ฮาร์โมนิกหลอด LED เรืองแสง<>
ฮาร์โมนิกกำลังคืออะไร
ความถี่ที่สูงกว่าความถี่พื้นฐานเรียกว่าฮาร์โมนิก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นทวีคูณจำนวนเต็มของความถี่พื้นฐาน (หรือทวีคูณอตรรกยะ) ฮาร์โมนิกของทวีคูณจำนวนเต็มสามารถอธิบายได้ด้วยอนุกรมฟูริเยร์
ฮาร์มอนิกสามารถทำให้เกิดการบิดเบือนของรูปคลื่น การบิดเบือนนี้สามารถเห็นได้ด้วยออสซิลโลสโคป เช่น เครื่องมือวิเคราะห์โดเมนเวลา แต่ควรใช้เครื่องมือวิเคราะห์โดเมนความถี่ เช่น เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม แน่นอน สามารถใช้ออสซิลโลสโคประดับไฮเอนด์บางตัวที่มีฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมได้เช่นกัน
ฮาร์มอนิกในระบบจ่ายไฟ
การปรากฏตัวของกระแสฮาร์มอนิกในระบบจ่ายไฟมีมานานหลายปีแล้ว ในอดีต กระแสฮาร์มอนิกถูกใช้โดยรางไฟฟ้าและอุปกรณ์ส่งสัญญาณที่ควบคุมความเร็ว DC สำหรับอุตสาหกรรม และผลิตโดยเครื่องเรียงกระแสแบบปรอทที่แปลงไฟ AC เป็น DC ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเภทและปริมาณของอุปกรณ์ที่สร้างฮาร์โมนิกได้เพิ่มขึ้นอย่างมากและจะเติบโตอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น เราต้องพิจารณาฮาร์โมนิกส์และผลกระทบอย่างถี่ถ้วน และวิธีการลดผลกระทบ
1 การสร้างฮาร์มอนิก
ในระบบจ่ายไฟที่สะอาดในอุดมคติ ทั้งกระแสและแรงดันไฟเป็นคลื่นไซน์ ในวงจรอย่างง่ายที่มีส่วนประกอบเชิงเส้นเท่านั้น (ความต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ และความจุ) กระแสที่ไหลจะเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และกระแสที่ไหลคือคลื่นไซน์
ในระบบจ่ายไฟจริง เนื่องจากการมีอยู่ของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น เมื่อกระแสไหลผ่านโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ จะเกิดกระแสที่ไม่ใช่ไซน์ รูปคลื่นตามคาบใดๆ สามารถสลายตัวเป็นคลื่นไซน์ที่มีความถี่พื้นฐาน บวกกับคลื่นไซน์ที่มีความถี่ฮาร์มอนิกมากมาย ความถี่ฮาร์มอนิกเป็นอินทิกรัลทวีคูณของความถี่พื้นฐาน ตัวอย่างเช่น ความถี่พื้นฐานคือ 50 Hz ฮาร์มอนิกที่สองคือ 100 Hz และฮาร์มอนิกที่สามคือ 150 Hz ดังนั้น รูปคลื่นของกระแสที่บิดเบี้ยวอาจประกอบด้วยฮาร์มอนิกที่สอง ฮาร์มอนิกที่สาม...อาจจะสูงถึงฮาร์มอนิกที่ 30
2 ประเภทอุปกรณ์ที่สร้างฮาร์โมนิกส์
โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นทั้งหมดสามารถสร้างกระแสฮาร์มอนิกได้ ประเภทของอุปกรณ์ที่สร้างฮาร์โมนิก ได้แก่ แหล่งจ่ายไฟสลับโหมด (SMPS) บัลลาสต์หลอดฟลูออเรสเซนต์อิเล็กทรอนิกส์ เกียร์ควบคุมความเร็ว เครื่องสำรองไฟ (UPS) อุปกรณ์แกนเหล็กแม่เหล็ก และเครื่องใช้ในครัวเรือนบางชนิด เช่น โทรทัศน์
(1) แหล่งจ่ายไฟสลับโหมด (SMPS):
