Όταν εφαρμόζουμε σήμα εισόδου με τη μορφή ημιτονοειδούς (ή οποιασδήποτε μορφής σήματος) σε οποιοδήποτε ηλεκτρονικό κύκλωμα τότε η έξοδος του θα πρέπει να είναι του ίδιου τύπου σήματος. Αυτό σημαίνει ότι η έξοδος πρέπει επίσης να έχει την ίδια μορφή σήματος είναι ημιτονοειδής. Εάν στην περίπτωση, η έξοδος δεν είναι το ίδιο αντίγραφο του σήματος εισόδου ή εάν η έξοδος δεν ισούται με το σήμα εισόδου, τότε η διαφορά ονομάζεται παραμορφώσεις. Λόγω αυτών των παραμορφώσεων, η έξοδος δεν ισούται με την είσοδο. Η αρμονική παραμόρφωση μπορεί να οριστεί χρησιμοποιώντας αυτό το παράδειγμα. Όταν το σήμα εισόδου 5V εφαρμόζεται στο κύκλωμα, τότε το σήμα εξόδου θα έχει μόνο τάση 2V. Δείχνει ότι το σήμα χάνει την τάση του λόγω παραμόρφωσης. Αυτό θα συμβεί το ενισχυτές , ενισχυτές ισχύος & τεχνικές διαμόρφωσης, κ.λπ. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές για τη μείωση αυτής της παραμόρφωσης και λίγες μέθοδοι και τύποι είναι διαθέσιμοι για τον υπολογισμό του επιπέδου παραμόρφωσης. Αυτό το άρθρο ασχολείται με την αρμονική παραμόρφωση, τον ορισμό, την ανάλυση, τα αίτια κ.λπ.
Τι είναι η αρμονική παραμόρφωση;
Μπορούμε να κατανοήσουμε τη λέξη αρμονική όπως ο ακέραιος που πολλαπλασιάζει τις θεμελιώδεις συχνότητες είναι γνωστή ως «Αρμονική». Εδώ, το αρμονικό είναι ένας τύπος σήματος του οποίου η συχνότητα είναι αναπόσπαστο πολλαπλάσιο του σήματος αναφοράς. Με άλλο τρόπο, μπορεί να οριστεί ως ο λόγος μεταξύ της συχνότητας του σήματος και της συχνότητας του σήματος αναφοράς. Για παράδειγμα, το Χ είναι ένα σήμα AC εισόδου που έχει τη συχνότητα f Hz.
Αρμονικό σήμα παραμόρφωσης-εισόδου-σήματος
Όταν εμφανίζεται το σήμα X ο CRO τότε το σήμα X θα φαίνεται να επαναλαμβάνεται για κάθε f Hz. Εδώ, το σήμα X είναι το σήμα αναφοράς και το σήμα που εμφανίζεται στο CRO έχει συχνότητες όπως 2f, 3f, 4f και ούτω καθεξής. Θεωρητικά, το σήμα περιλαμβάνει άπειρες αρμονικές. Κάτω από δύο σχήματα δείχνουν το σήμα εισόδου και την παραμορφωμένη έξοδο όταν η είσοδος εφαρμόζεται σε οποιοδήποτε κύκλωμα.
Αρμονικό σήμα παραμόρφωσης-εξόδου-παραμορφωμένου σήματος
Εάν το σήμα έχει ίση χρονική περίοδο θετικού κύκλου και αρνητικού κύκλου, τότε ένα τέτοιο σήμα ονομάζεται συμμετρικό σήμα και μπορεί να εμφανιστούν περίεργες αρμονικές (πολλαπλασιάζει την 3η, 5η, κ.λπ. της θεμελιώδους συχνότητας). Εάν το σήμα δεν έχει ίση χρονική περίοδο θετικού κύκλου και αρνητικού κύκλου, τότε ένα τέτοιο σήμα ονομάζεται ασύμμετρο σήμα και μπορεί να εμφανιστούν ακόμη αρμονικές (πολλαπλασιάζει το 2ο, το 4ο κ.λπ. της θεμελιώδους συχνότητας) και DC συστατικά μπορεί επίσης να εμφανιστεί στα ασύμμετρα σήματα.
Στο παραπάνω σχήμα, μπορούμε να παρατηρήσουμε τη θεμελιώδη συχνότητα σήματος ως 100Hz και οι αρμονικές τους θα υπάρχουν σε διαφορετικές συχνότητες για τη συχνότητα σήματος αναφοράς όπως τα 100 Hz.
Αρμονικές-παραμορφώσεις-στο-σήμα
Εάν το σήμα έχει αρμονικές παραμορφώσεις ενώ υπάρχουν στοιχεία αρμονικής συχνότητας, τότε για να βρείτε το ποσοστό αυτών των παραμορφώσεων στο συγκεκριμένο αρμονικό επίπεδο είναι,
% n αρμονική παραμόρφωση = [Pn] / [P1} * 100
[Pn] = πλάτος του στοιχείου nth συχνότητας
[P1] = πλάτος της βασικής συχνότητας σήματος
Ενδέχεται να προκληθούν παραμορφώσεις λόγω μη γραμμικών χαρακτηριστικών των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικό κύκλωμα. Αυτά τα συστατικά μπορεί να εμφανίζουν μη γραμμικά χαρακτηριστικά, με αποτέλεσμα τη δημιουργία παραμορφώσεων στο σήμα. Υπάρχουν πέντε διαφορετικοί τύποι αρμονικής παραμόρφωσης στα συστήματα ισχύος. Αυτοί είναι
- Παραμόρφωση συχνότητας
- Παραμόρφωση εύρους
- Παραμόρφωση φάσης
- Παραμόρφωση διαμόρφωσης
- Διασταυρούμενη παραμόρφωση
Ανάλυση αρμονικής παραμόρφωσης
Η ανάλυση αυτής της παραμόρφωσης είναι ένας μοναδικός τύπος ανάλυσης. Σε αυτόν τον τύπο, ένα ημιτονοειδές σήμα μίας συχνότητας εφαρμόζεται στο κύκλωμα και η έξοδος του με παραμόρφωση που πρέπει να μετρηθεί και να αναλυθεί.
