현대 전기 시스템에서, 가변 주파수 드라이브 (VFD), 정류기 및 기타 전력 전자 장치와 같은 비 선형 하중의 사용이 증가함에 따라 고조파 문제는 상당한 관심사가되었습니다. 이러한 비 선형 하중은 전기 네트워크에 고조파 전류를 주입하여 장비 과열, 통신 시스템과의 간섭 및 부정확 한 계량을 포함한 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다. 일련의 반응기는 회로에서 고조파 함량을 완화하기위한 효과적인 솔루션 중 하나이며, 시리즈 반응기 공급 업체로서, 일련의 반응기가 회로의 고조파 함량에 어떤 영향을 미치는지 조사 할 것입니다.
전기 회로에서 고조파를 이해합니다
시리즈 반응기의 역할을 논의하기 전에 고조파가 무엇인지 이해하는 것이 필수적입니다. 이상적인 전기 시스템에서 전압 및 전류 파형은 단일 주파수, 일반적으로 기본 주파수 (예 : 50Hz 또는 60Hz)의 순수한 사인파입니다. 그러나 비 선형 하중이 시스템에 연결되면 비 사인 방식으로 전류를 그립니다. 이러한 비 정현파 전류는 기본 주파수의 정수 배수 인 주파수를 갖는 일련의 정현파 성분으로 분해 될 수 있습니다. 이 구성 요소를 고조파라고합니다. 예를 들어, 3 차 고조파의 주파수는 기본 주파수의 3 배, 5 번째 고조파의 주파수는 기본 주파수의 5 배인 주파수를 갖습니다.
고조파는 전기 회로에서 몇 가지 문제를 일으킬 수 있습니다. 전류의 RMS (루트 - 평균 - 제곱) 값을 증가시켜 도체, 변압기 및 기타 장비에서 추가 손실을 초래할 수 있습니다. 이로 인해 장비의 과열 및 수명이 감소 할 수 있습니다. 또한 고조파는 전압 왜곡을 유발하여 민감한 전자 장비의 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
시리즈 원자로 작동 방식
일련의 반응기는 부하 또는 회로에 직렬로 연결된 유도 장치입니다. 인덕터의 임피던스는 공식 (z = j \ omega l)에 의해 주어지며, 여기서 (\ Omega = 2 \ pi f)는 각 주파수, (l)은 반응기의 인덕턴스이고 (j = \ sqrt {-1})입니다.
직렬 반응기의 임피던스는 주파수에 따라 증가합니다. 기본 주파수에서, 반응기의 임피던스는 상대적으로 낮으므로 회로의 정상 작동에 최소한의 영향을 미칩니다. 그러나, 고조파 전류의 주파수가 증가함에 따라, 반응기의 임피던스도 크게 증가한다.
고조파 전류가 직렬 반응기를 통해 흐를 때, 이들 높은 주파수 성분에 대한 반응기의 증가 된 임피던스는 반응기를 가로 질러 전압 강하를 유발한다. Ohm의 법칙 (v = iz)에 따르면 (v)는 전압 강하, (i)는 전류이며 (z)는 임피던스입니다. 반응기의 임피던스는 기본 주파수에 비해 고조파에 대해 훨씬 높기 때문에 고조파 전류에 대한 반응기를 가로 지르는 전압 강하가 훨씬 큽니다.
일련의 반응기를 가로 지르는이 전압 강하는 나머지 회로로 흐를 수있는 고조파 전류의 양을 감소시킵니다. 다시 말해, 일련의 반응기는 고조파 전류에 대한 필터 역할을하며 전기 시스템에서 문제를 일으킬 수 있기 전에이를 차단하거나 감쇠시킨다.
시리즈 원자로의 유형과 고조파에 미치는 영향
시장에는 자체 특성과 응용 프로그램이있는 다양한 유형의 시리즈 원자로가 있습니다.
구리 출력 AC 반응기
그만큼구리 출력 AC 반응기구리를 도체 재료로 사용하는 일련의 반응기 유형입니다. 구리는 우수한 전기 전도성을 가지므로 기본 주파수에서 저항이 낮습니다. 이로 인해 회로의 정상 작동 중에 전력 손실이 낮습니다.
고조파 완화의 경우, 구리 출력 AC 반응기의 높은 주파수 임피던스는 고조파 전류의 흐름을 효과적으로 제한합니다. 구리의 낮은 저항은 또한 고조파 전류의 흐름으로 인해 열 발생량이 적으며, 이는 반응기의 장기 용어 신뢰성에 유리합니다.
알루미늄 출력 AC 반응기
그만큼알루미늄 출력 AC 반응기또 다른 옵션입니다. 알루미늄은 더 많은 비용 - 구리에 대한 효과적인 대안입니다. 알루미늄은 구리보다 저항이 약간 높지만 여전히 좋은 도체입니다.
알루미늄 출력 AC 반응기의 임피던스 특성은 고주파에서 구리 출력 AC 반응기의 특성과 유사하다. 또한 회로의 고조파 함량을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 그러나, 저항이 높기 때문에, 기본 주파수에서 구리 반응기에 비해 약간 더 많은 전력 손실이있을 수있다.
