전기 네트워크의 고조파 소스
비선형 요소는 현대 전기, 특히 산업 네트워크에 항상 존재하기 때문에 결과적으로 전류 곡선과 전압 곡선이 왜곡되고 네트워크에서 더 높은 고조파가 나타납니다.
우선, 비 정현파는 정적 변환기, 동기식 발전기, 용접기, 형광등, 아크로, 변압기, 모터 및 기타 비선형 부하의 존재로 인해 발생합니다.
수학적으로 전류 및 전압 곡선의 비정현파는 주 주파수의 주 고조파와 그 배수인 상위 고조파의 합으로 나타낼 수 있습니다. 고조파 분석 결과는 삼각 푸리에 급수이며 결과 고조파의 주파수 및 위상 값은 다음 공식을 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.
실제로 3상 네트워크에서 비정현파 전압과 전류의 결과 조합은 비대칭 또는 대칭일 수 있습니다.3배의 고조파(k = 3n)에 대한 비정현파 전압의 대칭 시스템은 제로 시퀀스 전압 시스템을 형성합니다.
또한 k = 3n + 1에서 3상 네트워크의 고조파는 음의 시퀀스 전압의 대칭 시스템을 생성합니다. 따라서 비정현파 전압의 대칭 시스템의 모든 k-고조파는 직접, 역 또는 제로 시퀀스의 위상 전압의 대칭 시스템을 초래합니다.
그러나 실제로 위상 비정현파 전압 시스템은 비대칭인 것으로 판명되었습니다. 그래서, 삼상 변압기의 자기 코어 중간 위상과 최종 위상에 대한 자기 경로의 길이가 1.9배 차이가 나기 때문에 그 자체는 비선형이고 비대칭입니다. 결과적으로 중간 위상의 자화 전류의 유효 값은 최종 위상의 자화 전류 값보다 1.3 ~ 1.55 배 작습니다.
비대칭 고조파는 각 k 고조파가 위상 전압의 비대칭 시스템을 형성하고 일반적으로 0, 순방향 및 역방향의 세 가지 시퀀스 구성 요소를 포함할 때 대칭 구성 요소로 분해됩니다.
절연 중성선이 있는 3상 네트워크는 지락이 없는 경우 각 위상에 제로 시퀀스 구성 요소가 없다는 특징이 있습니다. 결과적으로 위상 전류에는 3배의 고조파가 없지만 역상 및 양의 시퀀스 성분을 포함하는 다른 고조파가 있습니다.
일반적으로 DC 측의 전력 정류기는 큰 인덕턴스를 가지며, 이는 DC 기계 권선 및 평활 리액터입니다.이러한 인덕턴스는 교류 측의 등가 인덕턴스보다 몇 배 더 높으므로 교류 네트워크에 대한 이러한 정류기는 더 높은 고조파 전류 소스로 작동합니다. 고조파 주파수가 있는 네트워크로 향하는 전류는 공급 네트워크의 매개변수에 의존하지 않는 값을 갖습니다.
3상 전기 네트워크의 경우 6펄스 또는 6상이라고 하는 변환기와 같은 6개의 밸브에 3상 전파 정류기를 사용하는 것이 특징입니다. 이 경우 각 위상에 대한 전류 곡선은 다음 방정식으로 설명할 수 있습니다(한 위상 A의 전류에 대해).
위상 전류에는 3의 배수가 아닌 홀수 고조파만 포함되어 있으며 이러한 고조파의 부호는 6k + 1차 양의 고조파와 6k-1차 음의 고조파가 번갈아 나타납니다.
12상 정류기를 사용하는 경우 6상 정류기 1쌍을 3상 변압기 1쌍에 연결하면(2차 전압은 pi/6으로 위상이 변이됨) 12k+1과 12k-의 고조파 1-주문이 각각 나타납니다.
정류기가 사용되기 전에는 변압기와 다양한 전기 기계만이 전기 네트워크에서 더 높은 고조파의 주요 원인이었습니다. 그러나 오늘날에도 변압기는 전기 네트워크의 가장 일반적인 요소입니다.
변압기가 더 높은 고조파를 생성하는 이유는 자기 회로의 비선형 자화 곡선과 히스테리시스 루프… 비선형 자화 곡선과 히스테리시스 루프는 원래 정현파 무부하 자화 전류의 왜곡을 생성하고 그 결과 변압기가 그리드에서 끌어오는 전류에서 더 높은 고조파가 발생합니다.
110kV 등급 변압기는 무부하 전류가 1% 이하이고 6-10kV 등급 변압기는 2-3% 이하입니다. 이들은 작은 전류이며 자기 회로의 활성 손실은 무시할 수 있습니다. 히스테리시스 루프가 아니라 중요한 것은 자화 곡선입니다.
자화 곡선은 대칭이며 푸리에 시리즈 확장에는 고조파조차 없습니다. 자화 전류의 왜곡은 3의 배수인 홀수 고조파에 의해 발생합니다. 3차 고조파가 특히 두드러지지만 5차 및 7차 고조파도 가장 중요합니다.
EMF 고조파 및 전류 고조파도 모터의 특성이며, 동기식과 비동기식 모두… 이러한 고조파는 변압기에서 생성되는 전류 고조파와 동일한 현상, 즉 고정자와 회전자를 구성하는 재료의 자화 곡선의 비선형성에 의해 발생합니다.
전기 모터의 전류 고조파의 주파수 스펙트럼은 변압기와 마찬가지로 홀수 고조파를 포함하며 그 중 분명히 3의 배수입니다. 여기서 가장 중요한 것은 3차, 5차 및 7차 고조파입니다.
변압기의 경우와 마찬가지로 개략적인 계산을 통해 3차, 5차 및 7차 고조파의 전류 비율을 3차 고조파는 40%, 5차 고조파는 30%, 7차 고조파는 20%로 구할 수 있습니다. 유휴 전류).