¿Por qué solo se dice que el componente de frecuencia fundamental da potencia útil?

En la mayoría de los libros se dice que el contenido armónico en una línea de CA no transfiere energía (solo la frecuencia fundamental lo hace), pero no hay explicación. Parece intuitivo, pero ¿por qué es eso cierto?

Editar: en el contexto de la energía eléctrica, me imagino una forma de onda de corriente distorsionada y un voltaje de onda sinusoidal.

Es cierto porque el voltaje es sinusoidal y

sin (a) .sin (b) = 1/2 (cos (ab) + cos (a + b))

Y solo en el caso en que a = b el resultado tiene un valor medio que no es cero.

entonces todos los armónicos dan un resultado que no tiene efecto sobre el poder real

Es una declaración demasiado general. Obviamente, con una carga resistiva, todas las frecuencias transfieren potencia.

Es realmente una declaración sobre maquinaria rotativa específicamente (motores y generadores). Para estos dispositivos, la energía en frecuencias diferentes a la fundamental es tan probable que se oponga al trabajo que se está haciendo como la ayuda. Además, la energía de las altas frecuencias a menudo se desperdicia en forma de corrientes parásitas no deseadas, etc.

Eso es cierto solo si la carga está distorsionando la corriente y no debido a la distorsión de la forma de onda de voltaje de la línea de CA.

Si multiplica los valores instantáneos, punto por punto, de dos ondas sinusoidales de diferentes frecuencias, obtendrá una forma de onda que tiene un promedio de cero. Tienes potencia positiva durante algunos intervalos y potencia negativa en otros intervalos. Eso muestra que la energía está pasando de un lado a otro en lugar de ser transferida desde la fuente a la carga.

Si la tensión de línea de CA está distorsionada, se transfiere la potencia armónica, pero puede no ser una potencia útil. En los motores de CA, la corriente armónica intentaría hacer que el motor funcione a una velocidad más alta en conflicto con la fundamental. Algunos de los armónicos estarían intentando conducir el motor en la dirección inversa. Como resultado, toda la potencia armónica neta transferida se pierde como calor, ruido y vibración. Alguna potencia armónica circularía entre la fuente y la carga tal como se hace circular el poser reactivo.

La potencia armónica sería útil en la medida en que provoca calentamiento donde el calentamiento es el uso deseado de potencia. Existe alguna posibilidad de que la potencia armónica pueda ser útil en un motor universal. También puede ser útil cuando se rectifica y se filtra. Si bien podría decirse que parte del poder transferido es útil, los efectos indeseables superarían la utilidad.

Desde una red de onda sinusoidal, esto es cierto ya que los armónicos se deben a cualquier "dispositivo no lineal".

Por ejemplo, la saturación parcial del núcleo magnético controlada por el voltaje de excitación pico.

Sin embargo, esa afirmación contradice los inversores económicos con fuentes de onda cuadrada clasificadas en V-rms. Los armónicos en esta forma de onda de voltaje pueden generar la misma potencia en cargas resistivas. Pero entonces los armónicos pueden aumentar las pérdidas de corriente parásita en los motores, por lo que es menos eficiente.

Entonces, si comprende la fuente de los armónicos y la impedancia de carga, puede comprender las excepciones a la regla . Un calentador eléctrico, que es principalmente resistivo, puede usar fuentes de onda sinusoidal o cuadrada.

La única diferencia entre la potencia real (utilizada) y la potencia reactiva (almacenada) es el componente de cambio de fase de 90 grados de la corriente en relación con el voltaje, independientemente de si es fundamental o armónico.

En el contexto de la red eléctrica, la energía de CA se genera y transmite a través de transformadores en tres fases separadas 120 grados. El tercer armónico (triplica la frecuencia) es idéntico para las tres fases, que puede verificar trazando las ondas sinusoidales. Cuando conecta una carga entre dos fases, el tercer voltaje armónico es el mismo en ambos cables, por lo que su carga no ve nada. (Sin embargo, verá el tercer armónico de cualquier fase a tierra). Dado que un transformador trifásico se conecta solo entre fases, no puede recibir la tercera potencia armónica. Este bloqueo se aplica a cualquier armónico 3n. Esto solo ocurre en la transmisión de potencia trifásica, nunca cuando una sola línea de señal está conectada a una carga.