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배음

고조파는 왜곡된 파형을 생성하는 기본 파형에 겹쳐지는 원치 않는 고주파수입니다.

고조파 및 고조파 왜곡은 공급 전압 또는 부하 전류 파형이 보여야 하는 이상적인 정현파 파형과 비선형 부하로 인해 실제로 나타나는 파형 간의 차이입니다.

AC 회로에서 저항은 DC 회로에서와 정확히 동일한 방식으로 동작합니다. 즉, 저항을 통해 흐르는 전류는 저항을 통과하는 전압에 비례합니다. 이는 저항이 선형 장치이고 여기에 인가되는 전압이 사인파이면 이를 통해 흐르는 전류도 사인파이므로 두 정현파 사이의 위상차가 0이기 때문입니다.

일반적으로 전기 회로에서 교류 전압과 전류를 다룰 때 "기본 주파수"라고 하는 하나의 주파수 값만 존재하는 순수 정현파 형태라고 가정하지만 항상 그런 것은 아닙니다.

선형이 아닌 전압-전류 특성을 갖는 전기 또는 전자 장치 또는 회로에서, 즉 이를 통해 흐르는 전류는인가된 전압에 비례하지 않습니다. 장치와 관련된 교번 파형은 이상적인 정현파 파형과 다소 다를 수 있습니다. 이러한 유형의 파형을 일반적으로 비정현파 또는 복합 파형이라고 합니다.

 

복잡한 파형은 철심 인덕터, 스위칭 변압기, 형광등의 전자 안정기 및 기타 높은 유도성 부하와 같은 일반적인 전기 장치뿐만 아니라 AC 교류 발전기, 발전기 및 기타 전기 기계의 출력 전압 및 전류 파형에 의해 생성됩니다. 결과적으로 전압 파형은 정현파이지만 전류 파형은 정현파가 아닐 수 있습니다.

또한 정류기, 실리콘 제어 정류기(SCR), 전력 트랜지스터, 전력 변환기 및 전원 공급 장치 정현파를 절단 및 절단하여 모터 전력을 제어하거나 정현파 AC 공급 장치를 변환하는 기타 고체 스위치와 같은 대부분의 전자 전원 공급 장치 스위칭 회로 DC로. 이러한 스위칭 회로는 AC 전원의 피크 값에서만 전류를 끌어오는 경향이 있으며 스위칭 전류 파형은 비정현파이므로 결과적인 부하 전류에는 고조파가 포함되어 있다고 합니다 .

비정현파 복합 파형은 "고조파"라고 알려진 일련의 사인파 주파수를 함께 "추가"하여 구성됩니다. 고조파는 서로 다른 주파수의 파형에 의한 정현파 왜곡을 설명하는 데 사용되는 일반화된 용어입니다.

그런 다음 모양이 무엇이든 복잡한 파형을 수학적으로 기본 주파수라고 하는 개별 구성 요소와 여러 "고조파 주파수"로 분할할 수 있습니다. 그러나 "기본 주파수"란 무엇을 의미합니까?

기본주파수

기본 파 (또는 1차 고조파)는 공급 주파수를 갖는 정현파입니다. 기본 주파수는 복소 파형이 생성되는 가장 낮은 또는 기본 주파수인 f 이며, 결과적인 복소 파형의 주기 시간인 Τ 는 기본 주파수의 주기 시간과 같습니다.

표시된 기본 기본 또는 1차 고조파 AC 파형을 고려해 보겠습니다.

여기서, V max 는 볼트 단위의 피크 값이고 θ 는 헤르츠(Hz) 단위의 파형 주파수입니다.

정현파는 각도의 사인 함수 2πf 에 따라 달라지는 교류 전압(또는 전류)임을 알 수 있습니다 . 파형 주파수 θ 는 초당 사이클 수에 의해 결정됩니다. 영국에서는 이 기본 주파수가 50Hz로 설정되어 있는 반면 미국에서는 60Hz로 설정되어 있습니다.

고조파는 기본 주파수의 정수배인 주파수에서 작동하는 전압 또는 전류입니다. 따라서 50Hz 기본 파형이 주어지면 2차 고조파 주파수는 100Hz(2 x 50Hz), 3차 고조파는 150Hz(3 x 50Hz), 5차 고조파는 250Hz, 7차 고조파는 350Hz 등이 됩니다. 마찬가지로 기본 파형이 60Hz인 경우 2차, 3차, 4차 및 5차 고조파 주파수는 각각 120Hz, 180Hz, 240Hz 및 300Hz입니다.

즉, "고조파"는 기본 주파수의 배수이므로 그림과 같이 2f , 3f , 4f 등으로 표현될 수 있습니다.

고조파로 인한 복잡한 파형

 

위의 빨간색 파형은 기본 주파수에 추가되는 고조파 성분으로 인해 부하에서 볼 수 있는 파형의 실제 모양입니다.

기본파는 1 차 고조파 파형 이라고도 합니다 . 따라서 왼쪽 열에 표시된 것처럼 두 번째 고조파는 기본 주파수의 두 배, 세 번째 고조파는 기본 주파수의 3배, 네 번째 고조파는 기본 주파수의 4배를 갖습니다.

