전기 시스템에서 하모닉이란 무엇이며, 그 원인은 무엇인가요?

전기 시스템에서 고조파는 주파수의 정수 배가 되는 성분을 말하며, 이는 푸리에 급수를 통해 주기적인 비정현파 교류량을 분해하여 얻은 기본 주파수보다 큰 성분을 의미하며, 일반적으로 고차 고조파라고 부릅니다.

고조파의 주요 원인은 다음과 같습니다:

• 비선형 부하의 존재: 이것은 고조파 발생의 주요 원인입니다. 예를 들어, 정류기, 인버터, 주파수 변환기 등의 전력 전자 장치에서는 내부의 반도체 기기가 작동 중에 전류 및 전압 파형을 왜곡시켜 고조파를 생성합니다. 정류기를 예로 들면, 이는 교류를 직류로 변환하는 과정에서 입력 전류가 비정현파 형태를 보이고 많은 수의 고조파 성분을 포함하게 됩니다. 또한, 아크로 가열로와 형광등 등도 일반적인 비선형 부하입니다. 아크로 가열로에서 철강 제조 과정에서 아크의 불안정성으로 인해 전류 변동이 발생하고 고조파가 생성됩니다. 형광등의 발전기 기능으로 인해 전류 파형이 왜곡되어 고조파가 생성됩니다.

• 변압기의 자극 전류: 변압기가 작동할 때, 그의 철심에서 자기 포화가 발생하여 자극 전류가 정현파가 아니게 되어 고조파가 생성됩니다. 특히, 변압기가 무부하 상태에서 또는 경부하 상태에서 작동할 때, 자극 전류의 고조파 성분이 더욱 두드러집니다.

• 전원 공급 시스템의 불균형: 삼상 전원 공급 시스템에서 각 상의 부하가 불균형일 때, 전류와 전압의 비대칭성이 발생하여 고조파가 생성됩니다. 예를 들어, 일부 산업 현장에서는 각 상에 연결된 설비가 다르기 때문에 삼상 부하 불균형 상황이 발생하여 전원 공급 시스템에 고조파가 나타날 수 있습니다.

고조파는 전기 장비에서 열 발생과 손실을 증가시키고, 장비의 정상 작동과 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 통신 시스템에 간섭을 일으키거나 전력 시스템에서 공진 등을 유발할 수 있습니다. 따라서 이를 처리하기 위한 적절한 조치가 필요합니다.