사인파 필터
에이사인파 필터일련의 반응기 유형으로 간주 될 수 있습니다. VFD의 비 정현파 출력을보다 정현파 파형으로 변환하도록 설계되었습니다. 사인파 필터는 인덕터 (시리즈 반응기) 및 커패시터로 구성됩니다.
사인파 필터의 시리즈 반응기는 전류의 변화 속도를 제한하고 높은 주파수 고조파를 줄이는 데 도움이됩니다. 반면 커패시터는 반응성 전력을 보상하고 파형 품질을 더욱 향상시키는 데 도움이됩니다. 함께, 그들은 회로의 고조파 함량을 크게 줄이고 부하에 더 깨끗한 전원 공급 장치를 제공 할 수 있습니다.
조화 닉에 대한 시리즈 반응기의 효과를 계산합니다
조화 닉에 대한 직렬 반응기의 효과를 계산하려면 시스템의 동등한 회로를 고려해야합니다. 회로는 소스, 시리즈 반응기 및 하중으로 모델링 될 수 있습니다.
소스 전압이 (v_s), 직렬 반응기의 임피던스는 (z_r = j \ 오메가 L)이고 하중의 임피던스는 (z_l)이라고 가정 해 봅시다. 회로의 총 임피던스는 (z_ {Total} = z_r + z_l)입니다.
회로를 통해 흐르는 전류는 (i = \ frac {v_s} {z_ {Total}})에 의해 주어진다. 고조파 분석의 경우 각 고조파 성분을 개별적으로 고려할 수 있습니다. (n) Th 고조파 전압이 (v_ {sn}) 및 (n) 반응기의 고조파 임피던스는 (z_ {rn} = jn \ omega_0l) (여기서 (\ Omega_0)은 기본의 각 주파수이고 () () 하중의 고조적 임피던스 (z_ {ln}).
(n) Th 고조파 전류 (i_n = \ frac {v_ {sn}} {z_ {rn}+z_ {ln}}). (n)이 증가함에 따라 (z_ {rn})가 증가하여 (i_n)의 값을 감소시킵니다.
예를 들어, 직렬 반응기가없는 5 번째 고조파 전류가있는 경우, 전류 (i_ {5old} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {l5}}). 시리즈 반응기를 설치 한 후 5 번째 고조파 전류 (i_ {5new} = \ frac {v_ {s5}} {z_ {r5}+z_ {l5}}). (z_ {r5} = J5 \ Omega_0L)는 비교적 크기 때문에 (i_ {5new} \ lt I_ {5Old})는 일련의 반응기가 5 번째 고조파 전류를 감소 시켰음을 보여줍니다.
고조파 완화를 위해 일련의 반응기 사용에 대한 실질적인 고려 사항
조화로운 반응기를 사용하여 고조파를 완화 할 때 몇 가지 실질적인 고려 사항이 있습니다.
먼저, 계열 반응기의 등급을 신중하게 선택해야합니다. 반응기의 인덕턴스 값은 회로의 고조파 왜곡 수준과 하중의 요구 사항에 따라 선택되어야합니다. 인덕턴스가 너무 낮 으면 반응기는 고조파 전류를 감소시키는 데 효과적이지 않을 수 있습니다. 반면에, 인덕턴스가 너무 높으면 기본 주파수에서 과도한 전압 강하가 발생하여 하중의 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
둘째, 시리즈 반응기의 설치 위치도 중요합니다. 부하의 입력 측 (예 : VFD 앞) 또는 출력 측에 설치할 수 있습니다. 입력 측에 반응기를 설치하면 상류 전기 시스템이 고조파 전류로부터 보호 될 수 있지만 출력 측면에 설치하면 전압 왜곡으로부터 하중을 보호 할 수 있습니다.
셋째, 계열 반응기의 온도 상승을 모니터링해야합니다. 고조파 전류는 반응기에서 추가 손실을 일으킬 수 있으므로 반응기가 과열되지 않도록하는 것이 중요합니다. 필요한 경우 적절한 환기 및 냉각 조치를 제공해야합니다.
결론
결론적으로, 일련의 반응기는 전기 회로에서 고조파 함량을 완화하기위한 효과적인 도구이다. 높은 주파수 고조파 전류에 대한 임피던스를 증가시킴으로써, 나머지 회로로 흐르는 고조파 전류의 양을 줄여서 고조파의 유해한 영향으로부터 장비를 보호 할 수 있습니다.
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참조
- Dugan, RC, McGranaghan, MF 및 Beaty, HW (2003). 전력 시스템 품질. 맥그로 - 힐.
- IEEE STD 519-2014, IEEE 전력 시스템의 고조파 제어에 대한 권장 관행 및 요구 사항.
- Arrillaga, J., & Watson, NR (2003). 전력 시스템 고조파 : 기본, 분석 및 필터 설계. 와일리.