高調波緩和変圧器: 電力品質を向上させる方法

配電システムでは、非線形負荷により歪んだ高調波が発生しやすくなります。これらの高調波は、機器の過熱、エネルギー損失の増加、機器の寿命の短縮、さらにはダウンタイムの増加など、さまざまな問題を引き起こす可能性があります。

高調波緩和変圧器は、この問題に対する最良の解決策です。負荷のサイズに関係なく、受動部品の有害な高調波を抑制し、効率、エネルギー節約、信頼性を向上させます。

目次：

1. 高調波とは何ですか?

2. 高調波の原因は何ですか?

3. 高調波は変圧器にどのような影響を与えますか?

4. 最新の電源システムではどのような高調波歪みが発生しますか?

5. 高調波緩和変圧器とは何ですか?

6. 高調波緩和トランスは高調波にどのような影響を及ぼしますか?

7. 高調波緩和トランスが必要なデバイスはどれですか?

8. 高調波緩和変圧器はどのような電気問題を解決できますか?

9.高調波緩和変圧器はどの程度K-定格の変圧器よりも優れていますか?

9.高調波緩和変圧器はどの程度K-定格の変圧器よりも優れていますか?

10. 高調波緩和変圧器はどのように機能しますか?

11.高調波緩和変圧器の種類は何ですか?

12. 高調波緩和変圧器は電力品質の向上にどのように役立ちますか?

13. 電力品質管理の今後の動向

1. 高調波とは何ですか?

高調波とは何か-ソース: pqcomponents

電力システムでは、電気信号は通常、照明、モーターの駆動、印刷、コンピューター プログラムの実行など、さまざまな電気機器がその機能を実行するのを支援するために正弦波です。

一般に、60 Hz システムでは、通常の電流波形は 1 秒間に 60 回上下に変動します。ただし、負荷によって生成される高調波周波数はさらに高くなります。 3 番目の高調波の周波数は 180 Hz、5 番目の高調波の周波数は 300 Hz で、それぞれ 1 秒あたり 180 回と 300 回の周波数で循環する高調波を表します。-。

2. 高調波の原因は何ですか?

高調波の原因を理解するには、システム内の線形負荷と非線形負荷を理解する必要があります。どちらも、電力システム内の機器が電力を消費する方法です。具体的には：

線形荷重

線形負荷-のソース: 電力品質

線形負荷の電力消費は一般に正弦波形に似ています。線形負荷には通常、モーターや白熱電球が含まれます。

非線形荷重

非線形負荷-ソース: actionpowertest

非線形負荷によって生成される交流波形は、正弦波形に準拠しません。電力消費中に高調波が発生します。これらの高調波は一般に、周波数変換器、整流器、その他の最新の電子機器などのデバイスによって生成され、電圧や電流の歪みを容易に引き起こします。

高調波の一般的な発生源には次のものがあります。

一般的な高調波発生源-: メガワット

可変周波数ドライブ (VFD)、無停電電源装置 (UPS)、サーバー ラック、LED 照明、電気自動車の充電器、およびスイッチング電源。

3. 高調波は変圧器にどのような影響を与えますか?

高調波は変圧器にどのような影響を与えるか-出典: grwinding

変圧器の動作中、非線形負荷からの高調波により巻線損失と鉄損が容易に増加し、過熱や電力損失が発生する可能性があります。具体的には：

抵抗と熱の増加

トランスは巻線とコアで構成されます。動作中、高調波は導体の外縁に向かって移動して蓄積し、密集したコイル内の熱の蓄積を悪化させ、その結果、トランスの抵抗と熱が増加します。

鉄損の増加

交流の方向が変わると、コア内の励磁電流の極性が高周波高調波の影響で変化します。-励磁電流変化の周波数が高くなるほど、コアの熱損失が大きくなるため、ヒステリシス損失と呼ばれます。

温度上昇

高調波は機器内に渦電流（微小な回転電流）を誘発し、トランスの熱損失をさらに悪化させ、機器の温度を上昇させます。

電流容量の減少

3 次、9 次、および 15 次高調波は中性線の過熱を引き起こし、絶縁不良を引き起こし、最終的には電流容量を低下させる可能性があります。

4. 最新の電源システムではどのような高調波歪みが発生しますか?

一般に、非線形負荷は基本周波数 (60 Hz) の整数倍の高調波を生成するため、変圧器の動作に影響を与えます。これらには次のものが含まれます。

トリプルハーモニクス

三重高調波-ソース: 電気工学-

3次高調波には、周波数がそれぞれ180 Hz、540 Hz、900 Hzの3次、9次、および15次高調波が含まれます。これらの有害な高調波は中性線に重畳し、中性線電流の増加を引き起こします。

第 5 および第 7 高調波

第 5 次高調波と第 7 次高調波-出典: Norwall

5 次高調波と 7 次高調波の周波数は、それぞれ 300 Hz と 420 Hz です。これらの有害な高調波は漂遊磁束を増加させ、さらなる渦電流加熱を引き起こします。

5. 高調波緩和変圧器とは何ですか?

高調波緩和変圧器とは-出典: LTEC

高調波緩和変圧器は乾式変圧器の一種です。{0}}特殊な巻線構造、位相シフト、零相インピーダンス制御により高調波電流を排除します。-

高調波を吸収するパッシブ フィルタや、高調波のみに耐えられる K{0}} 定格の変圧器とは異なり、変圧器巻線内のベクトルと位相の関係を利用して、重畳された高調波電流が上流システムに流れ込むのを防ぎ、高調波歪みを低減します。

6. 高調波緩和トランスは高調波にどのような影響を及ぼしますか?