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยส่วนใหญ่ใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ (SMPS) ต่างจากเครื่องเก่า พวกเขาได้เปลี่ยนบั๊กและวงจรเรียงกระแสแบบเดิมด้วยแหล่งจ่ายไฟโดยตรงผ่านอุปกรณ์ปรับกระแสไฟที่ควบคุมได้เพื่อชาร์จตัวเก็บประจุที่จัดเก็บ จากนั้นจึงใช้แรงดันไฟขาออกและกระแสไฟที่เหมาะสม วิธีนี้จะส่งออกกระแสไฟตรงที่ต้องการ ข้อดีของสิ่งนี้สำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์คือขนาด ราคา และน้ำหนักของอุปกรณ์จะลดลงอย่างมาก ข้อเสียของมันคือไม่ว่าจะเป็นรุ่นไหนก็ไม่สามารถดึงกระแสต่อเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟได้ แต่สามารถดึงได้เฉพาะพัลส์เท่านั้น หมุนเวียน. กระแสพัลส์นี้มีส่วนประกอบฮาร์มอนิกที่สามและสูงกว่าจำนวนมาก
(2) บัลลาสต์หลอดฟลูออเรสเซนต์อิเล็กทรอนิกส์:
บัลลาสต์หลอดฟลูออเรสเซนต์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ข้อดีของมันคือสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของหลอดได้อย่างมากเมื่อทำงานที่ความถี่สูง แต่ข้อเสียคืออินเวอร์เตอร์จะสร้างฮาร์โมนิกและสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าในกระแสไฟของแหล่งจ่ายไฟ การใช้รุ่นที่มีการแก้ไขตัวประกอบกำลังสามารถลดฮาร์โมนิกได้ แต่ค่าใช้จ่ายก็แพง
(3) อุปกรณ์ควบคุมความเร็ว DC ควบคุม:
ตัวควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงมักใช้วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟส ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าวงจรเรียงกระแสบริดจ์แบบหกพัลส์ เนื่องจากมีพัลส์หกต่อรอบด้านเอาต์พุต DC (หนึ่งในครึ่งคลื่นของแต่ละเฟส ) . การเหนี่ยวนำของมอเตอร์กระแสตรงมีจำกัด ดังนั้นจึงมีคลื่นชีพจร 300 Hz ในกระแสไฟตรง (นั่นคือ 6 เท่าของความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ) ซึ่งจะเปลี่ยนรูปคลื่นของกระแสไฟของแหล่งจ่ายไฟ
(4) เครื่องสำรองไฟ (UPS):
UPS มีหลายประเภทตามวิธีการแปลงกำลังไฟฟ้าและวิธีการแปลงที่ใช้โดยแหล่งจ่ายไฟภายนอกไปยังแหล่งจ่ายไฟภายใน ประเภทหลัก ได้แก่ UPS ออนไลน์ UPS ออฟไลน์และ UPS แบบโต้ตอบในสาย โหลดที่ขับเคลื่อนโดย UPS เป็นอุปกรณ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์เสมอ ซึ่งไม่เป็นเชิงเส้นและมีฮาร์โมนิกลำดับต่ำจำนวนมาก
(5) อุปกรณ์แกนแม่เหล็ก:
ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสแม่เหล็กและความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีแกนเหล็กนั้นไม่เป็นเชิงเส้นเสมอ หากรูปคลื่นปัจจุบันเป็นคลื่นไซน์ (นั่นคือ ความต้านทานในวงจรมีมาก) จะมีฮาร์โมนิกที่สูงกว่าในสนามแม่เหล็ก ซึ่งถือเป็นกระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็กแบบบังคับ ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดเป็นรูปคลื่นไซน์ (นั่นคือ ความต้านทานอนุกรมมีขนาดเล็ก) ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กก็จะเป็นรูปคลื่นไซน์ด้วย และรูปคลื่นปัจจุบันมีฮาร์โมนิกที่สูงกว่า ซึ่งถือเป็นกระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็กโดยอิสระ
