전기 시스템의 고조파 란 무엇입니까?
전력 시스템에서 고조파는 기본 주파수의 양의 정수 배로 정의됩니다. 고조파는 기본 주파수의 배수에서 발생하는 전압 또는 전류입니다. 그것은 종종 전력선의 소음으로 간주됩니다.
전력 시스템의 고조파는 전류 고조파와 전압 고조파의 두 가지 유형으로 분류 할 수 있습니다 .
전류 고조파 등 VSD를 같은 비선형 부하에 의해 유도 된 (가변 속도 드라이브). 비선형 부하는 완벽한 정현파 파형이 아닌 전력선에서 전류를 끌어옵니다. 비 정현파 전류 파형은 전력선 기본 주파수의 배수 인 정수로 진동 할 수있는 복잡한 일련의 단순 정현 파일 수 있습니다.
대부분의 경우 전압 고조파 는 전류 고조파 로 인해 발생합니다. 전압 고조파는 소스 임피던스가있는 전류 고조파의 영향으로 생성 된 왜곡 된 전압 때문에 발생합니다.
위의 이미지는 비선형 부하에 걸친 조난 전류 파형을 보여줍니다. 여기서 왜곡 된 전류 파형은 사인파를 따르지 않습니다. 이것은 전력 시스템의 현재 고조파를 보여줍니다.
전력 시스템에서 고조파를 제거해야하는 이유는 무엇입니까?
전류 및 전압 고조파는 부하로 전달되는 노이즈 전력에 정비례합니다. 다양한 가정 및 사무실 장비가 전력 시스템의 고조파를 담당합니다. 전력 시스템 고조파는 종종 부하 전류를 증가시킵니다. 공장이나 집, 사무실의 형광등과 같은 다양한 기기는 고조파의 영향을 받아 다양한 오작동을 겪습니다. 모터는 전력 시스템 고조파의 영향을 많이받습니다.
때로는 전력 시스템의 고조파가 매우 위험 할 수 있으며 기기에 전달되는 전력이 증가하여 부하의 온도가 상승하고 기기 수명이 단축 될 수 있습니다.
이러한 전력 시스템 고조파 를 극복 하려면 비선형 부하를 구동 하고 전력 시스템에 고조파 필터 를 도입 하기 위해 전력 연결을 재구성해야 합니다.
고조파 필터 유형
고조파 필터는 고조파로 인한 왜곡 된 전력 출력으로부터 값 비싼 전기 장비를 보호하는 데 매우 효과적입니다. 정격 전력,인가 전압, 단상 또는 3 상 및 기타 부하 종속 매개 변수에 따라 전기 및 전자 시장에서 사용할 수있는 다양한 유형의 고조파 필터가 있습니다.
그러나 Passive Harmonic Filter와 Active Harmonic Filter의 두 가지 주요 유형의 고조파 필터를 사용할 수 있습니다 .
이 두 가지 유형의 고조파 필터의 주요 차이점은 필터 설계에 사용되는 구성 요소입니다. 수동 고조파 필터는 주로 저항, 인덕터 및 커패시터를 사용하는 간단한 수동 구성 요소를 사용합니다. 반면 활성 고조파 필터는 활성 성분 사용 예 BJT와, IGBT는, MOSFET들과 집적 회로의 종류 등을.
고조파 필터는 전선 안전 장비이므로 IEEE, EN, AS, BS 및 보험업자의 실험실 UL 마크와 같은 국제 안전 표준을 확인해야합니다.
또한 고조파 필터는 다른 순서로 설계 할 수 있습니다. 3 차 고조파 필터처럼 기본 주파수의 3 배인 주파수를 필터링 할 수 있습니다.
패시브 고조파 필터
패시브 고조파 필터는 가장 일반적이며 쉽게 사용할 수있는 고조파 필터입니다. 전력선의 고조파 방해를 억제하는 저렴한 필터입니다.
앞에서 설명한 것처럼 수동 고조파 필터는 저항 인덕터 및 커패시터와 같은 표준 수동 구성 요소를 사용합니다. 이러한 수동 부품은 탱크 회로를 형성하는 데 사용됩니다. 탱크 회로는 원하지 않는 고조파와 관련하여 동일한 공진 주파수에서 작동 할 수 있도록 특별한 방식으로 설계되었습니다. 수동 고조파 필터는 원하지 않는 고조파가 통과하는 것을 차단합니다. 수동 고조파 필터는 고조파 전류를 열로 변환하고 최종 장치 또는 부하를 보호합니다. 필터는 고조파로 제거해야하는 특정 주파수로 조정할 수 있습니다.
주로 4 가지 유형의 수동 고조파 필터 가 사용됩니다.
1. 하이 패스 필터
2. 대역 통과 필터
3. C 형 필터 및
4. 시리즈 필터.
하이 패스 필터
고역 통과 패시브 고조파 필터는 고차 고조파를 제거하고 광범위한 주파수를 유연하게 제어하는 데 사용됩니다. 기본 고역 통과 고조파 필터 설계는 저항, 커패시터 및 인덕터의 세 가지 수동 부품을 사용합니다.
위 이미지에서 패시브 고역 통과 고조파 필터의 기본 구조를 볼 수 있습니다. 구조는 저항과 인덕터가 병렬로 커패시터와 직렬로 연결되어 있음을 보여줍니다. 필터는 고주파수 범위에서 평평한 임피던스 특성을 생성합니다. 고주파는 전력 손실을 줄입니다.
