กระแสฮาร์มอนิกหมายถึงอะไร
กระแสฮาร์มอนิกเป็นคำเรียกรวมสำหรับส่วนประกอบไซน์ซอยด์ซึ่งมีความถี่เป็นจำนวนเต็มคูณของความถี่กระแสกระแสคาบดั้งเดิม กระแสฮาร์มอนิกที่มีความถี่เท่ากับ k คูณความถี่ของกระแสคาบดั้งเดิมเรียกว่ากระแสฮาร์มอนิกลำดับที่ k และกระแสฮาร์มอนิกทั้งหมดที่มีความถี่มากกว่า 1 จะถูกเรียกรวมกันว่าเป็นกระแสฮาร์มอนิกลำดับที่สูงกว่า
สัญญาณคาบสามารถแบ่งออกเป็นการซ้อนทับเชิงเส้นของส่วนประกอบ DC c0 และสัญญาณไซน์ที่มีความถี่ต่างกันผ่านการแปลงฟูริเยร์: f (t)=c0+∑ _ (m=1) ^ ∞ ▒ [c_m sin (m ω T+ φ_ m) ]
ในหมู่พวกเขา c_msin (m ω T+ φ_ m) การแสดงออกของฮาร์มอนิกที่ m โดยที่ cm แสดงถึงความกว้างของฮาร์มอนิกที่ m และความถี่เชิงมุมของมันคือ m ω， เฟสเริ่มต้นคือ φ m ค่าประสิทธิผลของมันคือ cm/√ 2
เมื่อ m=1, c1sin（ ω T+ φ_ 1) นิพจน์สำหรับองค์ประกอบพื้นฐานซึ่งมีความถี่เชิงมุมคือ ω，เฟสเริ่มต้นคือ φ ค่ารากกำลังสองเฉลี่ย c1/√ 2 เรียกว่าค่าประสิทธิผลพื้นฐาน
ω/ 2 π คือความถี่ขององค์ประกอบพื้นฐาน ซึ่งเรียกว่าความถี่พื้นฐาน ความถี่ของส่วนประกอบพื้นฐานเท่ากับความถี่ของสัญญาณ AC ความถี่ของฮาร์มอนิกที่ m เป็นจำนวนเต็มคูณ (m เท่า) ของความถี่พื้นฐาน
คำจำกัดความของฮาร์โมนิกในระบบจ่ายไฟคือการสลายตัวแบบฟูริเยร์ของปริมาณไฟฟ้าที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์เป็นระยะ นอกเหนือจากการได้รับส่วนประกอบที่เหมือนกับความถี่พื้นฐานของโครงข่ายไฟฟ้าแล้ว ยังได้รับชุดส่วนประกอบที่มากกว่าความถี่พื้นฐานของโครงข่ายไฟฟ้าอีกด้วย ปริมาณไฟฟ้าส่วนนี้เรียกว่าฮาร์โมนิกส์ อัตราส่วนของความถี่ฮาร์มอนิกต่อความถี่พื้นฐาน (n=fn/f1) เรียกว่าลำดับฮาร์มอนิก บางครั้งฮาร์โมนิกที่ไม่ใช่จำนวนเต็มในระบบส่งกำลัง เรียกว่าฮาร์โมนิกที่ไม่ใช่หรือฮาร์โมนิกแบบเศษส่วน
จริงๆ แล้วฮาร์โมนิคเป็นการรบกวนชนิดหนึ่งที่สร้างมลพิษให้กับโครงข่ายไฟฟ้า สาขาเทคโนโลยีไฟฟ้าศึกษาการเกิด การส่งผ่าน การวัด อันตราย และการปราบปรามฮาร์โมนิกเป็นหลัก โดยมีช่วงความถี่โดยทั่วไปอยู่ที่ 2 ≤ n ≤ 40
2. สาเหตุของการสร้างกระแสฮาร์มอนิก
สาเหตุพื้นฐานสำหรับการสร้างกระแสฮาร์มอนิกเกิดจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น
เมื่อกระแสไหลผ่านโหลดและไม่มีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ จะทำให้เกิดกระแสที่ไม่ใช่ไซนูซอยด์ ส่งผลให้เกิดฮาร์โมนิกส์ การปราบปรามฮาร์โมนิคในระบบไฟฟ้าคือการลดหรือกำจัดกระแสฮาร์มอนิกที่ฉีดเข้าสู่ระบบเพื่อควบคุมแรงดันฮาร์มอนิกให้อยู่ภายในค่าที่กำหนด
มีสี่มาตรการหลักในการระงับกระแสฮาร์มอนิก:
(1) ลดเนื้อหาฮาร์มอนิกของแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก นั่นคือการใช้มาตรการกับแหล่งกำเนิดฮาร์มอนิกเพื่อลดการสร้างฮาร์โมนิคของกระต่าย วิธีการนี้เป็นเชิงรุกมากขึ้น สามารถปรับปรุงคุณภาพของโครงข่ายไฟฟ้า และสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายในการกำจัดเอฟเฟกต์ฮาร์มอนิกได้อย่างมาก
(2) การนำวิธีการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) มาใช้ ด้วยการใช้เทคโนโลยีการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะถูกมอดูเลตเป็นชุดของพัลส์แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีแอมพลิจูดเท่ากันแต่ความกว้างไม่เท่ากันภายในรอบความถี่ที่ต้องการ วิธีนี้สามารถระงับการสร้างฮาร์โมนิคได้อย่างมาก