3 ปัญหาและแนวทางแก้ไขที่เกิดจากฮาร์โมนิกส์
กระแสฮาร์มอนิกอาจทำให้เกิดปัญหาทั้งในระบบจ่ายไฟและในอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม ผลกระทบและวิธีแก้ปัญหานั้นแตกต่างกันมาก และจำเป็นต้องจัดการแยกกัน วิธีการที่เหมาะสมในการกำจัดผลกระทบที่เป็นอันตรายของฮาร์โมนิกในอุปกรณ์ไม่สามารถลดการบิดเบือนที่เกิดจากฮาร์โมนิกในระบบไฟฟ้าได้และในทางกลับกัน
(1) ปัญหาฮาร์มอนิกในอุปกรณ์และวิธีแก้ไข:
มีปัญหาทั่วไปและบ่อยครั้งที่เกิดจากฮาร์โมนิก: ความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้า, สัญญาณรบกวนเป็นศูนย์, ความร้อนสูงเกินไปของเส้นที่เป็นกลาง, ความร้อนสูงเกินไปของหม้อแปลงไฟฟ้า, เบรกเกอร์วงจรทำงานผิดปกติ ฯลฯ
①Voltage Distortion: เนื่องจากระบบไฟฟ้ามีอิมพีแดนซ์ภายใน กระแสโหลดฮาร์มอนิกจะทำให้เกิดความผิดเพี้ยนของแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกของรูปคลื่นแรงดันไฟ (นี่คือที่มาของ"flat top" wave) อิมพีแดนซ์นี้มีส่วนประกอบสองส่วน: อิมพีแดนซ์ของสายเคเบิลภายในของอุปกรณ์ไฟฟ้าหลังส่วนต่อประสานกำลัง (PCC) และอิมพีแดนซ์ของระบบไฟฟ้าก่อน PCC หม้อแปลงจ่ายไฟที่ผู้ใช้เป็นตัวอย่างของ PCC
กระแสโหลดที่บิดเบี้ยวที่เกิดจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นทำให้เกิดแรงดันตกที่ผิดเพี้ยนบนอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล รูปคลื่นแรงดันไฟที่สังเคราะห์แล้วถูกเพิ่มเข้ากับโหลดอื่นๆ ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับวงจรเดียวกัน ทำให้กระแสฮาร์มอนิกไหล แม้ว่าโหลดเหล่านี้เป็นโหลดเชิงเส้น
วิธีแก้ไขคือแยกสายจ่ายไฟของโหลดที่สร้างฮาร์โมนิกออกจากสายจ่ายไฟของโหลดที่ไวต่อฮาร์มอนิก โหลดเชิงเส้นและโหลดไม่เชิงเส้นถูกป้อนโดยวงจรที่ต่างกันจากจุดเชื่อมต่อกำลังเดียวกัน เพื่อให้โหลดไม่เชิงเส้นถูกสร้างขึ้น แรงดันไฟฟ้าบิดเบี้ยวจะไม่ถูกส่งไปยังโหลดเชิงเส้น
②Zero-crossing noise: ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากจำเป็นต้องตรวจจับจุดข้ามศูนย์ของแรงดันไฟฟ้าเพื่อกำหนดเมื่อเชื่อมต่อโหลด สิ่งนี้ทำเพื่อเปิดโหลดอุปนัยเมื่อแรงดันไฟฟ้าข้ามศูนย์โดยไม่สร้างแรงดันไฟเกินชั่วคราว ซึ่งจะช่วยลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และแรงดันไฟฟ้าช็อตบนอุปกรณ์สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ เมื่อมีฮาร์โมนิกระดับสูงหรือแรงดันไฟเกินชั่วขณะบนแหล่งจ่ายไฟ อัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่จุดตัดผ่านศูนย์จะสูงมาก และยากต่อการตรวจสอบ ซึ่งนำไปสู่การทำงานผิดพลาด ในความเป็นจริง การข้ามศูนย์หลายครั้งในแต่ละครึ่งคลื่น