이 유형의 필터는 주로 5 필터링에 사용되는 회 / 6 또는 고차 전류. 종종 서로 다른 필터가 고역 통과 고조파 필터와 결합되어 저주파 또는 저주파 애플리케이션에서 사용할 때 전력 손실을 제거합니다.
주파수에 따른 임피던스 곡선은 아래 이미지와 같습니다.
대역 통과 필터
대역 통과 고조파 필터는 이중 조정 필터입니다. 대역 통과 고조파 필터는 두 개의 커패시터, 두 개의 인덕터, 및 단일 저항으로 구성. 고차 고조파 여과 용도로도 사용됩니다. 이 필터는 결합 된 인덕터 및 커패시터의 직렬 공진과 함께 표준 대역 통과 필터의 결합 병렬 공진과 함께 작동합니다.
위 이미지에는 기본 대역 통과 필터 회로도가 표시되어 있습니다. 필터 회로는 두 부분 에서, 처음 부분 에있는 반면, 인덕터 L2 및 C2가 직렬로 접속 된 커패시터 번째 부분 저항기, 인덕터 및 커패시터가 병렬로 접속되어있다. 첫 번째 부분과 두 번째 부분도 직렬로 연결됩니다.
주파수에 따른 임피던스 특성은 아래 그래프와 같습니다.
C 형 필터
C 형 필터는 2 차 또는 3 차 고조파 여과 목적과 같은 하위 차수에 사용됩니다. C 유형 필터는 등가 대역 통과 또는 직렬 필터보다 손실이 적습니다.
C 형 필터는 커패시터 2 개, 인덕터 1 개, 저항 1 개 등 4 개의 수동 부품으로 구성됩니다 .
위 이미지는 c 형 필터의 기본 구성을 보여줍니다. 커패시터는 다시 저항과 병렬로 연결된 인덕터의 직렬로 연결됩니다. 세 구성 요소 병렬 연결은 다시 두 번째 커패시터와 직렬로 연결됩니다.
저항은 발진 인덕터 및 커패시터에서 생성되는 기본 전류를 억제합니다.
임피던스 곡선은 아래 이미지에 나와 있습니다.
시리즈 필터
직렬 필터는 단일 튜닝 고조파 억 제기 수동 필터라고 합니다. 이 필터는 가장 간단한 구성 속성을 가지고 있습니다. 단일 커패시터, 인덕터 및 저항의 세 가지 수동 구성 요소 만 직렬로 사용됩니다. 이 필터는 단일 주파수를 제거합니다.
이 필터의 구조는 3 개의 수동 부품이 직렬로 연결되어 단일 튜닝 된 직렬 고조파 필터를 형성하는 아래 이미지에서 볼 수 있습니다.
임피던스 특성은 아래 이미지에 나와 있습니다.
활성 고조파 필터
앞에서 설명한 것처럼 수동 고조파 필터는 전력선과 관련된 고조파를 제거하는 데 유용합니다. 그러나 수동 고조파 필터 설계는 매우 복잡하며 설계자는 부하의 무효 전력 요구 사항에 따라 수동 고조파 필터를 설계해야합니다. 이러한 경우 패시브 필터 설계는 매우 어렵고 특정 부하 조건에서 역률 작동이 나빠집니다.
이 문제에서 능동 필터는 기본 주파수의 무효 전력 종속성없이 전력선 고조파를 처리하는 데 더 좋습니다.
능동형 고조파 필터는 필터가 자체 생성 된 고조파 성분을 사용하고이를 전력선에 주입하여 원하지 않는 고조파를 제거하는 탁월한 방법을 사용합니다.
있습니다 사용할 수 능동 필터의 다른 유형 전력 라인의 고조파를 제거하기 위해 다른 토폴로지를 사용합니다.
가장 일반적인 능동형 고조파 필터 설계는 다음과 같은 기본 사항을 사용합니다.
1. 다양한 전원 스위치를 이용한 전압원 인버터
2. 전력선에서 샘플링 및 제어 참조
3. PWM 발사 펄스를 시스템에 고조파로 주입하는 PWM 시스템.
Active Harmonic 필터는 작동하는 데 전력이 필요한 다른 종류의 반도체 스위치를 사용합니다.
고조파 필터 선택 방법
완벽한 고조파 필터를 결정하는 것은 매우 까다 롭습니다. 필터를 조정해야하는 고조파 주파수 를 식별 해야합니다. 경우에 따라 고조파가 존재하지 않는 특정 기본 주파수에서 잘못된 튜닝으로 인해 필터 작동이 목적을 달성하지 못하는 경우가 있습니다.
첫 번째 중요한 단계는 고조파 차수를 식별하고 고조파 차수 에 따라 필터를 선택해야하는 것입니다. 단일 주파수 고조파 왜곡을 제거하기 위해 시리즈 고조파 필터가 효율적이지만 경우에 따라 이중 조정 고조파 필터를 사용해야합니다.
필터 선택에 크게 의존 하는 필터 전체 의 손실 도 보상해야합니다. 때로는 높은 수준의 비선형 부하의 경우 능동 및 수동 두 가지 유형의 고조파 필터가 모두 필요합니다.