高調波を除去できる電力計は存在しますか?

奇妙な現象に気づきましたか。電力網では 3 次、5 次、7 次高調波などの奇数次高調波は検出できますが、2 次、4 次、6 次高調波などの偶数次高調波はほとんど検出されません。-これはなぜでしょうか?偶数次高調波は本質的に検出不可能なのでしょうか?

偶数次の高調波がまれである理由を理解するには、まず「高調波」が実際には何であるかを理解する必要があります。-私たちが使用する交流は、音楽の「主旋律」のような「基本波」と呼ばれる、周波数が50Hzに固定された標準的な正弦波が理想的です。

実際には、LED ライト、携帯電話の充電器、ノートパソコンの電源、エアコンなど、多くの電化製品は「命令に従順に従いません」-。これらは「非線形デバイス」であり、基本波のリズムに従って動作しません。-代わりに、基本波に「干渉」し、滑らかな正弦波を奇妙な波形に「曲げ」ます。

これらの歪んだ波形は、「フーリエ分解」という数学的手法を使用して分解すると、実際には基本周波数 (50Hz) と、その周波数が基本周波数の整数倍である一連の「高調波」で構成されていることが明らかになります。たとえば、3 次高調波は 150Hz (50×3)、5 次高調波は 250Hz (50×5)、偶数次高調波は、100Hz (2 次) や 200Hz (4 次) など、基本周波数の偶数倍の周波数を持つ波形です。

偶数次高調波がほとんど見られないのはなぜですか?{0}重要なのは、現在市場にあるほとんどの非線形デバイスが「フルブリッジ整流」と呼ばれるコア技術を使用しているという事実にあります。{{2}これは、私たちの周りの電気製品の「隠れた動作」であり、偶数次高調波がまれである重要な理由です。-

フルブリッジ整流とは何ですか?{0}これは簡単な例えで理解できます。送電網の交流は、上昇と下降を繰り返す波のようなもので、正の半サイクルが上昇し、負の半サイクルが下降し、方向は常に変化します。-一方、フルブリッジ整流は「波形コンバータ」のようなもので、電流が正か負の半サイクルにあるかに関係なく、電流の方向を「修正」し、うねる波を平らにして一方向の水の流れにするのと同じように、電流を同じ方向の直流（または脈動する直流）に変えることができます。-

LED ライト、携帯電話の充電器、コンピュータの電源、さらには家庭にあるエアコンや洗濯機でさえ、ほぼすべてフルブリッジ整流技術が使用されているため、生成される高調波はすべて奇数次であり、偶数次の高調波は当然ながら見えにくくなります。{0}{1}{2}

もちろん、偶数次高調波がまったく存在しないわけではありませんが、現代の電力網では非常にまれです。偶数次高調波は、電力網の波形が「非対称」である場合にのみ発生し、一般的なシナリオが 2 つあります。-

1. 1 つ目のタイプには、「半波整流」技術を使用する機器が含まれます。{0}全ブリッジ整流とは異なり、半波整流では交流の正（または負）の半サイクルのみを利用し、波形の残りの半分は破棄されます。-その結果、波形が非対称になり、フーリエ分解後に偶数次の高調波が発生します。-ただし、半波整流は非常に非効率であり、大量のエネルギーを無駄にします。フルブリッジ整流によって完全に廃止され、一部の非常に古く、ほとんど時代遅れになった機器（数十年前の充電器など）でのみ使用されているため、電力網内で検出することが困難になっています。{10}

2つ目は設備の故障です。たとえば、家電製品の整流ダイオードが損傷すると、正と負の半サイクル間の正常な変換が妨げられ、その結果、波形が非対称になり、偶数次の高調波が生成される可能性があります。-ただし、これは障害状態です。一度発生すると、通常は家電製品が誤動作するか、保護メカニズムが作動します。また、電力網に長期的な影響を与えることはないため、検出は困難です。{4}}

簡単に言うと、偶数次高調波は送電網ではほとんど見えません。これは主に「フルブリッジ整流技術」が広く採用されているためです。フルブリッジ整流技術により、電気製品によって生成される波形は対称に保たれ、対称波形は偶数次高調波に分解できません。つまり、通常の機器は偶数次高調波を生成しません。{{2}さらに、電力システム内の変圧器自体にも偶数次高調波を抑制する一定の機能があります。-

厳密に言えば、高調波を「除去」できる電力メーターはありません。電力メーターの機能は「計測」することであり、「管理」することではありません。電力メーターは高調波を除去しませんが、電力システムには高調波を「除去」するために特別に設計されたデバイスが確かにあります。これらはフィルターと呼ばれます。

最近の研究では、電力メーターのフロントエンドに適切なフィルターを取り付けると、計量精度に対する高調波の影響を効果的に軽減できることが示されています。