Почему считается, что только основная составляющая частоты дает полезную мощность?

Это верно, потому что напряжение синусоидальное и

грех (а). Грех (б) = 1/2 (потому что (аб) + потому что (а + б))

И только в случае, когда a=b, результат имеет среднее значение, отличное от нуля.

поэтому все гармоники дают результат, не влияющий на реальную мощность

Это слишком общее утверждение. Очевидно, что при резистивной нагрузке все частоты передают мощность.

На самом деле это заявление конкретно о вращающихся машинах (двигателях и генераторах). Для этих устройств энергия на частотах, отличных от основной, скорее всего, будет препятствовать выполняемой работе, а не помогать ей. Также энергия высоких частот часто тратится впустую в виде нежелательных вихревых токов и т.п.

Это верно только в том случае, если ток искажается нагрузкой, а не из-за искажения формы волны напряжения линии переменного тока.

Если вы умножите мгновенные значения, точка за точкой, двух синусоидальных волн разных частот, вы получите форму волны, которая имеет среднее значение, равное нулю. У вас есть положительная мощность в течение одних интервалов и отрицательная мощность в других интервалах. Это показывает, что энергия передается туда и обратно, а не передается от источника к нагрузке.

Если сетевое напряжение переменного тока искажено, мощность гармоник передается, но это может быть не полезная мощность. В двигателях переменного тока гармонический ток будет пытаться заставить двигатель работать на более высокой скорости, что противоречит основной частоте. Некоторые из гармоник будут пытаться управлять двигателем в обратном направлении. В результате вся передаваемая мощность гармоник теряется в виде тепла, шума и вибрации. Некоторая гармоническая мощность будет циркулировать между источником и нагрузкой так же, как циркулирует реактивная позер.

Гармоническая мощность была бы полезна в той мере, в какой она вызывает нагрев там, где нагрев является желательным использованием энергии. Есть некоторая вероятность того, что энергия гармоник может быть полезна в универсальном двигателе. Это также может быть полезно при исправлении и фильтрации. Хотя можно сказать, что часть передаваемой мощности полезна, нежелательные эффекты перевешивают полезность.

Для синусоидальной сетки это верно, поскольку гармоники возникают из-за любого «нелинейного устройства».

Например, частичное насыщение магнитопровода контролируется пиковым напряжением возбуждения.

Однако это утверждение противоречит недорогим инверторам с источниками прямоугольных импульсов, рассчитанными на среднеквадратичное значение В. Гармоники в этой форме сигнала напряжения могут генерировать такую ​​же мощность в резистивных нагрузках. Но тогда гармоники могут увеличить потери на вихревые токи в двигателях, поэтому они менее эффективны.

Итак, если вы понимаете источник гармоник и импеданс нагрузки, вы можете понять исключения из правила . Электрический нагреватель, будучи в основном резистивным, может использовать источники синусоидальной или прямоугольной волны.

Единственная разница между реальной (используемой) мощностью и реактивной (запасенной) мощностью заключается в фазовом сдвиге составляющей тока на 90 градусов относительно напряжения, независимо от того, является ли она основной или гармонической.

В контексте энергосистемы мощность переменного тока генерируется и передается через трансформаторы по трем фазам, разнесенным на 120 градусов. Третья гармоника (утроенная частота) одинакова для всех трех фаз, в чем можно убедиться, построив синусоиду. Когда вы подключаете нагрузку между любыми двумя фазами, напряжение третьей гармоники одинаково на обоих проводах, поэтому ваша нагрузка ничего не видит. (Однако вы увидите третью гармонику от любой фазы к земле.) Поскольку трехфазный трансформатор подключается только между фазами, он не может получать мощность третьей гармоники. Эта блокировка применяется для любой гармоники 3n. Это происходит только при трехфазной передаче электроэнергии и никогда, когда к нагрузке подключена одна сигнальная линия.