③Neutral line ความร้อนสูงเกินไป: ในระบบจ่ายไฟแบบสามเฟสสี่สายที่มีจุดเป็นกลางต่อกราวด์โดยตรง เมื่อโหลดสร้างกระแสฮาร์มอนิก 3N เส้นที่เป็นกลางจะไหลผ่านผลรวมของกระแสฮาร์มอนิก 3N ของแต่ละเฟส ตัวอย่างเช่น เมื่อโหลดสามเฟสไม่สมดุล กระแสที่ไหลผ่านลวดเป็นกลางจะมากขึ้น การทดลองวิจัยล่าสุดพบว่ากระแสเป็นกลางอาจมากกว่ากระแสเฟสของเฟสใดๆ ทำให้ลวดเป็นกลางร้อนเกินไป เพิ่มการสูญเสียสาย และแม้กระทั่งการไหม้ลวด
วิธีแก้ปัญหาปัจจุบันคือการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของสายกลางในระบบจ่ายไฟสี่สายแบบสามเฟส ข้อกำหนดขั้นต่ำคือการใช้ลวดที่มีหน้าตัดเดียวกันกับลวดเฟส คณะกรรมการไฟฟ้าระหว่างประเทศ (IEC) ได้เสนอว่าหน้าตัดของตัวนำที่เป็นกลางควรเป็น 200% ของหน้าตัดของตัวนำเฟส
④การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของหม้อแปลงสูงเกินไป: เมื่อหม้อแปลงที่มีสายไฟ Yyn สร้างกระแสฮาร์มอนิก 3N จากโหลดด้านทุติยภูมิ นอกเหนือจากผลรวมของกระแสไม่สมดุลของโหลดสามเฟสบนเส้นที่เป็นกลาง กระแสฮาร์มอนิก 3N ก็จะไหลรวมเชิงพีชคณิตด้วย และกระแสฮาร์มอนิกจะไหลเข้าสู่กริดผ่านด้านหลักของหม้อแปลงไฟฟ้า วิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ปัญหาข้างต้นคือการใช้หม้อแปลงที่เชื่อมต่อกับ Dyn เพื่อให้กระแสฮาร์มอนิกที่เกิดจากโหลดหมุนเวียนในขดลวดเดลต้าของหม้อแปลงไฟฟ้าโดยไม่ไหลลงสู่โครงข่ายไฟฟ้า
ไม่ว่ากระแสฮาร์มอนิกจะไหลเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้าหรือไม่ก็ตาม กระแสฮาร์มอนิกทั้งหมดจะเพิ่มการสูญเสียพลังงานของหม้อแปลงไฟฟ้าและเพิ่มอุณหภูมิของหม้อแปลงให้สูงขึ้น
⑤ทำให้เกิดความผิดปกติของเบรกเกอร์กระแสไฟตกค้าง: เบรกเกอร์กระแสไฟตกค้าง (RCCB) ทำงานตามผลรวมของกระแสที่ไหลผ่านหม้อแปลงซีเควนซ์ศูนย์ หากผลรวมของกระแสมากกว่าขีด จำกัด ที่กำหนด มันจะตัดกระแสไฟ มีเหตุผลสองประการที่ทำให้ RCCB ทำงานผิดปกติเมื่อเกิดฮาร์โมนิก: ประการแรก เนื่องจาก RCCB เป็นอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้า บางครั้งจึงไม่สามารถตรวจจับผลรวมของส่วนประกอบความถี่สูงได้อย่างแม่นยำ จึงเกิดการสะดุดโดยไม่ได้ตั้งใจ ประการที่สอง เนื่องจากกระแสฮาร์มอนิก กระแสที่ไหลผ่านวงจรจะมีค่ามากกว่าค่าที่คำนวณหรือวัดได้ง่ายๆ เครื่องมือวัดแบบพกพาส่วนใหญ่ไม่สามารถวัดค่ากำลังสองของค่าเฉลี่ยรูตที่แท้จริงของกระแสได้ แต่จะวัดเฉพาะค่าเฉลี่ย จากนั้นจึงถือว่ารูปคลื่นเป็นไซน์บริสุทธิ์ แล้วคูณปัจจัยแก้ไขเพื่อให้ได้ค่าที่อ่านได้ เมื่อมีฮาร์โมนิก ผลลัพธ์ของการอ่านนี้อาจต่ำกว่าค่าจริงมาก และนี่หมายความว่าหน่วยการเดินทางถูกตั้งค่าเป็นค่าที่ต่ำมาก
ตอนนี้คุณสามารถซื้อเซอร์กิตเบรกเกอร์ที่สามารถตรวจจับค่ากำลังสองของรูทของกระแส ควบคู่ไปกับเทคโนโลยีการวัดค่ากำลังสองของรูทของจริง และแก้ไขค่าที่ตั้งไว้ของ trip unit เพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟมีความน่าเชื่อถือ
ฮาร์โมนิกหลอด LED ของ Benwei กำลัง<>
