Гармоник гажуудал ба THD-ийн үндэс
Идеал цахилгаан сүлжээнд хүчдэл ба гүйдэл нь 50 Гц давтамжтай цэвэр синусоид хэлбэртэй байх ёстой. Гэвч орчин үеийн үйлдвэр, оффис, айл өрхөд хэрэглэгддэг олон тооны төхөөрөмж энэ синусоидыг гажуудуулж, түүн дээр өндөр давтамжтай нэмэлт долгионуудыг давхарлана. Эдгээр нэмэлт бүрэлдэхүүнийг гармоник гэж нэрлэх ба тэдгээр нь суурь давтамжийн бүхэл тоон дахин үржвэр (100, 150, 250 Гц гэх мэт) байдаг. Гармоник гажуудал нь чадлын чанарын хамгийн түгээмэл асуудлын нэг бөгөөд тоног төхөөрөмжийн ажиллагаа, найдвартай байдалд шууд нөлөөлдөг.
Гармоникийн эх үүсвэр
Гармоникийн үндсэн эх үүсвэр нь шугаман бус ачаалал юм. Шугаман ачаалал (жишээ нь энгийн халаагуур, улайсдаг чийдэн) хүчдэлтэйгээ пропорциональ гүйдэл татдаг бол шугаман бус ачаалал нь долгионы зөвхөн тодорхой хэсэгт огцом гүйдэл татаж, синусоидыг гуйвуулна.
- Давтамж хувиргагч, зөөлөн залгуур (VFD, soft starter) бүхий хөдөлгүүр-ийн удирдлага.
- Компьютер, серверийн тэжээлийн блок, LED болон люминесцент гэрэлтүүлгийн балласт.
- Гагнуурын аппарат, дуговой зуух, залгуурт цэнэглэгч төхөөрөмжүүд.
- Ханасан горимд ажиллаж буй хүчний трансформатор, соронзон цөмтэй реактор.
THD гэж юу вэ
Гажуудлын хэмжээг тоон утгаар илэрхийлэхийн тулд Гармоник нийт гажуудал буюу THD (Total Harmonic Distortion) үзүүлэлтийг ашиглана. Энэ нь бүх гармоник бүрэлдэхүүний нийлбэр үйлчлэх утгыг суурь долгионы (50 Гц) утгатай харьцуулсан хувь юм. Ерөнхий хэлбэрийг энгийн текстээр бичвэл:
THD = √(V2² + V3² + V4² + ... + Vn²) / V1 × 100%
Энд V1 нь суурь давтамжийн бүрэлдэхүүн, V2, V3, ... Vn нь дараалсан гармоникуудын үйлчлэх утгууд. THD-ийг хүчдэлээр (THDu) болон гүйдлээр (THDi) тусад нь тооцдог. Хүчдэлийн THD нь сүлжээний чанарыг, гүйдлийн THD нь тухайн ачааллын гажуудал үүсгэх шинжийг харуулна.
Гармоникийн сөрөг нөлөө
Гармоник нь зөвхөн долгионы хэлбэрийг муутгоод зогсохгүй, бодит эдийн засгийн хохирол, эвдрэл дагуулна.
- Нэмэлт халалт: Өндөр давтамжийн гүйдэл нь дамжуулагчийн идэвхтэй эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж (арьсан үзэгдэл), кабель, ороомог, трансформаторыг илүүтэй халаана.
- Саармагийн хэт ачаалал: Тройкийн үржвэрт гармоникууд саармаг дамжуулагчид нэгдэж, зарим тохиолдолд саармагийн гүйдэл фазын гүйдлээс давж, дамжуулагч хайлах эрсдэл үүсгэнэ.
- Тусгаарлагын хөгшрөлт: Байнгын халалт нь ороомгийн болон кабелийн тусгаарлага-ыг эрт хуучруулж, насжилтыг богиносгоно.
- Реле хамгаалалт, тоолуурын алдаатай ажиллагаа, конденсаторын банкны резонанс, электрон төхөөрөмжийн эвдрэл.
Хэмжилт ба бууруулах арга
Гармоникийг үнэлэхийн тулд энгийн үйлчлэх утга хэмждэг мультиметр хангалтгүй. True RMS хэмжигдэхүүн болон чадлын чанарын анализатор ашиглан спектрийн задаргаа хийж, гармоник бүрийн эзлэх хувь, THD, чадлын коэффициент (cosφ)-г тодорхойлно.
Гажуудлыг бууруулах үндсэн аргууд:
- Идэвхгүй шүүлтүүр (passive filter): Тодорхой гармоникт тааруулсан LC хэлхээ, тухайн давтамжийн гүйдлийг богино залгаж шингээнэ.
- Идэвхтэй шүүлтүүр (active filter): Гажуудлыг хэмжиж, эсрэг фазтай гүйдэл нэмж бодит цагт нөхөх орчин үеийн шийдэл.
- 12 болон 18 импульст залруулагч, фаз шилжүүлэгч трансформатор ашиглан гармоникийг харилцан устгах.
- Шугаман бус том ачааллыг тусдаа шин буюу тэжээлийн салбарт зохион байгуулж, эмзэг ачааллаас тусгаарлах.
Дүгнэлт
Гармоник гажуудал нь орчин үеийн шугаман бус ачаалал ихсэхийн хэрээр өсөн нэмэгдэж буй бодит асуудал юм. THD үзүүлэлт нь энэ гажуудлыг тоогоор илэрхийлж, сүлжээ болон ачааллын чанарыг үнэлэх боломж олгодог. Тогтмол хэмжилт хийж, шаардлагатай газарт идэвхгүй эсвэл идэвхтэй шүүлтүүр суурилуулах нь тоног төхөөрөмжийн халалтыг бууруулж, саармаг дамжуулагчийн хэт ачааллаас сэргийлэн, тусгаарлагын насжилтыг уртасгах чухал алхам болно. Инженерийн зүгээс төслийн эхэн үеэс гармоникийн балансыг тооцоолж, MNS болон холбогдох стандартын шаардлагыг мөрдөх нь урт хугацааны найдвартай ажиллагааны үндэс юм.