ఎలక్ట్రికల్ నెట్వర్క్లలో హార్మోనిక్స్ యొక్క మూలాలు
నాన్-లీనియర్ ఎలిమెంట్స్ ఆధునిక ఎలక్ట్రికల్లో, ముఖ్యంగా పారిశ్రామిక నెట్వర్క్లలో స్థిరంగా ఉంటాయి కాబట్టి, ఫలితంగా, ప్రస్తుత వక్రతలు మరియు వోల్టేజ్ వక్రతలు వక్రీకరించబడతాయి, నెట్వర్క్లలో అధిక హార్మోనిక్స్ కనిపిస్తాయి.
అన్నింటిలో మొదటిది, నాన్-సైనోసోయిడాలిటీ అనేది స్టాటిక్ కన్వర్టర్ల ఉనికి కారణంగా ఉంటుంది, అప్పుడు - సింక్రోనస్ జనరేటర్లు, వెల్డింగ్ యంత్రాలు, ఫ్లోరోసెంట్ దీపాలు, ఆర్క్ ఫర్నేసులు, ట్రాన్స్ఫార్మర్లు, మోటార్లు మరియు ఇతర నాన్-లీనియర్ లోడ్లు.
గణితశాస్త్రపరంగా, కరెంట్ మరియు వోల్టేజ్ వక్రరేఖల యొక్క నాన్-సైనోసోయిడాలిటీని మెయిన్స్ ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క ప్రధాన హార్మోనిక్ మరియు దాని గుణకాలు అయిన దాని అధిక హార్మోనిక్ల మొత్తంగా సూచించవచ్చు. హార్మోనిక్ విశ్లేషణ త్రికోణమితి ఫోరియర్ శ్రేణికి దారితీస్తుంది మరియు ఫలిత హార్మోనిక్స్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీలు మరియు దశల విలువలను సూత్రాన్ని ఉపయోగించి సులభంగా లెక్కించవచ్చు:
వాస్తవానికి, మూడు-దశల నెట్వర్క్లో నాన్-సైనోసోయిడల్ వోల్టేజ్లు మరియు కరెంట్ల కలయిక అసమానంగా లేదా సుష్టంగా ఉంటుంది.మూడు హార్మోనిక్స్ (k = 3n) యొక్క గుణిజాలకు నాన్-సైనోసోయిడల్ వోల్టేజ్ల యొక్క సుష్ట వ్యవస్థ సున్నా-శ్రేణి వోల్టేజ్ల వ్యవస్థ ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది.
ఇంకా, k = 3n + 1 వద్ద, మూడు-దశల నెట్వర్క్లోని హార్మోనిక్ ప్రతికూల శ్రేణి వోల్టేజ్ల యొక్క సుష్ట వ్యవస్థను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కాబట్టి నాన్-సైనూసోయిడల్ వోల్టేజ్ల యొక్క సమరూప వ్యవస్థ యొక్క ప్రతి k-హార్మోనిక్ ప్రత్యక్ష, రివర్స్ లేదా జీరో సీక్వెన్స్ యొక్క ఫేజ్ వోల్టేజ్ల యొక్క సుష్ట వ్యవస్థను కలిగిస్తుంది.
అయితే, ఆచరణలో, దశ నాన్-సైనోసోయిడల్ వోల్టేజీల వ్యవస్థ అసమానమైనదిగా మారుతుంది. కాబట్టి, మూడు-దశల ట్రాన్స్ఫార్మర్ల మాగ్నెటిక్ కోర్లు మధ్య మరియు చివరి దశల కోసం అయస్కాంత మార్గాల పొడవులు 1.9 కారకంతో విభిన్నంగా ఉంటాయి కాబట్టి అవి నాన్ లీనియర్ మరియు అసమానమైనవి. ఫలితంగా, మధ్య దశ యొక్క అయస్కాంతీకరణ ప్రవాహాల ప్రభావవంతమైన విలువలు చివరి దశల కోసం అయస్కాంతీకరణ ప్రవాహాల విలువల కంటే 1.3 - 1.55 రెట్లు చిన్నవి.
