Un oscilloscopio che mostra un’onda sinusoidale.
La ricerca della definizione di Distorsione Armonica Totale è difficile da comprendere per molte persone. Il calcolo della distorsione armonica è difficile perché richiede una comprensione dell’algebra. Poiché questo è più importante di quanto molte persone possano realizzare, proverò a spiegare la distorsione armonica totale in modo che possa essere compresa da tutti.
Per rispondere alla domanda “Cos’è la distorsione armonica?” dobbiamo prima capire cos’è un’onda sinusoidale e come funziona. Il THD può influenzare la maggior parte delle apparecchiature che usiamo ogni giorno, comprese radio, stereo ed elettrodomestici.
Cos’è Un’onda Sinusoidale?
Un’onda sinusoidale è una rappresentazione grafica di un’oscillazione continua. Questo è usato per visualizzare oscillazioni ripetute o impulsi che non possono essere visti. La maggior parte delle forme di energia si muove in onde. Le onde oscillanti possono essere viste nella luce, nel suono, nei segnali radio e nell’elettricità. Essenzialmente, queste sono unità di energia, come elettroni o protoni, che si muovono con frequenza o velocità ripetute.
L’ampiezza è la misura dell’energia in un’onda sinusoidale. Questo è il picco dell’onda appena prima di curvare verso lo stadio inferiore. La frequenza è la larghezza dell’onda. Quindi, se osserviamo gli assi X e Y di un’onda sinusoidale, X è il piano orizzontale (frequenza) e Y è il piano verticale (ampiezza). Questi assi insieme danno all’onda sinusoidale la sua forma.
L’onda sinusoidale è composta da curve identiche ripetute se la frequenza e l’ampiezza sono costanti. La lunghezza d’onda diminuirà se la velocità dell’impulso viene ridotta (la frequenza viene ridotta). L’ampiezza e l’altezza delle onde diminuiranno se l’energia dell’impulso diminuisce.
Un’onda sinusoidale costante è ideale per segnali puri. Ciò significa che la frequenza e l’ampiezza non cambiano mai. L’onda sinusoidale può essere distorta da variazioni di frequenza o ampiezza. Invece di avere una serie di onde identiche, la forma di ogni onda cambia. Rapide fluttuazioni di frequenza o ampiezza possono portare a picchi acuti e cali nelle onde. Invece di una curva uniforme, lungo la linea dell’onda appaiono dei punti acuti. Ci riferiamo a questo come Distorsione Armonica (HD).
VIDEO Uno sguardo approfondito
Abbiamo stabilito che la distorsione armonica è un’interruzione dell’ampiezza e/o della frequenza di un’onda sinusoidale. La distorsione armonica totale è la percentuale che rappresenta la quantità di volte in cui l’onda sinusoidale viene distorta.
Un THD inferiore è un’onda sinusoidale più coerente. Uno stereo con un basso THD avrà una migliore qualità del suono. Un’onda sinusoidale elettrica a bassa THD significa una corrente più stabile.
THD Ed Elettricità
THD è fondamentale quando si tratta di fornitura di energia elettrica. Un filtro THD integrato consente di regolare le onde sonore, i segnali radio, nonché i segnali UHF e VHF inviati alla TV. Il controllo del THD elettrico non è così facile. Il carico sull’elettricità nelle nostre case cambia costantemente. Frigoriferi, scaldabagni e condizionatori d’aria funzionano continuamente e accendiamo o spegniamo costantemente elettrodomestici e luci. L’alimentazione deve adattarsi a questa domanda in continua evoluzione.
La tensione e la frequenza standard per l’alimentazione elettrica negli Stati Uniti sono 120 V 60 Hz. I produttori di apparecchiature elettriche consentono fluttuazioni di tensione di circa il 5%. L’intervallo di tensione standard per le apparecchiature elettriche negli Stati Uniti, in Canada e nella maggior parte del Sud America è compreso tra 110 V e 127 V. L’alimentazione standard negli altri paesi è 220V, 240V e solitamente 50 Hz.
Il termine energia pulita viene spesso utilizzato quando si fa riferimento a un’alimentazione elettrica. L’energia pulita è un THD basso del 5% o meno. La situazione ideale è che la frequenza e la tensione rimangano costanti. Tuttavia, questo non è possibile. Anche con sofisticati sistemi elettronici di gestione dell’alimentazione, anche la potenza più pura non raggiungerà livelli di THD inferiori all’1%.
