Vad är övertonsdistorsion och varför är det viktigt?

Övertoner är inte synliga, men effekterna av dem är det. Övertonsdistorsion är repetitiva och kontinuerliga deformationer av spännings- eller strömvågformer som annars skulle vara rena.

Med hjälp av Fourier-analys, en teknik som utvecklats av den franska matematikern, kan vi visualisera storleken på de övertoner som finns i systemet.

Fourier visade att en förvrängd vågform bara består av en uppsättning individuella sinusvågor med olika frekvenser och amplituder som adderas. Den förvrängda vågformen består av en sinusformad grundkurva plus övertoner.

Det är dessa enskilda sinusvågor av högre ordning som kallas övertoner. Vanligtvis kallar vi effektdistorsioner i frekvensområdet under 2 kHz för ”övertonsdistorsion”.

Mer information

Övertonsdistorsion i vågformen orsakas av icke-linjära laster som är anslutna till spänningsmatningen. Alla laster som drar icke-sinusformad ström kallas icke-linjära laster. De största bidragande faktorerna till övertoner är följande:

• Switchlägets strömförsörjning
• Lysrörs- och LED-belysningsutrustning
• Avbrottsfri spänningsmatning (UPS)
• Frekvensomriktare, även kända som frekvensomriktare med variabelt varvtal (VSD), frekvensomriktare med variabel frekvens (VFD) eller bara omriktare

För att minska risken för skador på utrustningen begränsar bestämmelser övertoner till låga nivåer i matningsnät. Begränsning är inte alltid nödvändigt, men när det krävs kan övertonsbegränsningsenheter minska övertoner för att uppnå efterlevnad av dessa bestämmelser. Det finns många metoder att välja mellan för framgångsrik övertonsbegränsning, däribland användning av övertonsfilter, AFE-frekvensomriktare (Active Front End) med mera.

Kontakta en av våra tillämpningsexperter för rådgivning.

Övertonsdistorsion i elsystem skadar utrustningen genom att det orsakar överhettning, spänningsbelastning och energiförluster, vilket belastar komponenterna och minskar deras livslängd. Effekterna av mer övertonsdistorsion är långtgående, eftersom de påverkar all elektrisk utrustning som är ansluten till samma system.

Överdriven övertonsdistorsion kan orsaka överhettning av kablar och motorer. Motorer, ställverk, säkringar, kablar och känslig mätutrustning påverkas. Distorsion med övertonsinnehåll kan till och med störa kritiska telemetri- och kommunikationsenheter som Wi-Fi-system.

Detta kan leda till förtida haverier i utrustning i form av till exempel utlösta säkringar, utlösta brytare eller överhettade motorer, vilket potentiellt kan påverka hela industrianläggningen om inga korrigerande åtgärder, som till exempel övertonsfilter eller förbättringar av strömkvaliteten, implementeras.

Bilden visar påverkan från generatorer med övertonsdistorsion vid överhettning av elmotorer.

Övertonsdistorsion ökar energikostnaderna genom att öka systemförlusterna och minska systemets totala effektivitet.

Denna slöseri med energi är en stor driftskostnadsfråga för industriella användare.

För att minska den totala räkningen samtidigt som vi får samma mängd användbar effekt måste vi begränsa övertonsdistorsionen.

Elräkningar omfattar aktiv och reaktiv effekt. Det är endast den aktiva effekten som är användbar, men vi betalar för båda komponenterna. Den extra kostnaden kan påverka lönsamheten.

Effektdistorsioner, däribland övertoner, är mer än bara irriterande. De kan stoppa dina processer och orsaka driftstopp och avbrott i dina produktionslinjer. De påverkar också kapitalkostnaderna vid inköp av utrustning och bränsle för att driva din anläggning, vilket har stor inverkan på driftskostnadsmålen.

Övertonsdistorsion och distorsion i allmänhet påverkar också målen gällande växthusgasutsläpp för alla Scope (Scope 1-, 2- och 3-utsläpp). Distorsion i spänningsmatningen leder till följande oönskade resultat:

• Utrustningen är överdimensionerad för att stå emot skador
• Utrustningen drivs på ett ineffektivt sätt
• Distorsion utgör ett hinder för energieffektiviseringsinitiativ

Den goda nyheten är att övertonsdistorsion, inklusive övertoner med högre frekvens och övertoner av lägre ordning, kan minskas. Genom att vidta åtgärder för att hålla spänningsdistortionen på låga nivåer kan du:

• Öka transformatorns belastningskapacitet. Det innebär att du kan minska storleken på de transformatorer och generatorer som krävs
• Förläng utrustningens livslängd
• Öka utrustningens effektivitet för att uppnå lägre förluster
• Minska risken för strömavbrott och produktionsstopp

Övertoner orsakar otillförlitlighet i nät genom att förvränga de elektriska vågformerna, vilket kan påverka prestandan hos känslig utrustning och system negativt. När fler icke-linjära elektriska enheter läggs till i ett system blir systemet mer känsligt för dessa distorsioner.



Därför är det viktigt att beakta övertoner och hur man kan begränsa dem för att bygga ett motståndskraftigt system som inte havererar.