Non-linear load และแหล่งกำเนิดปัญหาฮาร์มอนิก

หลายท่านที่กำลังสนใจด้านคุณภาพไฟฟ้าคงต้องเคยได้ยินคำนี้ ท่านที่เข้าใจเรื่องนี้แล้วอาจข้ามหัวข้อนี้ไปได้เลย แต่สำหรับท่านที่เพิ่งเริ่มหาข้อมูล หัวข้อนี้จะให้ข้อมูลของจุดเริ่มต้นด้านปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่เราสนใจกันครับ

ก่อนหน้าที่เราจะมีการประดิษฐ์หลอดสุญญากาศและอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ปัญหาคุณภาพไฟฟ้าแทบจะไม่มีในระบบไฟฟ้าเลยเนื่องจากอุปกรณ์ไฟฟ้าในยุคนั้นมีเพียงหลอดไส้ มอเตอร์ คาปาซิเตอร์ เป็นต้น หรือเรียกว่าในระบบไฟฟ้ามีเพียงอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติเทียบได้กับ R, L และ C โดยอาจจะเป็นอุปกรณ์เดี่ยวๆ หรือมีการต่อขนาน อนุกรมอย่างไรก็แล้วแต่เหล่านี้มีคุณสมบัติลิเนียร์ หรือเป็นเชิงเส้นครับ (Linear load) โดยคุณสมบัติความเป็นเชิงเส้นนี้ถ้าอธิบายทางคณิตศาสตร์จะกล่าวได้ว่าความสัมพันธ์ของแรงดันและกระแสไฟฟ้าไม่ว่าไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่เป็นเชิงเส้นนี้จะเป็นไปตาม สมการเชิงเส้น (Linear equation)

รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างของ Linear load ที่ไม่สร้างปัญหาฮาร์มอนิกและรูปที่ 2 แสดงตัวอย่างรูปคลื่นแรงดัน กระแส และส่วนประกอบฮาร์มอนิกของ Linear load โดยจะสังเกตได้ว่าเมื่อเราป้อนแรงดันรูปคลื่นไซน์ให้กับโหลดชนิดนี้กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเป็นรูปคลื่นไซน์โดยไม่ผิดเพี้ยนด้วย และส่วนประกอบฮาร์มอนิกของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะมีเพียงอันดับที่ 1 เพียงอันดับเดียวโดยอาจมีอันดับอื่นประกอบด้วยและเกิดขึ้นในปริมาณที่น้อยมากๆ

รูปที่ 3 และ 4 ตัวอย่าง Non-linear load ชนิด 1 เฟสที่มีใช้กันมากในปัจุบัน โดยรูปด้านขวามือแสดงรูปคลื่นกระแสไฟฟ้าที่โหลดเหล่านี้ใช้ในการทำงาน จะสังเกตได้ว่าด้านบนจะเป็นรูปคลื่นกระแสไฟฟ้าที่มีความเพี้ยนจากรูปคลื่นไซน์เป็นอันมากและจากการวิเคราะห์ส่วนประกอบฮาร์มอนิกของกระแสไฟฟ้าดังกล่าว จะพบว่าจะมีส่วนประกอบฮาร์มอนิกในอันดับคี่แทบทุกอันดับ (1, 3 , 5, 7,….) ข้อสังเกตความแตกต่างที่เห็นได้ชัดสำหรับ Non-linear load ชนิด 1 เฟสที่ต่างจาก Non-linear load ชนิด 3 เฟสก็คือ Non-linear load ชนิด 1 เฟสจะมีฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 ปรากฏอย่างชัดเจน ซึ่งฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 นี้จะสร้างปัญหากระแสนิวตรอลสูงผิดปกติ (หาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากหัวข้อ กระแสนิวตรอลสูงมาก ทั้งที่จัดสมดุลโหลดดีแล้ว เกี่ยวข้องกับปัญหาฮาร์มอนิกอย่างไร)

รูปที่ 5 แสดงวงจรพื้นฐานภายในอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์และด้านขวาแสดงรูปคลื่นกระแสฮาร์มอนิกและสเป็คตรัมแสดงส่วนประกอบฮาร์มอนิกอันดับต่างๆ จะเห็นได้ว่าสำหรับ Non-linear load ชนิด 3 เฟสนี้ จะมีส่วนประกอบฮาร์มอนิกอันดับที่ 3 น้อยมากซึ่งต่างจาก Non-linear load ชนิด 1 เฟส ดังที่กล่าวไปแล้ว ส่วนรูปที่ 6 แสดงตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานโหลดชนิดนี้ในอาคาร งานอุตสาหกรรม และการอนุรักษ์พลังงานที่แพร่หลายในปัจจุบัน นอกจากนั้นอุปกรณ์ระบบคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ก็เป็นอีกสาเหตุที่สำคัญของการกำเนิดปัญหาฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าดังแสดงในรูปที่ 7

บทความโดย บริษัท เพาเวอร์ ควอลิตี้ ทีม จำกัด

สงวนลิขสิทธิ์ ห้ามทำซ้ำ คัดลอก หรือนำไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษรจากบริษัท ฯ