Cuando aplicamos una señal de entrada en forma de sinusoidal (o cualquier forma de señal) a cualquier circuito electrónico entonces su salida debe ser del mismo tipo de señal. Significa que la salida también debe tener la misma forma de señal que es sinusoidal. Si en el caso, la salida no es la misma réplica de la señal de entrada o si la salida no es igual a la señal de entrada, entonces la diferencia se llama distorsiones. Debido a estas distorsiones, la salida no es igual a la entrada. La distorsión armónica se puede definir usando este ejemplo. Cuando se aplica la señal de entrada de 5 V al circuito, la señal de salida tendrá solo un voltaje de 2 V. Indica que la señal pierde su voltaje debido a la distorsión. Esto ocurrirá en amplificadores , amplificadores de potencia y técnicas de modulación, etc. Hay varias técnicas para disminuir esta distorsión y hay pocos métodos y fórmulas disponibles para calcular el nivel de distorsión. Este artículo analiza qué es la distorsión armónica, definición, análisis, causas, etc.
¿Qué es la distorsión armónica?
Podemos entender la palabra armónico como el entero que multiplica las frecuencias fundamentales se conoce como “Armónicos”. Aquí, armónico es un tipo de señal cuya frecuencia es un múltiplo integral de la señal de referencia. De otra forma, se puede definir como la relación entre la frecuencia de la señal y la frecuencia de la señal de referencia. Por ejemplo, X es una señal de CA de entrada que tiene la frecuencia f Hz.
Señal de entrada de distorsión armónica
Cuando la señal X se muestra en el CRO entonces la señal X parecerá repetirse para cada f Hz. Aquí, la señal X es la señal de referencia y la señal que se muestra en CRO tiene frecuencias como 2f, 3f, 4f y así sucesivamente. Teóricamente, la señal incluye infinitos armónicos. A continuación, dos cifras indican la señal de entrada y la salida distorsionada cuando la entrada se aplica a cualquier circuito.
Señal distorsionada de salida de distorsión armónica
Si la señal tiene un período de tiempo igual de ciclo positivo y ciclo negativo, entonces dicha señal se llama señal simétrica y pueden aparecer armónicos impares (multiplica 3º, 5º, etc. de la frecuencia fundamental). Si la señal no tiene el mismo período de tiempo de ciclo positivo y ciclo negativo, entonces dicha señal se llama señal asimétrica e incluso pueden aparecer armónicos (multiplica 2da, 4ta, etc. de la frecuencia fundamental) y DC componentes también puede aparecer en las señales asimétricas.
En la figura anterior, podemos notar la frecuencia de la señal fundamental como 100Hz y sus armónicos existirán en diferentes frecuencias para la frecuencia de la señal de referencia como 100 Hz.
Distorsiones armónicas en señal
Si la señal tiene distorsiones armónicas mientras existen componentes de frecuencia armónica, entonces encontrar el porcentaje de estas distorsiones en el nivel armónico particular es,
% distorsión armónica nth = [Pn] / [P1} * 100
[Pn] = amplitud del enésimo componente de frecuencia
[P1] = amplitud de la frecuencia de la señal fundamental
Pueden producirse distorsiones debido a características no lineales de los componentes que se utilizan en un circuito electrónico. Estos componentes pueden presentar características no lineales, lo que da como resultado la generación de distorsiones en la señal. Hay cinco tipos diferentes de distorsión armónica en los sistemas de energía. Son
- Distorsión de frecuencia
- Distorsión de amplitud
- Distorsión de fase
- Distorsión de intermodulación
- Cruzar la distorsión
Análisis de distorsión armónica
El análisis de esta distorsión es un tipo de análisis único. En este tipo, se aplica una señal sinusoidal de frecuencia única al circuito y su salida con distorsión a medir y analizar.
Cuando la señal de entrada se aplica al circuito, debido a las características no lineales de los componentes, la distorsión puede desarrollarse en la señal de salida. Debido a esto, la señal de referencia puede aparecer en la salida en diferentes puntos de frecuencia. Si analizamos las distorsiones con la técnica de medición de la distorsión armónica total podemos conocer el valor de la distorsión armónica total (THD), distorsión armónica total más ruido (THDN), señal a ruido y distorsión (SINAD), relación señal a ruido (SNR). y enésimo valor armónico con respecto a la frecuencia fundamental. Mediante este método de medición de distorsión armónica total, podemos conocer los voltajes de entrada y salida y la potencia de entrada y salida.
Causas de distorsión armónica
Las principales razones de las distorsiones armónicas son la carga no lineal y las características de no linealidad de los componentes electrónicos. La carga no lineal cambia la impedancia con el voltaje de entrada aplicado. Esto conduce a que se desarrollen distorsiones en la señal de salida. Y los componentes que se utilizan en el circuito también muestran las características de no linealidad. Esto también conduce al desarrollo de armónicos en la salida. Debido a las distorsiones armónicas, el circuito obtiene calor y la salida no es igual a la entrada. Este efecto es perjudicial para cualquier circuito.
Analizador de distorsión armónica
Encontrar el factor de distorsión armónica es lo más importante para cualquier circuito. Podemos analizar estas distorsiones por este valor. La distorsión armónica total (THD) es la técnica más útil para encontrar la distorsión armónica total para la señal de corriente y la distorsión armónica total para las señales de voltaje.
La THD se puede definir como la relación entre los valores RMS de todas las señales armónicas y el valor RMS de la frecuencia fundamental de la señal.
THD actual - Según la declaración anterior, la distorsión total de la corriente está indicada por THDi
corriente-THDi
Aquí, In es la corriente RMS para la enésima señal armónica e I1 es el valor RMS de la señal fundamental.
THD de voltaje - Al igual que THDi, la distorsión armónica total de voltaje se indica mediante THDv.
voltaje-THDv
Aquí, Vn es el voltaje del enésimo armónico y V1 es el voltaje de la señal fundamental. La distorsión armónica total (THD) también analiza el comportamiento no lineal del sistema con la transformada rápida de Fourier (FFT).
Distorsión armónica total más ruido (THDN) se define como la relación entre el valor RMS de la señal fundamental y el valor RMS de los armónicos junto con los componentes de ruido.
Por lo tanto, todo esto se trata de armónicos distorsión . Finalmente, a partir de la información anterior, podemos concluir que este es el parámetro más importante en el sistema porque puede violar la señal de salida. Y esto puede ser analizado por el factor THD y puede ser disminuido por las técnicas y dispositivos que están disponibles en el mercado. Aquí tienes una pregunta: ¿cuáles son las aplicaciones de la distorsión armónica?
