Por que apenas se diz que o componente de frequência fundamental fornece energia útil?

Na maioria dos livros, diz-se que o conteúdo harmônico de uma linha CA não transfere energia (apenas a frequência fundamental), mas não explica. Parece intuitivo, mas por que isso é verdade?

Edit: No contexto da energia elétrica, estou imaginando uma forma de onda de corrente distorcida e uma tensão de onda senoidal.

É verdade porque a tensão é sinusoidal e

(a) b (s) (b) = 1/2 (cos (ab) + cos (a + b))

E somente no caso em que a = b o resultado tem um valor médio que não é zero.

então todos os harmônicos dão um resultado que não afeta o poder real

É uma afirmação excessivamente geral. Obviamente, com uma carga resistiva, todas as frequências transferem energia.

É realmente uma afirmação sobre máquinas rotativas especificamente (motores e geradores). Para esses dispositivos, a energia em frequências diferentes da fundamental tem a mesma probabilidade de se opor ao trabalho que está sendo feito do que a ajuda. Além disso, a energia das altas frequências é freqüentemente desperdiçada na forma de correntes indesejadas, etc.

Isso é verdade apenas se a corrente estiver sendo distorcida pela carga e não devido à distorção da forma de onda de tensão da linha CA.

Se você multiplicar os valores instantâneos, ponto a ponto, de duas ondas senoidais de diferentes frequências, obtém uma forma de onda que tem uma média de zero. Você tem poder positivo durante alguns intervalos e poder negativo em outros intervalos. Isso mostra que a energia está passando de um lado para o outro em vez de ser transferida da fonte para a carga.

Se a tensão da linha CA estiver distorcida, a energia harmônica é transferida, mas pode não ser uma energia útil. Nos motores de corrente alternada, a corrente harmônica estaria tentando fazer o motor operar a uma velocidade mais alta em conflito com o fundamental. Alguns dos harmônicos estariam tentando acionar o motor na direção reversa. Como resultado, toda a energia harmônica líquida transferida é perdida como calor, ruído e vibração. Alguma energia harmônica seria circulada entre a fonte e a carga, assim como o poser reativo é circulado.

A energia harmônica seria útil na medida em que causa aquecimento onde o aquecimento é o uso desejado de energia. Existe alguma possibilidade de que a energia harmônica possa ser útil em um motor universal. Também pode ser útil quando retificado e filtrado. Embora se possa dizer que parte da energia transferida é útil, os efeitos indesejáveis ​​superariam a utilidade.

Em uma grade de ondas senoidais, isso é verdade, pois os harmônicos são devidos a qualquer "dispositivo não linear".

Por exemplo, a saturação parcial do núcleo magnético controlada pelo pico de tensão de excitação.

No entanto, essa afirmação contradiz inversores baratos com fontes de ondas quadradas classificadas em V-rms. Os harmônicos nessa forma de onda de tensão podem gerar a mesma potência em cargas resistivas. Porém, os harmônicos podem aumentar as perdas de correntes de Foucault nos motores, tornando-os menos eficientes.

Portanto, se você entender a fonte dos harmônicos e da impedância de carga, poderá entender as exceções à regra . Um aquecedor elétrico, sendo principalmente resistivo, pode usar fontes de onda senoidal ou quadrada.

A única diferença entre a potência real (usada) e a reativa (armazenada) é o componente de mudança de fase de 90 graus da corrente em relação à tensão, independentemente de fundamental ou harmônica.

No contexto da rede elétrica, a energia CA é gerada e transmitida através de transformadores em três fases separadas por 120 graus. O terceiro harmônico (triplo da frequência) é idêntico para as três fases, que você pode verificar plotando as ondas senoidais. Quando você conecta uma carga entre duas fases, a tensão do terceiro harmônico é a mesma nos dois fios, portanto sua carga não vê nada. (No entanto, você verá o terceiro harmônico de qualquer fase até o solo.). Como um transformador trifásico se conecta apenas entre fases, não pode receber energia de terceira harmônica. Esse bloqueio se aplica a qualquer harmônica 3n. Isso acontece apenas na transmissão de energia trifásica, nunca quando uma única linha de sinal é conectada a uma carga.