電源システムの高調波とは

電力システムの高調波は、特定のタイプが電力システムに接続されているときに発生する電子デバイスの副産物です。 無停電電源装置、パーソナルコンピューター、可変周波数ドライブなどのデバイスは、スムーズな方法ではなく短いパルスで電力を引き出すと、電力システムの高調波を生成します。 これらの高調波の影響により、電圧の歪みやシステムのパフォーマンスに悪影響を及ぼす問題が発生します。

電気供給源は、正弦波電圧を一貫して供給することを目的としています。 非線形負荷または半導体電源スイッチング電源を使用して交流電流を直流電流に変換するデバイスを電源に接続すると、電力システムの高調波が発生します。 線形負荷には、電力が電圧に比例する連続電流の関係があり、両方の波は同じ形状を持ちます。 白熱灯、モーター、ヒーターは線形負荷の例です。

高調波電流を発生する負荷は非線形であり、電流波形と電圧波形の形状が互いに異なります。 このような負荷に電力が供給されると、システム内のインピーダンスによって高調波電圧が生成されます。 強磁性デバイス、放電照明ユニット、およびアーク放電デバイスは、非線形負荷の例です。 電力系統の高調波の影響は、電圧歪みの大きさによっては非常に深刻になる可能性があります。

多くの点で、その効果はストレスが人体に悪影響を与えることに匹敵します。 高レベルの高調波歪みは、散発的な機器の動作、電力システムの非効率性、さらにはシャットダウンに至る可能性があります。 ユーティリティ配布システム全体および接続されているデバイスは、さまざまなレベルでさまざまな影響を受ける可能性があります。 たとえば、電力システムの高調波はコンデンサの寿命を縮めたり、コンデンサの故障や破裂を引き起こす可能性があります。 コンポーネントは、認識できる原因なしに、トリップ、爆発、または損傷する可能性があります。

高調波電圧の歪みにより、発電機が不安定に動作し、変圧器の巻線が過熱します。 電話やコンピューターなどのデバイスが断続的に故障したり、干渉を起こすことがあります。 ユーティリティメーターが電力測定値を誤って記録するため、ユーザーは過剰な電力料金を支払うことになります。

技術者は、より効率的な設計から絶縁およびデルタ-デルタトランスの使用に至るまで、電力システムの高調波を低減するために多くの方法を使用します。 より良い設計では、非線形負荷をトランスの容量の特定の割合に制限することにより、高調波を低減できます。 デルタデルタトランスは、さまざまな手法を使用して位相関係をシフトしますが、これも有益です。 絶縁トランスは、システム電圧を上げ下げして一致させることで問題の解決を試みます。