ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกคืออะไร: ประเภทและสาเหตุ

เมื่อเราใช้สัญญาณอินพุตในรูปแบบของไซน์ (หรือรูปแบบของสัญญาณใด ๆ ) กับสัญญาณใด ๆ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นเอาต์พุตควรเป็นสัญญาณประเภทเดียวกัน หมายความว่าเอาต์พุตจะต้องมีรูปแบบเดียวกันของสัญญาณคือรูปซายน์ หากในกรณีนี้เอาต์พุตไม่ใช่แบบจำลองเดียวกันของสัญญาณอินพุตหรือหากเอาต์พุตไม่เท่ากับสัญญาณอินพุตความแตกต่างจะเรียกว่าการบิดเบือน เนื่องจากความผิดเพี้ยนเหล่านี้เอาต์พุตจึงไม่เท่ากับอินพุต ความเพี้ยนของฮาร์มอนิกสามารถกำหนดได้โดยใช้ตัวอย่างนี้ เมื่อสัญญาณอินพุต 5V ถูกนำไปใช้กับวงจรสัญญาณเอาต์พุตจะมีแรงดันไฟฟ้าเพียง 2V เท่านั้น บ่งชี้ว่าสัญญาณสูญเสียแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากความผิดเพี้ยน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นใน เครื่องขยายเสียง , เพาเวอร์แอมป์และเทคนิคการมอดูเลตเป็นต้นมีเทคนิคต่างๆเพื่อลดความผิดเพี้ยนนี้และมีวิธีการและสูตรเพียงไม่กี่สูตรในการคำนวณระดับความผิดเพี้ยน บทความนี้จะกล่าวถึงความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกความหมายการวิเคราะห์สาเหตุ ฯลฯ

Harmonic Distortion คืออะไร?

เราสามารถเข้าใจคำว่าฮาร์มอนิกเช่นจำนวนเต็มซึ่งคูณความถี่พื้นฐานเรียกว่า 'ฮาร์โมนิกส์' ในที่นี้ฮาร์มอนิกเป็นสัญญาณประเภทหนึ่งที่มีความถี่เป็นตัวคูณของสัญญาณอ้างอิง ในอีกวิธีหนึ่งสามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนระหว่างความถี่ของสัญญาณและความถี่ของสัญญาณอ้างอิง ตัวอย่างเช่น X เป็นสัญญาณ AC อินพุตซึ่งมีความถี่ f Hz

สัญญาณฮาร์มอนิกบิดเบือนอินพุต

เมื่อสัญญาณ X แสดงขึ้น CRO จากนั้นสัญญาณ X จะปรากฏขึ้นเพื่อทำซ้ำทุก ๆ f Hz ที่นี่สัญญาณ X เป็นสัญญาณอ้างอิงและสัญญาณที่แสดงบน CRO มีความถี่เช่น 2f, 3f, 4f และอื่น ๆ ในทางทฤษฎีสัญญาณจะมีฮาร์มอนิกที่ไม่มีที่สิ้นสุด ด้านล่างสองตัวเลขระบุสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตที่ผิดเพี้ยนเมื่ออินพุตถูกนำไปใช้กับวงจรใด ๆ

สัญญาณฮาร์มอนิกบิดเบือน - เอาท์พุทเพี้ยน

หากสัญญาณมีช่วงเวลาที่เท่ากันของรอบบวกและรอบลบสัญญาณดังกล่าวเรียกว่าสัญญาณสมมาตรและฮาร์มอนิกคี่อาจปรากฏขึ้น (คูณ 3, 5 ฯลฯ ของความถี่พื้นฐาน) หากสัญญาณไม่มีช่วงเวลาที่เท่ากันของรอบบวกและรอบลบสัญญาณดังกล่าวจะเรียกว่าสัญญาณอสมมาตรและแม้แต่ฮาร์มอนิกอาจปรากฏขึ้น (คูณ 2, 4 ฯลฯ ของความถี่พื้นฐาน) และ DC ส่วนประกอบ ยังอาจปรากฏในสัญญาณอสมมาตร

ในรูปด้านบนเราสามารถสังเกตเห็นความถี่สัญญาณพื้นฐานเป็น 100Hz และฮาร์มอนิกจะมีอยู่ที่ความถี่ต่างกันสำหรับความถี่สัญญาณอ้างอิงเช่น 100 Hz

การบิดเบือนฮาร์มอนิกในสัญญาณ

หากสัญญาณมีความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกในขณะที่มีส่วนประกอบของความถี่ฮาร์มอนิกอยู่เพื่อหาเปอร์เซ็นต์ของการบิดเบือนเหล่านี้ที่ระดับฮาร์มอนิกเฉพาะคือ

% nth ความเพี้ยนของฮาร์มอนิก = [Pn] / [P1} * 100

[Pn] = แอมพลิจูดของส่วนประกอบความถี่ที่ n

[P1] = แอมพลิจูดของความถี่สัญญาณพื้นฐาน

การบิดเบือนอาจเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ส่วนประกอบเหล่านี้อาจแสดงลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งส่งผลให้เกิดความผิดเพี้ยนในสัญญาณ การบิดเบือนฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้ามีห้าประเภทที่แตกต่างกัน พวกเขาคือ