Όταν το σήμα εισόδου εφαρμόζεται στο κύκλωμα, λόγω μη γραμμικών χαρακτηριστικών των εξαρτημάτων, μπορεί να αναπτυχθεί παραμόρφωση στο σήμα εξόδου. Εξαιτίας αυτού, το σήμα αναφοράς μπορεί να εμφανίζεται στην έξοδο σε διαφορετικά σημεία συχνότητας. Αν αναλύσουμε τις παραμορφώσεις με τεχνική μέτρησης ολικής αρμονικής παραμόρφωσης μπορούμε να γνωρίζουμε την τιμή της συνολικής αρμονικής παραμόρφωσης (THD), της συνολικής αρμονικής παραμόρφωσης συν θορύβου (THDN), σήματος προς θόρυβο και παραμόρφωσης (SINAD), λόγου σήματος προς θόρυβο (SNR) και η αρμονική τιμή σε σχέση με τη θεμελιώδη συχνότητα. Με αυτήν τη μέθοδο μέτρησης συνολικής αρμονικής παραμόρφωσης, μπορούμε να γνωρίζουμε τις τάσεις εισόδου και εξόδου και την ισχύ εισόδου και εξόδου.
Αρμονικές αιτίες παραμόρφωσης
Οι κύριοι λόγοι για τις αρμονικές παραμορφώσεις είναι τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά φορτίου και μη γραμμικότητας των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Το μη γραμμικό φορτίο αλλάζει την αντίσταση με την εφαρμοζόμενη τάση εισόδου. Αυτό οδηγεί σε παραμόρφωση στο σήμα εξόδου. Και τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούν στο κύκλωμα δείχνουν επίσης τα χαρακτηριστικά μη γραμμικότητας. Αυτό οδηγεί επίσης στην ανάπτυξη των αρμονικών στην έξοδο. Λόγω της αρμονικής παραμόρφωσης, το κύκλωμα λαμβάνει θερμότητα και έξοδο όχι ίση με την είσοδο. Αυτό το εφέ είναι επιβλαβές για οποιοδήποτε κύκλωμα.
Αναλυτής αρμονικής παραμόρφωσης
Η εύρεση του αρμονικού παράγοντα παραμόρφωσης είναι πιο σημαντική για κάθε κύκλωμα. Μπορούμε να αναλύσουμε αυτές τις παραμορφώσεις με αυτήν την τιμή. Η ολική αρμονική παραμόρφωση (THD) είναι η πιο χρήσιμη τεχνική για την εύρεση της ολικής αρμονικής παραμόρφωσης για το τρέχον σήμα και της συνολικής αρμονικής παραμόρφωσης για τα σήματα τάσης.
Το THD μπορεί να οριστεί ως ο λόγος μεταξύ των τιμών RMS όλων των αρμονικών σημάτων προς την τιμή RMS της βασικής συχνότητας σήματος.
Τρέχον THD - Σύμφωνα με την παραπάνω δήλωση, η συνολική παραμόρφωση του ρεύματος υποδεικνύεται από το THDi
current-THDi
Εδώ, το In είναι το ρεύμα RMS για το ένατο αρμονικό σήμα και το I1 είναι η τιμή RMS του βασικού σήματος.
Τάση THD - όπως το THDi, η συνολική αρμονική παραμόρφωση της τάσης υποδηλώνεται με THDv.
τάση-THDv
Εδώ, το Vn είναι η τάση του nth αρμονικού και το V1 είναι η τάση του θεμελιώδους σήματος. Η ολική αρμονική παραμόρφωση (THD) αναλύει επίσης τη μη γραμμική συμπεριφορά του συστήματος με τον μετασχηματισμό Fast Fourier (FFT).
Συνολική αρμονική παραμόρφωση περισσότερο θόρυβο (THDN) ορίζεται ως ο λόγος της τιμής RMS του βασικού σήματος προς την τιμή RMS των αρμονικών μαζί με τα στοιχεία θορύβου.
Αυτό λοιπόν αφορά αρμονικά παραμόρφωση . Από τις παραπάνω πληροφορίες επιτέλους, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτή είναι η πιο σημαντική παράμετρος του συστήματος, επειδή μπορεί να παραβιάζει το σήμα εξόδου. Και αυτό μπορεί να αναλυθεί με τον παράγοντα THD και μπορεί να μειωθεί με τις τεχνικές και τις συσκευές που είναι διαθέσιμες στην αγορά. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποιες είναι οι εφαρμογές της αρμονικής παραμόρφωσης;