오른쪽 열은 기본 파형의 추가와 서로 다른 고조파 주파수에서의 고조파 파형 간의 효과로 인해 생성된 복잡한 파형 모양을 보여줍니다. 결과적인 복잡한 파형의 모양은 존재하는 고조파 주파수의 수와 진폭뿐만 아니라 기본 주파수 또는 기본 주파수와 개별 고조파 주파수 사이의 위상 관계에 따라 달라집니다.

복잡한 파동은 기본 파형과 고조파로 구성되며 각각 고유한 피크 값과 위상 각도를 가지고 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, 기본 주파수가 다음과 같이 주어진다면; E = V max (2πft) , 고조파 값은 다음과 같이 지정됩니다.

두 번째 고조파의 경우:

E 2  = V 2(최대) (2*2πft) = V 2(최대) (4πft), = V 2(최대) (2Ωt)

3차 고조파의 경우:

E 3  = V 3(최대) (3*2πft) = V 3(최대) (6πft), = V 3(최대) (3Ωt)

4차 고조파의 경우:

E 4  = V 4(최대) (4*2πÃt) = V 4(최대) (8π°t), = V 4(최대) (4Ωt)

등등.

그러면 복잡한 파형의 값에 대해 주어진 방정식은 다음과 같습니다.

고조파는 일반적으로 이름과 주파수(예: 100Hz 기본 주파수의 2 차 고조파) 및 순서에 따라 분류됩니다. 고조파 시퀀스는 평형 3상 4선 시스템의 기본 파형에 대한 고조파 전압 및 전류의 페이저 회전을 나타냅니다.

양의 시퀀스 고조파(4차, 7차, 10차, …)는 기본 주파수와 동일한 방향(앞으로)으로 회전합니다. 음의 시퀀스 고조파(2차, 5차, 8차, …)는 기본 주파수의 반대 방향(역방향)으로 회전합니다.

일반적으로 포지티브 시퀀스 고조파는 파형 추가로 인해 도체, 전력선 및 변압기의 과열을 초래하므로 바람직하지 않습니다.

반면에 음의 시퀀스 고조파는 위상 사이를 순환하여 반대 페이저 회전이 모터, 특히 유도 모터에 필요한 회전 자기장을 약화시켜 기계적 토크를 덜 생성하므로 모터에 추가적인 문제를 발생시킵니다.

"트리플렌스"(3의 배수)라고 불리는 또 다른 특수 고조파 세트는 회전 시퀀스가 ​​0입니다. 삼중선은 3차 고조파(3차, 6차, 9차, …) 등의 배수이므로 해당 이름이 지정되므로 0도만큼 변위됩니다. 제로 시퀀스 고조파는 위상과 중성선 또는 접지 사이를 순환합니다.

서로 상쇄되는 양의 시퀀스 및 음의 시퀀스 고조파 전류와 달리 3차 또는 삼중 고조파는 상쇄되지 않습니다. 대신 세 위상 모두에서 전류가 흐르는 공통 중성선을 산술적으로 합산합니다.

결과적으로 이러한 삼중 고조파로 인해 중성선의 전류 진폭이 기본 주파수에서 위상 전류 진폭의 최대 3배가 되어 효율성이 떨어지고 과열될 수 있습니다.

그런 다음 시퀀스 효과를 기본 주파수 50Hz의 배수로 요약할 수 있습니다.

고조파 시퀀싱

이름	축적.	2위	3번째	4번째	5번째	6번째	7번째	8일	9일
주파수, 헤르츠	50	100	150	200	250	300	350	400	450
순서	+	–	0	+	–	0	+	–	0

동일한 고조파 시퀀스가 ​​60Hz 기본 파형에도 적용됩니다.

순서	회전	고조파 효과
+	앞으로	과도한 가열 효과
–	뒤집다	모터 토크 문제
0	없음	가열을 일으키는 중성선에 전압 및/또는 전류를 추가합니다.

고조파 요약

고조파는 회로의 주파수인 기본 주파수에 중첩된 고주파 파형으로 파형 모양을 왜곡하기에 충분합니다. 기본파에 적용되는 왜곡의 양은 존재하는 고조파의 유형, 수량 및 모양에 따라 전적으로 달라집니다.

고조파는 모터, 팬 및 펌프용 전자 드라이브, 정류기, 전력 변환기 및 사이리스터 전력 컨트롤러와 같은 전원 공급 장치 스위칭 회로는 물론 대부분의 비선형 전자 위상 제어 장치가 도입된 이후 지난 수십 년 동안 충분한 양으로만 존재했습니다. 부하 및 고주파(에너지 절약) 형광등. 이는 부하에 의해 유도된 제어 전류가 정류기나 전력 반도체 스위칭 회로의 경우처럼 정현파 공급 파형을 충실히 따르지 않는다는 사실에 주로 기인합니다.

전력 분배 시스템의 고조파는 기본 주파수(50Hz 또는 60Hz) 공급 장치와 결합하여 전압 및/또는 전류 파형의 왜곡을 생성합니다. 이러한 왜곡은 전기 장비와 전력선에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 여러 고조파 주파수로 구성된 복잡한 파형을 생성합니다.

복잡한 파형에 독특한 모양을 부여하는 파형 왜곡의 양은 고조파 주파수가 기본 주파수의 배수(정수)인 가장 지배적인 고조파 구성 요소의 주파수 및 크기와 직접적으로 관련됩니다. 가장 지배적인 고조파 구성 요소는 2 차 에서 19 차 까지 의 저차 고조파 이며 삼중 성분이 가장 나쁜 것입니다.