소스에서 고조파 문제를 해결하는 방법

일반적인 가변 주파수 드라이브(VFD)는 입력과 출력 모두에서 고조파를 생성합니다. 모터(출력) 측에서 VFD는 펄스 폭 변조(PWM) 신호로 사인파를 에뮬레이션합니다. 두 신호의 차이는 이미지 1에 나와 있습니다. PWM 신호는 구형파와 순수 정현파 사이에 있습니다. PWM 신호의 사각 특성은 일반 VFD에 일반적으로 사용되는 IGBT(통합 게이트 양극 트랜지스터)의 제한된 스위칭 주파수로 인해 발생합니다. 고조파는 PWM 신호의 불가피하고 불행한 부산물입니다.

상황은 VFD의 그리드(입력) 측에서도 유사합니다. 일반 VFD에 사용되는 다이오드 브리지 아키텍처는 전압 파형의 피크에서 비선형적으로 전류를 끌어옵니다. 결과적인 전류 파형(이미지 2)은 고조파 함량이 높으며 이는 배전 네트워크로 다시 전파됩니다. 일반 6펄스 VFD가 VFD의 그리드 측과 모터 측 모두에서 80% 범위의 총 고조파 전류 왜곡(THDi)을 생성하는 것은 드문 일이 아닙니다.

정의에 따르면 고조파는 기본 주파수의 정수배에서 발생합니다. 예를 들어, 60헤르츠(Hz) 시스템에서는 2차(120Hz), 3차(180Hz), 4차(240Hz), 5차(300Hz) 등에서 고조파가 발생합니다. 각 고조파는 양수 순서, 음수 순서 및 0으로 더 분류될 수 있습니다. 시퀀스 구성 요소. 포지티브 시퀀스 고조파(4차, 7차, 10차, 13차, 19차 등)는 기본 주파수와 동일한 회전 벡터를 갖습니다. 이름에서 알 수 있듯이 음의 시퀀스 고조파(2차, 5차, 8차, 11차, 14차 등)는 기본과 반대 방향으로 회전합니다. 0 시퀀스 구성요소(3번째, 6번째, 9번째, 12번째, 15번째 등)에는 회전 벡터가 없습니다.

일반 VFD의 모터 출력에 고조파가 포함되어 있다는 사실은 모터의 총 RMS(제곱 평균 제곱근) 전류가 기본 전류보다 훨씬 높다는 것을 의미합니다. 이러한 과잉 전류는 구리 및 코어(철) 손실 증가로 나타나며, 이는 결국 모터 자체 내부의 열을 증가시킵니다. 단기적으로 과도한 열로 인해 열 문제가 발생하여 작동이 직접적으로 방해를 받을 수 있습니다. 장기적으로 과도한 열로 인해 모터 절연이 저하되어 조기 고장이 발생합니다.

고조파에 대한 우려는 과도한 RMS 전류에만 국한되지 않습니다. 고조파 유도 와전류에 의해 생성된 높은 전압 변화율(dv/dt)로 인해 개별 모터 권선 사이와 베어링과 베어링 궤도 사이에 아크가 발생할 수 있습니다. 전자는 모터 절연을 저하시키는 반면, 후자는 베어링 구멍 및 윤활유 파손을 유발합니다. 개별 고조파의 상대적 크기는 모터 성능과 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 위에서 언급한 것처럼 음의 시퀀스 고조파는 기본파와 반대 방향으로 작동하여 큰 와전류를 통해 회전자가 가열될 가능성을 생성합니다.

또한 인접한 양의 고조파 전류와 음의 고조파 전류 사이의 상호 작용으로 인해 맥동 토크와 기계적 진동이 발생하여 작동 효율성이 저하될 수 있습니다. 모터와 마찬가지로 전기 배전 시스템에 고조파가 존재한다는 것은 시설 내에서 도체의 크기가 너무 커야 하므로 추가 자본 비용이 필요하고 후속 확장 및 재구성에 대한 옵션이 제한된다는 것을 의미합니다. 전기 네트워크에 연결된 다른 장비는 과열, 조기 마모 및 조기 고장이 발생할 수 있습니다.

구체적인 내용은 장비 유형에 따라 다릅니다. 몇 가지 예로는 변압기 내부의 과도한 가열, 조명 부하의 눈에 띄는 깜박임, 민감한 부하의 손상 등이 있습니다. 전기 시설은 과도한 고조파가 배전망에 어떤 부정적인 영향을 미치는지 잘 알고 있습니다. 대부분의 경우 사용자는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 519에 지정된 제한을 준수해야 하며, 이는 공통 결합 지점에서 THDi가 5%를 초과해서는 안 된다는 것을 요구합니다. 이를 준수하지 않는 사람은 재정적 처벌을 받게 됩니다.