Když aplikujeme na jakýkoli vstupní signál ve formě sinusového (nebo jakékoli formy signálu) elektronický obvod pak by jeho výstup měl být stejného typu signálu. To znamená, že výstup také musí mít stejnou formu signálu je sinusový. Pokud v případě, že výstup není stejná replika vstupního signálu, nebo pokud se výstup nerovná vstupnímu signálu, pak se rozdíl nazývá zkreslení. Kvůli těmto zkreslením se výstup nerovná vstupu. Harmonické zkreslení lze definovat pomocí tohoto příkladu. Když je do obvodu přiveden vstupní signál 5V, bude mít výstupní signál pouze napětí 2V. Znamená to, že signál ztrácí napětí kvůli zkreslení. K tomu dojde v zesilovače , výkonové zesilovače a modulační techniky atd. Existují různé techniky ke snížení tohoto zkreslení a k výpočtu úrovně zkreslení je k dispozici několik metod a vzorců. Tento článek pojednává o tom, co je harmonické zkreslení, definice, analýza, příčiny atd
Co je harmonické zkreslení?
Slovo harmonické můžeme chápat jako celé číslo, které znásobuje základní frekvence, známé jako „Harmonické“. Harmonická je zde typ signálu, jehož frekvence je integrálním násobkem referenčního signálu. Jiným způsobem jej lze definovat jako poměr mezi frekvencí signálu a frekvencí referenčního signálu. Například X je vstupní AC signál, který má frekvenci f Hz.
Vstupní signál harmonického zkreslení
Když je signál X zobrazen na CRO pak se objeví signál X, který se bude opakovat pro každé f Hz. Zde je signál X referenční signál a signál, který ukazuje na CRO, má frekvence jako 2f, 3f, 4f atd. Teoreticky signál zahrnuje nekonečné harmonické. Níže dvě číslice označují vstupní signál a zkreslený výstup, když je vstup aplikován na jakýkoli obvod.
Harmonické zkreslení - výstup - zkreslený signál
Pokud má signál stejnou dobu periody kladného a záporného cyklu, pak se takový signál nazývá symetrický signál a mohou se objevit liché harmonické (vynásobí 3., 5. atd. Základní frekvence). Pokud signál nemá stejné časové období kladného a záporného cyklu, pak se takový signál nazývá asymetrický signál a mohou se objevit i harmonické (násobí 2., 4. atd. Základní frekvence) a DC komponenty také se mohou objevit v asymetrických signálech.
Na výše uvedeném obrázku si můžeme všimnout základní frekvence signálu jako 100 Hz a jejich harmonické budou existovat na různých frekvencích pro frekvenci referenčního signálu, jako je 100 Hz.
Harmonické zkreslení v signálu
Pokud má signál harmonické zkreslení, zatímco harmonické kmitočtové složky existují, pak najít procento těchto zkreslení na konkrétní harmonické úrovni je,
% n. harmonické zkreslení = [Pn] / [P1} * 100
[Pn] = amplituda n-té frekvenční složky
[P1] = amplituda základní frekvence signálu
Může dojít ke zkreslení z důvodu nelineárních charakteristik komponent, které se používají v elektronickém obvodu. Tyto komponenty mohou vykazovat nelineární charakteristiky, což má za následek generování zkreslení signálu. V energetických systémech existuje pět různých typů harmonického zkreslení. Oni jsou
- Frekvenční zkreslení
- Amplitudové zkreslení
- Fázové zkreslení
- Intermodulační zkreslení
- Křížové zkreslení
Analýza harmonického zkreslení
Analýza tohoto zkreslení je jedinečným typem analýzy. U tohoto typu se na obvod aplikuje jednofrekvenční sinusový signál a jeho výstup se zkreslením se měří a analyzuje.
Když je vstupní signál přiveden do obvodu, může se ve výstupním signálu v důsledku nelineárních charakteristik komponent vyvinout zkreslení. Z tohoto důvodu se referenční signál může objevit na výstupu v různých frekvenčních bodech. Pokud analyzujeme zkreslení technikou měření celkového harmonického zkreslení, můžeme znát hodnotu celkového harmonického zkreslení (THD), celkového harmonického zkreslení plus šum (THDN), signálu k šumu a zkreslení (SINAD), poměru signálu k šumu (SNR) a n-té harmonické hodnoty vzhledem k základní frekvenci. Díky této metodě měření celkového harmonického zkreslení můžeme znát vstupní a výstupní napětí a vstupní a výstupní výkon.
Příčiny harmonického zkreslení
Hlavními důvody harmonického zkreslení jsou charakteristiky nelineárního zatížení a nelinearity elektronických součástek. Nelineární zátěž mění impedanci s aplikovaným vstupním napětím. To vede k narušení výstupního signálu. A komponenty, které používají v obvodu, také ukazují charakteristiky nelinearity. To také vede k vývoji harmonických ve výstupu. Kvůli harmonickému zkreslení dostane obvod teplo a výstup, který se nerovná vstupu. Tento efekt je škodlivý pro jakýkoli obvod.
Analyzátor harmonického zkreslení
Nalezení činitele harmonického zkreslení je nejdůležitější pro každý obvod. Můžeme analyzovat tato zkreslení podle této hodnoty. Celkové harmonické zkreslení (THD) je nejužitečnější technikou k nalezení celkového harmonického zkreslení pro aktuální signál a celkového harmonického zkreslení pro napěťové signály.
THD lze definovat jako poměr mezi hodnotami RMS všech harmonických signálů a hodnotou RMS základní frekvence signálu.
Aktuální THD - Podle výše uvedeného prohlášení je celkové zkreslení pro proud indikováno THDi
proud-THDi
Zde In je RMS proud pro n-tý harmonický signál a I1 je RMS hodnota základního signálu.
Napětí THD - stejně jako THDi je celkové harmonické zkreslení napětí označeno THDv.
napětí-THDv
Zde Vn je napětí n-té harmonické a V1 je napětí základního signálu. Celkové harmonické zkreslení (THD) také analyzuje nelineární chování systému pomocí rychlé Fourierovy transformace (FFT).
Celkové harmonické zkreslení více šumu (THDN) je definován jako poměr RMS hodnoty základního signálu k RMS hodnotě harmonických spolu se složkami šumu.
Jedná se tedy o Harmonic zkreslení . Z výše uvedených informací nakonec můžeme usoudit, že se jedná o nejdůležitější parametr v systému, protože může narušit výstupní signál. A to lze analyzovat faktorem THD a lze je snížit technikami a zařízeními, které jsou dostupné na trhu. Zde je otázka, jaké jsou aplikace harmonického zkreslení?
