Цахилгаан систем дэх гармоник шинжилгээ
Пендахулуан
Технологийн хувьд улам бүр хөгжингүй, хамааралтай болж буй ертөнцөд хэрэглэгчдэд нийлүүлж буй цахилгаан эрчим хүчний чанар нь анхаарал хандуулах шаардлагатай чухал тал болж байна. Энэ чанарт нөлөөлж болох гол хүчин зүйлсийн нэг бол эрчим хүчний системд гармоникууд байгаа явдал юм. Гармоникууд нь эрчим хүчний системийн үндсэн давтамжаас өндөр давтамжтай синусоид долгион юм. Эрчим хүчний системийн хүрээнд гармоник шинжилгээ гэдэг нь эдгээр гармоникуудын сөрөг нөлөөллийг тодорхойлж, саармагжуулах үйл явцыг хэлнэ. Энэхүү нийтлэлд гармоникууд, тэдгээрийн эх үүсвэрүүд, эрчим хүчний системд үзүүлэх нөлөө, тэдгээрийг шинжлэх, шийдвэрлэх аргуудын талаар гүнзгий тойм өгөх болно.
Гармоника ойлгох нь
Техникийн хувьд гармоникийг давтамж нь үндсэн давтамжийн үржвэртэй үечилсэн дохионы синусоид бүрэлдэхүүн хэсгүүд гэж тодорхойлж болно. Үндсэн давтамж нь анхны дохионы үндсэн давтамж бөгөөд цахилгаан эрчим хүчний системд ихэвчлэн 50 Гц эсвэл 60 Гц байдаг. Жишээлбэл, үндсэн давтамж нь 50 Гц бол хоёр дахь гармоник нь 100 Гц, гурав дахь гармоник нь 150 Гц гэх мэт байх болно.
Эрчим хүчний систем дэх гармоник эх үүсвэрүүд
Цахилгаан систем дэх гармоникууд нь ихэвчлэн шугаман бус цахилгаан тоног төхөөрөмжөөс үүсдэг. Гармоникуудын зарим гол эх үүсвэрүүдэд дараахь зүйлс орно.
1. Электрон төхөөрөмжүүд: Компьютер, телевизор, электрон удирдлагатай төхөөрөмжүүд гэх мэт орчин үеийн гэр ахуйн болон үйлдвэрлэлийн ихэнх тоног төхөөрөмж нь шугаман бус тэжээлийн эх үүсвэртэй байдаг.
2. Хүч хувиргагч: Шулуутгагч, инвертер, хөрвүүлэгч зэрэг тоног төхөөрөмж нь гармоникийн гол шалтгаан болдог. Энэ нь хувьсах гүйдлээс тогтмол гүйдэл рүү эсвэл эсрэгээр хувиргах замаар үүсдэг бөгөөд энэ нь шугаман бус шинж чанаруудыг хамардаг.
3. Аж үйлдвэрийн мотор: Хувьсах хурдны хөтлөгч (VSD)-ээр удирддаг хувьсах гүйдлийн моторууд нь гармоник үүсгэдэг.
4. Цахилгаан электрон тоног төхөөрөмж: Энэ ангилалд UPS (Тасралтгүй цахилгаан хангамж) болон электрон балласт агуулсан гэрэлтүүлгийн систем зэрэг төхөөрөмжүүд багтана.
Гармоникуудын цахилгаан системд үзүүлэх нөлөө
Гармоникууд нь цахилгаан эрчим хүчний системд тоног төхөөрөмж болон цахилгаан сүлжээний дэд бүтцийн аль алинд нь ноцтой асуудал үүсгэж болзошгүй. Зарим чухал нөлөөллүүд нь:
1. Хэт халалт: Гармоникууд нь трансформатор, дамжуулагч болон машинуудад хэт халалт үүсгэж болзошгүй. Энэ нь тусгаарлагчийн элэгдлийг хурдасгаж, тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг богиносгодог.
2. Цахилгаан алдагдал: Гармоникууд байгаа нь цахилгаан түгээлтийн систем дэх цахилгаан алдагдлыг нэмэгдүүлж, үйл ажиллагааны үр ашгийг бууруулдаг.
3. Тоног төхөөрөмжийн эвдрэл: Цахилгаан тоног төхөөрөмжийн гармоникт мэдрэмтгий байдал нь дутуу эвдрэл эсвэл гэнэтийн гэмтэлд хүргэж болзошгүй.
