총 고조파 왜곡(THD)의 이해

총 고조파 왜곡(THD- Total harmonic distortion)은 신호의 고조파로 인한 전압 또는 전류 왜곡의 정도를 보여줍니다. 정현파 전압이 인덕터, 커패시터 및 저항기와 같은 선형 장치에 적용되는 경우 이러한 장치에서 끌어오는 전류는 정현파 전압의 변동에 따라 달라집니다. 이 경우 전압 및 전류 파형 모두 공급 네트워크에 고조파를 도입하지 않습니다.

 

정현파 전압이 비선형 반도체 장치에 인가되는 경우 이러한 장치를 통해 흐르는 전류는 적용된 정현파 전압에 따라 변하지 않습니다. 왜곡된 전류 파형은 시스템에 고조파를 도입합니다. 전류 왜곡은 인가 전압도 왜곡되면 더욱 악화됩니다.

 

 

고조파에 의해 발생하는 전압 및 전류 파형의 왜곡을 고조파 왜곡이라고 합니다. 따라서 고조파는 공급 시스템을 오염시키고 전기 공급 네트워크의 효율성을 감소시킵니다.

 

 

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푸리에 시리즈에 따르면 왜곡된 비정현파 파형은 다음과 같은 구성 요소로 분해될 수 있습니다.

1. 기본 주파수(Fundamental frequency)를 정현파 성분으로 표현
2. 기본 주파수 성분의 적분 배수
3. DC 구성 요소

 

 

 

 

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기본 주파수가 50C/s라고 가정하면 고조파 주파수는 100,150,200,250,300... Hz 등 기본 주파수의 짝수 배수 100,200,300... Hz 등은 짝수 고조파로 알려져 있으며, 기본 주파수 150,250,350의 홀수 배수는 ... Hz 등은 홀수 고조파로 알려져 있습니다.

 

 

x축을 중심으로 대칭인 왜곡된 파형에는 홀수 고조파만 포함되어 있습니다.

 

고조파는 공급 네트워크에 수많은 문제를 일으키고 전기 장비 상태에도 해롭기 때문에 고조파 측정 및 완화는 전력 시스템 효율성을 유지하기 위해 필수적입니다.

 

 

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총 고조파 왜곡은 전원 공급 시스템에 존재하는 고조파의 정도를 결정하기 위해 측정됩니다. 신호 m의 경우, 총 고조파 왜곡은 다음 방정식으로 정의됩니다.

 

 

 

전류와 전압의 총 고조파 왜곡은 THDv 및 THDi로 측정됩니다. 선형 장치에 의해 소비되지 않는 고조파 전류는 전압 왜곡을 일으키고 왜곡된 전압은 다시 전류 왜곡을 일으킵니다. 따라서 전기 오염을 피하기 위해 고조파 전류를 완화하는 것이 필수적입니다.

 

 

 

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* 전류 및 전압 총 고조파 왜곡 (THD)

1) 전압의 총 고조파 왜곡(THDv)

전압의 총 고조파 왜곡(THDv)은 기본 주파수의 RMS 전압에 대한 모든 고조파 전압의 제곱근 평균 제곱근의 합 비율로 정의됩니다. 백분율로 표시된 전압의 총 고조파 왜곡 방정식은 다음과 같습니다.

 

 

 

전압의 총 고조파 왜곡의 일반화 방정식은 다음과 같습니다.

 

 

 

왜곡된 전압 파형의 총 RMS 값을 알고 있는 경우, 전압의 총 고조파 왜곡은 다음 방정식에 의해 계산될 수 있다.

 

 

 

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2) 전류의 총 고조파 왜곡(THDi)

THDi(Total Harmonic Distortion of Current)는 기본 주파수의 RMS 전류에 대한 모든 고조파 전류의 제곱근 평균 제곱근의 합 비율로 정의됩니다. 백분율로 표시된 전류의 총 고조파 왜곡 방정식은 다음과 같습니다.

 

 

 

전류의 총 고조파 왜곡의 일반화 방정식은 다음과 같습니다.

 

 

 

왜곡된 전류 파형의 총 RMS 값을 알고 있는 경우 전류의 총 고조파 왜곡은 다음 방정식에 의해 계산될 수 있습니다.