THD non influisce allo stesso modo su tutte le apparecchiature elettriche. Gli effetti sui riscaldatori a resistenza sono molto limitati. I motori elettrici saranno meno efficienti e genereranno calore extra quando il THD aumenta; ma funzionerà comunque normalmente. Le apparecchiature elettroniche, come computer e televisori, sono le più sensibili. I componenti elettronici possono essere danneggiati da alti livelli di THD nel tempo. Livelli di THD superiori al 5% possono far sì che le apparecchiature elettroniche smettano di funzionare correttamente o addirittura non funzionino completamente. L’alto THD può anche causare lo sfarfallio delle luci, in particolare le luci a LED.
In che modo il THD influisce sul potere nelle nostre case?
L’energia elettrica fornita alle nostre case fa parte di una rete massiccia. Gli Stati Uniti hanno circa 125 milioni di utenti domestici di elettricità. Una rete elettrica è un sistema che distribuisce elettricità a case, fabbriche, aziende e altri luoghi. È una rete interconnessa di centrali di produzione di energia e stazioni di trasformazione che forniscono elettricità a grandi aree. Gli Stati Uniti hanno tre reti elettriche. La griglia orientale è la più grande, seguita dalla griglia occidentale. La Texas Grid è la più piccola.
A causa delle sue dimensioni, la rete elettrica rimane relativamente stabile. Tuttavia, l’alimentazione può variare a seconda della richiesta di energia giornaliera. Quindi, anche se l’alimentazione della rete di solito rimane al di sotto del 5%, di tanto in tanto potrebbe superarla. Questo avrà molto probabilmente un effetto minimo o nullo sulle apparecchiature elettroniche. È solo attraverso una frequente esposizione a lungo termine ad alti livelli di THD che i componenti elettronici si guastano effettivamente.
A volte possono apparire delle righe sul monitor del computer o sullo schermo della TV. THD è più probabile che sia la causa. Se ciò accade regolarmente, dovresti prendere in considerazione l’installazione di un gruppo di continuità (UPS) per apparecchiature elettroniche sensibili. In generale, consiglierei di utilizzare un UPS per computer, possibilmente anche TV e stereo. È sempre meglio giocare sul sicuro. Anche il miglior alimentatore può subire picchi imprevisti e THD elevati. L’UPS continua inoltre a fornire elettricità per un breve periodo dopo un’interruzione dell’alimentazione principale, dandoti il tempo di spegnere il computer in caso di interruzione dell’alimentazione.
Gli impatti di THD sui generatori portatili
La capacità di un generatore portatile è limitata. Quando un generatore raggiunge la sua potenza nominale massima, aumenta la possibilità di THD. Anche se questo potrebbe non applicarsi a tutti i generatori, influenzerà la maggior parte dei generatori portatili. Il generatore portatile THD è causato da un alternatore che non è in grado di fornire una corrente stabile sotto carichi elevati e ha difficoltà a mantenere i giri del motore all’aumentare della richiesta di potenza. I generatori economici hanno maggiori probabilità di produrre livelli di THD più elevati. In alcuni casi, questo può arrivare fino al 25%.
I generatori portatili più grandi e costosi possono produrre meno del 5% di THD. Queste macchine sono rare e hanno un’elevata potenza (spesso 10KW o più). Tuttavia, non tutti i generatori ad alta potenza hanno bassi livelli di THD. Sebbene, generalmente, un wattaggio più elevato risulterà in un THD inferiore. Poiché funzionano a una potenza massima inferiore, è meno probabile che funzionino al massimo delle loro potenzialità.
Ho parlato solo di THD in relazione ai generatori convenzionali che utilizzano un alternatore alimentato da un motore diesel o a gas. I generatori di inverter stanno diventando sempre più popolari negli ultimi anni. Questi piccoli generatori sono portatili e forniscono energia pulita con un basso THD. Gli inverter producono una corrente molto simile a un’onda sinusoidale. È realizzato utilizzando transistor e condensatori. L’unità centrale di elaborazione (CPU) lo gestisce.
I generatori inverter hanno un motore e un alternatore proprio come gli altri generatori. Un inverter converte la potenza in corrente continua (DC) e quindi in corrente alternata (AC) utilizzando un inverter. Ciò consente al sistema di gestione informatizzato di monitorare costantemente la domanda di uscita e la corrente che viene fornita.
L’inverter corregge le distorsioni nelle onde sinusoidali, che ridurranno il THD. Nessun inverter eliminerà totalmente il THD ma lo manterrà ben al di sotto della soglia accettata del 5%. La maggior parte dei generatori di inverter ha un valore di THD inferiore al 3%, alcuni possono arrivare fino all’1% di THD massimo. Un’onda sinusoidale fornita da inverter è quindi la fonte di alimentazione più efficiente. Tra i tanti vantaggi, un generatore inverter può funzionare al massimo carico nominale senza mai subire un THD eccessivo. Anche i più piccoli generatori portatili potrebbero beneficiare di questa caratteristica.
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