ప్రతి k -హార్మోనిక్ దశ వోల్టేజీల యొక్క అసమాన వ్యవస్థను ఏర్పరుచుకున్నప్పుడు అసమాన హార్మోనిక్లు సుష్ట భాగాలుగా కుళ్ళిపోతాయి మరియు సాధారణంగా మూడు శ్రేణుల భాగాలను కలిగి ఉంటాయి-సున్నా, ఫార్వర్డ్ మరియు రివర్స్.
వివిక్త న్యూట్రల్తో కూడిన మూడు-దశల నెట్వర్క్లు ప్రతి దశలోనూ జీరో-సీక్వెన్స్ భాగాలు లేకపోవడం ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి, భూమి లోపాలు లేవు. ఫలితంగా, దశ ప్రవాహాలలో మూడు హార్మోనిక్స్ యొక్క గుణిజాలు లేవు, కానీ రివర్స్ మరియు పాజిటివ్ సీక్వెన్స్ భాగాలను కలిగి ఉన్న ఇతర హార్మోనిక్స్ ఉన్నాయి.
పవర్ రెక్టిఫైయర్లు, ఒక నియమం వలె, DC వైపు పెద్ద ఇండక్టెన్స్లు ఉన్నాయి, ఇవి DC మెషిన్ వైండింగ్లు మరియు స్మూత్టింగ్ రియాక్టర్లు.ఈ ఇండక్టెన్స్లు ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ సైడ్ యొక్క సమానమైన ఇండక్టెన్స్ కంటే చాలా రెట్లు ఎక్కువ, కాబట్టి ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ నెట్వర్క్కు సంబంధించి ఇటువంటి రెక్టిఫైయర్లు అధిక హార్మోనిక్ కరెంట్ యొక్క మూలాలుగా ప్రవర్తిస్తాయి. హార్మోనిక్ ఫ్రీక్వెన్సీతో నెట్వర్క్కు దర్శకత్వం వహించిన కరెంట్ సరఫరా నెట్వర్క్ యొక్క పారామితులపై ఆధారపడని విలువను కలిగి ఉంటుంది.
మూడు-దశల ఎలక్ట్రికల్ నెట్వర్క్ల కోసం, అటువంటి కన్వర్టర్ల వలె 6 కవాటాల కోసం మూడు-దశల పూర్తి-వేవ్ రెక్టిఫైయర్లను ఉపయోగించడం లక్షణం, వాటి నుండి వాటిని ఆరు-పల్స్ లేదా ఆరు-దశ అని పిలుస్తారు. ఈ సందర్భంలో ప్రతి దశకు ప్రస్తుత వక్రరేఖ సమీకరణం ద్వారా వివరించబడుతుంది (ఒక దశ A యొక్క ప్రస్తుత కోసం):
ఫేజ్ కరెంట్లు మూడు గుణకాలు లేని బేసి హార్మోనిక్స్ను మాత్రమే కలిగి ఉన్నాయని చూడవచ్చు మరియు ఈ హార్మోనిక్స్ సంకేతాలు ప్రత్యామ్నాయంగా ఉంటాయి: 6k + 1వ ఆర్డర్ యొక్క సానుకూల హార్మోనిక్స్ మరియు 6k-1వ క్రమం యొక్క ప్రతికూల హార్మోనిక్స్.
పన్నెండు-దశల రెక్టిఫైయర్ని ఉపయోగించినట్లయితే, ఒక జత ఆరు-దశల రెక్టిఫైయర్ల జత మూడు-దశల ట్రాన్స్ఫార్మర్లకు కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు (సెకండరీ వోల్టేజ్లు pi / 6 ద్వారా దశ-మార్పు చేయబడతాయి), అప్పుడు 12k + 1 మరియు 12k- యొక్క హార్మోనిక్స్ 1-ఆర్డర్లు వరుసగా కనిపిస్తాయి.
రెక్టిఫైయర్లను ఉపయోగించే ముందు, ఎలక్ట్రికల్ నెట్వర్క్లలో అధిక హార్మోనిక్స్కు ట్రాన్స్ఫార్మర్లు మరియు వివిధ ఎలక్ట్రికల్ మెషీన్లు మాత్రమే ప్రధాన వనరుగా ఉన్నాయి. కానీ నేటికీ ట్రాన్స్ఫార్మర్లు ఎలక్ట్రికల్ నెట్వర్క్ల యొక్క అత్యంత సాధారణ అంశాలు.