高調波を緩和する変圧器の高調波への影響-出典: maddox

高調波緩和変圧器を利用することにより、システム内の非線形負荷によって生成される高調波が低減され、除去されます。その利点は次のとおりです。

• 発熱を低減し、変圧器の定格容量を最大限に活用します。
• システムの過熱や過度の高温を防止します。

その利点は次のとおりです。

7. 高調波緩和トランスが必要なデバイスはどれですか?

高調波緩和変圧器が必要なデバイスはどれですか-出典: hammondpowersolutions

一般に、サーバー、UPS システム、LED 照明、コンピュータ、周波数コンバータなどの電力システムにおける非線形負荷の増加は、高調波歪みを容易に生成し、変圧器の発熱の増加、効率の低下、エネルギー消費の増加につながります。

したがって、このような線形負荷を持つ電力システムでは、システム内の高調波を低減および除去するために、高調波緩和変圧器の構成が必要です。

8. 高調波緩和変圧器はどのような電気問題を解決できますか?

システム内の高調波を低減または排除するだけでなく、次のことも解決できます。

• 中性線またはフィーダーの過熱。
• 上流の電圧歪みが限界に近づいています。
• 単相電子負荷優位性。-

上記の問題が発生した場合、高調波緩和変圧器ソリューションを提供する前に、負荷分散、位相バランス、接地方法、変圧器の接続、システム内の他の高調波抑制装置などのさまざまな要素を十分に考慮して、適切な解決策を確保する必要があります。

9.高調波緩和変圧器はどの程度K-定格の変圧器よりも優れていますか?

高調波緩和変圧器 VS K-定格変圧器:

10. 高調波緩和変圧器はどのように機能しますか?

高調波緩和変圧器の動作特性は主に、巻線の形状、コアの設計、および設計された位相シフトによって決まります。これらには次のものが含まれます。

三重高調波抑制

三重高調波抑制-ソース:capacitorconnect

三次高調波抑制方式の設計では、高調波緩和変圧器は主にジグザグ、デルタ ジグザグ、または特殊な二重二次巻線構成を利用します。-これは、電流の方向を変更して 3 次高調波を打ち消すことで実現されます。

5次および7次高調波のキャンセル

第 5 および第 7 高調波のキャンセル-出典:physicsforums

5 次と 7 次の高調波電流間の 180 度の位相差と、高調波緩和トランスの異なる 2 次出力位相により、5 次と 7 次の高調波のキャンセルが可能です。

高調波緩和変圧器の主な設計原則は次のとおりです。

• 最適化されたコア形状
• ゼロシーケンス インピーダンスの低減-
• 特別な巻線配置
• 制御可能な磁束経路

11.高調波緩和変圧器の種類は何ですか?

高調波緩和変圧器のタイプは主に設置環境によって決まり、次のものが含まれます。

三倍高調波キャンセリングタイプ - HMT

このタイプの変圧器は、主に 3 次高調波 (3 次、9 次、15 次高調波) によって引き起こされる電圧歪みの問題に対処しており、オフィスや IT データセンターなど、主に単相電子負荷を使用する環境に適しています。-

位相-シフト/マルチ-パルス HMT

位相-シフト/マルチ-パルス HMT-出典: ytelect

このタイプの変圧器は、主に 5 次および 7 次高調波によって引き起こされる問題に対処します。 2次出力間に一定の位相差を設定することで、5次高調波と7次高調波が自然に打ち消されます。

12. 高調波緩和変圧器は電力品質の向上にどのように役立ちますか?

高調波緩和変圧器は、次の方法で電力品質を向上させます。

中性電流の低減

中性電流-の供給元: zddqelectric

動作中、高調波緩和変圧器は中性線の加熱を大幅に低減し、それによって中性電流が減少します。

変圧器の発熱を軽減する

変圧器加熱-出典: maddox

高調波緩和変圧器は、高調波によって引き起こされる漂遊損失と渦電流損失を低減するため、機器の動作温度が低下し、変圧器の発熱が軽減されます。

上流の電力品質の向上

上流の電力品質-の供給元: サーキット

システム内の敏感な機器の場合、高調波緩和変圧器が高調波電流によって引き起こされる電圧歪みを低減および除去し、システムが PCC (Point of Common Coupling) に適切に接続できるようにします。

システムの利用可能な容量の増加

システム内の高調波を低減および除去することにより、高調波緩和変圧器はより多くの容量を解放し、他の負荷の接続を容易にします。

機器の寿命を延ばす

HMT は、システム内の高調波を排除し、機器の温度を下げることにより、機器の寿命を延ばします。

13. 電力品質管理の今後の動向

HMT (高調波緩和技術) の成長傾向に伴い、将来の電力品質管理は次の側面で徐々に発展すると予測されています。

インテリジェント監視システム

インテリジェント モニタリング システム-出典: electricind

システム高調波はインテリジェント監視システムによって監視および同期され、その後の調整と改善が容易になります。

AI- ベースの予知メンテナンス

AI-ベースの予測メンテナンス-による供給: 無限の稼働時間-

運用テストを通じて、人工知能を使用してシステムの電力品質と故障率を予測し、将来のメンテナンスを容易にすることができます。

再生可能エネルギー統合システム

再生可能エネルギー統合システム-出典: pnnl

将来の傾向は、より効率的で信頼性の高い再生可能エネルギー統合システムに向かうでしょう。

結論：

最新の電気システムにおける高調波の増大する課題に対処するため、HMT は受動的でありながら効果的なソリューションです。システムの高調波を低減し、全体的な電力品質を向上させることで、システムにとって長期的に信頼できる主力製品となります。-詳細な技術仕様を入手したり、特定のアプリケーション向けのカスタム エンジニアリング ソリューションについて話し合ったりするには、当社のエンジニアリング部門にお問い合わせください。