4. Харилцаа холбооны хөндлөнгийн оролцоо: Гармоникууд нь гаргадаг чимээ шуугианаасаа болж цахилгаан холбоо болон хяналтын системд хөндлөнгөөс нөлөөлж болно.
5. Резонанс: Гармоник болон сүлжээний шинж чанаруудын тодорхой хослолууд нь резонанс үүсгэж, улмаар тоног төхөөрөмжийг гэмтээдэг хүчдэл болон гүйдлийн хэт их өсөлтийг үүсгэж болзошгүй.
Гармоник шинжилгээний арга
1. Хурдан Фурье хувиргалт (FFT) шинжилгээ: FFT нь цаг хугацааны домайны дохиог давтамжийн домайн болгон хувиргах нийтлэг арга юм. Энэ нь хувьсах гүйдлийн дохионы гармоник спектрийг тодорхойлох боломжийг олгодог. FFT-ээр дамжуулан бид гармоник бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн далайц ба фазыг тодорхойлж чадна.
2. Шууд хэмжилтийн арга: Чадлын чанарын анализатор гэх мэт гармоник хэмжих хэрэгслийг ашиглан шууд хэмжилт хийх нь чадлын чанар болон гармоник түвшний талаарх бодит цагийн өгөгдлийг өгөх боломжтой.
3. Загварчлал ба симуляци: Цахилгаан систем дэх гармоник эффектийг загварчлах, шинжлэхэд MATLAB/Simulink зэрэг симуляцийн хэрэгслүүд эсвэл ETAP зэрэг тусгай програм хангамжийг ашиглаж болно.
4. Аналитик арга: Эх үүсвэр болон цахилгаан сүлжээний шинж чанарт үндэслэн гармоник ачааллыг тооцоолох боломжийг олгодог хэлхээний онол болон спектрийн шинжилгээнд үндэслэсэн.
Гармоник асуудлыг шийдвэрлэх
1. Гармоник шүүлтүүр ашиглах: Хамгийн түгээмэл шийдлүүдийн нэг бол идэвхгүй эсвэл идэвхтэй гармоник шүүлтүүр суурилуулах явдал юм. Идэвхгүй шүүлтүүрүүд нь тодорхой гармоник давтамжийг саармагжуулахын тулд индуктив чанар, багтаамж, эсэргүүцлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр хийгдсэн байдаг. Нөгөөтэйгүүр, идэвхтэй шүүлтүүрүүд нь илүү динамик хэрэглээнд илүү боловсронгуй цахилгаан электрон элементүүдийг ашигладаг.
2. Сайжруулсан тоног төхөөрөмжийн загвар: Бага гармоник шинж чанартай цахилгаан тоног төхөөрөмжийг сонгож, зохион бүтээх нь гармоник үйлдвэрлэлийг эхнээс нь бууруулж чадна.
3. Ачааллын жигд тархалт: Нэг хэсэгт шугаман бус ачааллын төвлөрлөөс зайлсхийх нь гармоник түвшинг бууруулахад тусалдаг.
4. Зигзаг трансформаторын хэрэглээ: Гармоникийг багасгах зориулалттай трансформаторуудыг цахилгаан түгээлтийн системд ашиглаж болно.
5. Идэвхтэй гармоник ангижруулагч: Энэ хэрэгсэл нь илэрсэн гармоникуудаас урвуу гүйдэл шахах замаар ажилладаг бөгөөд ингэснээр цахилгаан сүлжээнд үзүүлэх сөрөг нөлөөллийг бууруулдаг тэнцвэрийг бий болгодог.
Дүгнэлт
Цахилгаан эрчим хүчний систем дэх гармоникийн нөлөөллийг үйлдвэрлэлийн болон ахуйн орчинд үл тоомсорлож болохгүй. Гармоникийн эх үүсвэр, нөлөөлөл, шинжилгээний аргуудыг бүрэн ойлгох нь цахилгаан эрчим хүчний чанарыг хадгалах эхний алхам юм. Гармоникийн асуудлыг шийдвэрлэхэд системийн сайжруулсан дизайн, үр дүнтэй шүүлтүүр ашиглахаас эхлээд эрчим хүчний чанарын удирдлагын ач холбогдлын талаарх боловсрол хүртэл цогц арга барил шаардлагатай. Технологи хөгжиж, эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэхийн хэрээр гармоникийн нөлөөллийг бууруулах нь ирээдүйд улам бүр бэрхшээлтэй, чухал чиглэл болох болно.