ట్రాన్స్ఫార్మర్లు అధిక హార్మోనిక్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి కారణం మాగ్నెటిక్ సర్క్యూట్ల యొక్క నాన్-లీనియర్ మాగ్నెటైజేషన్ కర్వ్ మరియు స్థిరమైన ఉనికి. హిస్టెరిసిస్ ఉచ్చులు… ఒక నాన్-లీనియర్ మాగ్నెటైజింగ్ కర్వ్ మరియు హిస్టెరిసిస్ లూప్ అసలైన సైనూసోయిడల్ నో-లోడ్ మాగ్నెటైజింగ్ కరెంట్ యొక్క వక్రీకరణలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు ఫలితంగా ట్రాన్స్ఫార్మర్ గ్రిడ్ నుండి తీసుకునే కరెంట్లో అధిక హార్మోనిక్స్ ఉంటుంది.
110 kV తరగతి యొక్క ట్రాన్స్ఫార్మర్లు 1% కంటే ఎక్కువ నో-లోడ్ కరెంట్, మరియు 6-10 kV తరగతి యొక్క ట్రాన్స్ఫార్మర్లు - 2-3% కంటే ఎక్కువ కాదు. ఇవి చిన్న ప్రవాహాలు మరియు మాగ్నెటిక్ సర్క్యూట్లో వాటి క్రియాశీల నష్టాలు చాలా తక్కువగా ఉంటాయి. ఇది ముఖ్యమైనది అయస్కాంతీకరణ వక్రరేఖ, హిస్టెరిసిస్ లూప్ కాదు.
మాగ్నెటైజేషన్ కర్వ్ సుష్టంగా ఉంటుంది మరియు ఫోరియర్ సిరీస్ విస్తరణలో హార్మోనిక్స్ కూడా లేవు. మాగ్నెటైజింగ్ కరెంట్ యొక్క వక్రీకరణ బేసి హార్మోనిక్స్ వల్ల సంభవిస్తుంది, వీటిలో మూడు గుణకాలు ఉంటాయి. మూడవ హార్మోనిక్ ప్రత్యేకంగా ఉచ్ఛరిస్తారు, అయితే ఐదవ మరియు ఏడవ హార్మోనిక్స్ కూడా చాలా ముఖ్యమైనవి.
EMF హార్మోనిక్స్ మరియు ప్రస్తుత హార్మోనిక్స్ కూడా మోటారుల లక్షణం, సమకాలిక మరియు అసమకాలిక రెండూ… ఈ హార్మోనిక్స్లు ట్రాన్స్ఫార్మర్ల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే కరెంట్ హార్మోనిక్స్ వలె అదే దృగ్విషయాల వల్ల ఏర్పడతాయి-స్టేటర్ మరియు రోటర్ తయారు చేయబడిన పదార్థాల యొక్క అయస్కాంతీకరణ వక్రరేఖ యొక్క నాన్-లీనియారిటీ.
ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ల యొక్క ప్రస్తుత హార్మోనిక్స్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ స్పెక్ట్రం, ట్రాన్స్ఫార్మర్ల మాదిరిగానే, బేసి హార్మోనిక్స్ను కలిగి ఉంటుంది, వీటిలో స్పష్టంగా మూడు గుణకాలు ఉంటాయి. ఇక్కడ అత్యంత ముఖ్యమైనవి 3వ, 5వ మరియు 7వ హార్మోనిక్స్.
ట్రాన్స్ఫార్మర్ల విషయంలో మాదిరిగానే, కఠినమైన గణనలు 3వ, 5వ మరియు 7వ హార్మోనిక్ల కరెంట్ల శాతాన్ని మూడవ హార్మోనిక్కి 40%, ఐదవ హార్మోనిక్కి 30% మరియు ఏడవ హార్మోనిక్కి 20% (శాతం నిష్క్రియ కరెంట్).