete elettrica.

Il secondo tipo è il guasto dell'apparecchiatura. Ad esempio, un diodo raddrizzatore danneggiato in un apparecchio può impedire la normale conversione tra i semi-cicli positivi e negativi, risultando in una forma d'onda asimmetrica e generando armoniche di ordine -pari. Tuttavia, questa è una condizione di errore; una volta che si verifica, l'elettrodomestico solitamente non funziona correttamente o attiva un meccanismo di protezione e non ha un impatto a lungo-termine sulla rete elettrica, rendendolo difficile da rilevare.

In termini semplici, le armoniche di ordine-pari sono quasi invisibili nella rete elettrica, principalmente a causa della diffusa adozione della "tecnologia di rettifica-a ponte completo": mantiene simmetrica la forma d'onda generata dagli apparecchi elettrici e le forme d'onda simmetriche non possono essere scomposte in armoniche di ordine-pari, il che significa che le normali apparecchiature non generano armoniche di ordine-pari; inoltre, i trasformatori stessi del sistema di alimentazione hanno una certa capacità di sopprimere le armoniche di ordine pari.

A rigor di termini, nessun contatore elettrico può "eliminare" le armoniche. La funzione di un contatore elettrico è quella di "contare", non di "gestire". Anche se i contatori elettrici non eliminano le armoniche, esistono infatti dispositivi nel sistema di alimentazione appositamente progettati per "eliminare" le armoniche; questi sono chiamati filtri.

Ricerche recenti indicano che l'installazione di filtri adeguati nella parte anteriore dei contatori elettrici può ridurre efficacemente l'impatto delle armoniche sulla precisione della misurazione.