• การบิดเบือนความถี่
• ความผิดเพี้ยนของแอมพลิจูด
• การบิดเบือนเฟส
• Intermodulation บิดเบือน
• ข้ามความผิดเพี้ยน

การวิเคราะห์ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิก

การวิเคราะห์การบิดเบือนนี้เป็นการวิเคราะห์ที่มีลักษณะเฉพาะ ในประเภทนี้สัญญาณไซน์ความถี่เดียวจะถูกนำไปใช้กับวงจรและเอาท์พุทที่มีการบิดเบือนที่จะวัดและวิเคราะห์

เมื่อสัญญาณอินพุตถูกนำไปใช้กับวงจรเนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบความผิดเพี้ยนอาจเกิดขึ้นในสัญญาณเอาต์พุต ด้วยเหตุนี้สัญญาณอ้างอิงอาจปรากฏในเอาต์พุตที่จุดความถี่ต่างกัน หากเราวิเคราะห์ความผิดเพี้ยนด้วยเทคนิคการวัดความเพี้ยนทั้งหมดเราสามารถทราบค่าของความเพี้ยนรวม (THD) ความเพี้ยนรวมของฮาร์มอนิกบวกสัญญาณรบกวน (THDN) สัญญาณต่อเสียงรบกวนและความผิดเพี้ยน (SINAD) อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) และค่าฮาร์มอนิกที่ n ตามความถี่พื้นฐาน ด้วยวิธีการวัดความเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมดนี้เราสามารถทราบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกและกำลังอินพุตและเอาต์พุตได้

สาเหตุของการบิดเบือนฮาร์มอนิก

สาเหตุหลักของการบิดเบือนฮาร์มอนิกคือโหลดแบบไม่เชิงเส้นและลักษณะไม่เชิงเส้นของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โหลดแบบไม่เชิงเส้นจะเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ด้วยแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ใช้ สิ่งนี้นำไปสู่การบิดเบือนจะพัฒนาในสัญญาณเอาต์พุต และส่วนประกอบที่ใช้ในวงจรยังแสดงลักษณะไม่เชิงเส้น สิ่งนี้ยังนำไปสู่การพัฒนาฮาร์มอนิกในเอาต์พุต เนื่องจากวงจรความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกได้รับความร้อนและเอาต์พุตไม่เท่ากับอินพุต ผลกระทบนี้เป็นอันตรายต่อวงจรใด ๆ

เครื่องวิเคราะห์ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิก

การค้นหาปัจจัยการบิดเบือนฮาร์มอนิกเป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับวงจรใด ๆ เราสามารถวิเคราะห์ความผิดเพี้ยนเหล่านี้ได้ด้วยค่านี้ การบิดเบือนฮาร์มอนิกรวม (THD) เป็นเทคนิคที่มีประโยชน์ที่สุดในการค้นหาความเพี้ยนรวมของสัญญาณปัจจุบันและความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมดสำหรับสัญญาณแรงดันไฟฟ้า

THD สามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนระหว่างค่า RMS ของสัญญาณฮาร์มอนิกทั้งหมดต่อค่า RMS ของความถี่สัญญาณพื้นฐาน

THD ปัจจุบัน - ตามข้อความข้างต้นความผิดเพี้ยนทั้งหมดสำหรับกระแสถูกระบุโดย THDi

ปัจจุบัน -THDi

ในที่นี้คือกระแส RMS สำหรับสัญญาณฮาร์มอนิกที่ n และ I1 คือค่า RMS ของสัญญาณพื้นฐาน

แรงดันไฟฟ้า THD - เช่นเดียวกับ THDi การบิดเบือนฮาร์มอนิกทั้งหมดของแรงดันไฟฟ้าแสดงโดย THDv

แรงดันไฟฟ้า -THDv

ที่นี่ Vn คือแรงดันไฟฟ้าของฮาร์มอนิกที่ n และ V1 คือแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณพื้นฐาน การบิดเบือนฮาร์มอนิกรวม (THD) ยังวิเคราะห์พฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้นของระบบด้วยการแปลงฟูริเยร์อย่างรวดเร็ว (FFT)

ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมด เสียงรบกวนมากขึ้น (THDN) ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของค่า RMS ของสัญญาณพื้นฐานต่อค่า RMS ของฮาร์มอนิกพร้อมกับส่วนประกอบสัญญาณรบกวน

ดังนั้นทั้งหมดนี้จึงเกี่ยวกับฮาร์มอนิก การบิดเบือน . จากข้อมูลข้างต้นในที่สุดเราสามารถสรุปได้ว่านี่เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในระบบเนื่องจากสามารถละเมิดสัญญาณเอาต์พุตได้ และสิ่งนี้สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยปัจจัย THD และสามารถลดลงได้ด้วยเทคนิคและอุปกรณ์ที่มีอยู่ในตลาด นี่คือคำถามสำหรับคุณการประยุกต์ใช้การบิดเบือนฮาร์มอนิกคืออะไร?