(3) ดูดซับกระแสฮาร์มอนิกที่แหล่งกำเนิดฮาร์มอนิก วิธีการประเภทนี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการระงับฮาร์โมนิคที่มีอยู่ ซึ่งในปัจจุบันเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการระงับฮาร์โมนิคในระบบไฟฟ้า
(4) ปรับปรุงระบบจ่ายไฟและสิ่งแวดล้อม สำหรับระบบจ่ายไฟ การสร้างฮาร์โมนิคเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่มาตรการต่างๆ เช่น การเพิ่มความสามารถในการลัดวงจรของระบบจ่ายไฟ การปรับปรุงระดับแรงดันไฟฟ้าของระบบจ่ายไฟ การเพิ่มความจุของอุปกรณ์จ่ายไฟ และการบำรุงรักษาสาม - ความสมดุลของโหลดเฟสมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สามารถปรับปรุงความสามารถของโครงข่ายไฟฟ้าในการต้านทานฮาร์โมนิคได้ การเลือกแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสมและการรักษาสมดุลของแรงดันไฟฟ้าสามเฟสให้มากที่สุดสามารถลดผลกระทบของฮาร์โมนิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
โครงข่ายไฟฟ้า แหล่งกำเนิดฮาร์มอนิกนั้นจ่ายมาจากจุดจ่ายไฟที่มีความจุมากขึ้นหรือกริดแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า และความสามารถในการทนต่อฮาร์โมนิคจะเพิ่มขึ้น การส่งกำลังโหลดแหล่งฮาร์มอนิกผ่านสายเฉพาะจะช่วยลดผลกระทบของฮาร์โมนิคกับโหลดอื่นๆ และยังช่วยให้มีสมาธิในการปราบปรามและกำจัดฮาร์โมนิคที่มีลำดับสูงกว่า
3. อันตรายจากกระแสฮาร์มอนิก
ในช่วงสามสิบถึงสี่สิบปีที่ผ่านมา การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต่างๆ ได้นำไปสู่มลพิษฮาร์มอนิกที่รุนแรงมากขึ้นในระบบส่งไฟฟ้าสาธารณะ ความผิดพลาดและอุบัติเหตุต่างๆ ที่เกิดจากฮาร์โมนิคก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน และความรุนแรงของอันตรายฮาร์มอนิกดึงดูดความสนใจจากผู้คนเป็นอย่างสูง อันตรายของฮาร์โมนิคต่อโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะและระบบอื่นๆ สามารถสรุปได้คร่าวๆ ในด้านต่อไปนี้
(1) ฮาร์มอนิกทำให้เกิดการสูญเสียฮาร์มอนิกเพิ่มเติมในส่วนประกอบของโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์การผลิต การส่ง และการใช้ไฟฟ้าลดลง เมื่อมีฮาร์โมนิคลำดับที่สามจำนวนมากไหลผ่านเส้นนิวทรัล อาจทำให้เส้นร้อนเกินไปหรือทำให้เกิดไฟไหม้ได้
(2) ฮาร์โมนิคส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ผลกระทบของฮาร์โมนิคต่อมอเตอร์ไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังสร้างการสั่นสะเทือนทางกล เสียงรบกวน และแรงดันไฟฟ้าเกิน ทำให้หม้อแปลงร้อนเกินไปในท้องถิ่นอย่างรุนแรง ฮาร์โมนิคอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไป ฉนวนมีอายุ อายุการใช้งานสั้นลง และแม้กระทั่งความเสียหายต่อตัวเก็บประจุ สายเคเบิล และอุปกรณ์อื่นๆ
(3) ฮาร์มอนิกสามารถทำให้เกิดการสั่นพ้องแบบขนานเฉพาะที่และการสั่นพ้องแบบอนุกรมในโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ ดังนั้นจึงเป็นการขยายฮาร์โมนิค ซึ่งเพิ่มอันตรายจาก (1) และ (2) ข้างต้นอย่างมาก และยังก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงอีกด้วย
(4) ฮาร์มอนิกอาจทำให้เกิดการทำงานผิดพลาดของการป้องกันรีเลย์และอุปกรณ์อัตโนมัติ และอาจนำไปสู่การวัดเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้อง
(5) ฮาร์โมนิคสามารถทำให้เกิดการรบกวนระบบการสื่อสารที่อยู่ติดกัน และในบางกรณี เสียงรบกวนอาจเกิดขึ้นได้ ส่งผลให้คุณภาพการสื่อสารลดลง กรณีร้ายแรงส่งผลให้สูญเสียที่พักทำให้ระบบสื่อสารไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ
