การปล่อยมลพิษแบบนำไฟฟ้า

การรบกวนทางไฟฟ้าเป็นผลกระทบต่อคุณภาพพลังงานที่เกิดขึ้นผ่านการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและแม่เหล็กการสลับทางอิเล็กทรอนิกส์ของ อุปกรณ์ เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของปัญหาความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ใน วิศวกรรมไฟฟ้าสิ่งเหล่านี้ส่งผลต่อความสามารถของอุปกรณ์ระบบที่เชื่อมต่อทั้งหมดในสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการจำกัดหรือลดการสร้าง การแพร่กระจาย และการรับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าตามเจตนาของอุปกรณ์เหล่านั้น

การปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจร ซึ่งส่วนใหญ่ก่อให้เกิดปัญหาในคุณภาพพลังงาน ที่ส่งมอบ เนื่องจากการรบกวนที่เกิดจากฮาร์โมนิกส์ที่เกิดขึ้นเนื่องจาก โหลด เชิงเส้นและไม่เชิงเส้นที่มีอยู่ในระบบไฟฟ้า^{[ 1 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการใช้งานแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคอื่น ๆ ที่เพิ่มมากขึ้น ^{[ 2 ]}เนื่องจากการรบกวนที่สะสมเหล่านี้^{[ 3 ]}คุณภาพพลังงานไฟฟ้าที่ส่งมอบจาก ระบบ ไฟฟ้าหลักจึงส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านซึ่งอาจรวมถึงการลดลงของความสว่างของหลอดไฟการกระพริบและการให้ความร้อนที่ไม่ดีของขดลวดเหนี่ยวนำในกาต้มน้ำ และองค์ประกอบความร้อนของเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน อื่นๆ ในการใช้งานประจำวัน

จากการพิจารณาผลกระทบของการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้า คุณภาพพลังงานไฟฟ้าจึงถูกจำแนกแยกกันในระบบไฟ AC ทั่วไป และ ระบบ ไฟ DCเนื่องจาก เทคโนโลยี ไฟฟ้ากระแสสลับได้รับการพัฒนาอย่างดี พารามิเตอร์และผลกระทบต่อคุณภาพพลังงานในไฟฟ้ากระแสสลับจึงได้รับการกำหนดไว้อย่างดี^{[ 4 ]}พารามิเตอร์สำหรับการวัดคุณภาพพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าความผิดเพี้ยนฮาร์มอนิกทั้งหมด (%THD) ซึ่งใช้วัดคุณภาพพลังงานของแหล่งจ่ายไฟสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ เนื่องจากการพัฒนาล่าสุดในเทคโนโลยีไฟฟ้ากระแสตรง การเชื่อมต่อระหว่างไฟ DC และ AC ทำให้เกิดปัญหาฮาร์มอนิกที่ไม่เคยพบมาก่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลกระทบต่อคุณภาพพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้ายังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก ยิ่งไปกว่านั้น การเชื่อมต่อระหว่างไฟ AC และ DC ยังก่อให้เกิด ปัญหา การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เพิ่มเติม ที่ไม่เคยทราบมาก่อน ตามมาตรฐาน EMC ปัจจุบัน การปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้าจะวัดตั้งแต่ 150 kHz และ 30 MHz อย่างไรก็ตาม ยังมีช่องว่างใน การวัด คุณภาพพลังงานไฟฟ้าจนถึง 2 kHz และการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้าในความถี่ต่ำจนถึง 150 kHz ช่วงความถี่ช่องว่างเรียกว่า ซูพราฮาร์โมนิกส์^{[ 5 ]}

นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าในด้านวิศวกรรมโทรคมนาคม การมีอยู่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในเครือข่าย ไฟฟ้ากระแสสลับจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยมี อุปกรณ์ สวิตช์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ มากขึ้น ซึ่งก่อให้เกิด ปัญหา การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า มากขึ้นเนื่องจากการปล่อยคลื่นใน สภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าระยะใกล้และระยะไกลระบบไฟฟ้ากำลังพัฒนาไปสู่ระบบที่ไม่เป็นเชิงเส้น มากขึ้น และปัญหาใหม่ๆ ในด้านคุณภาพพลังงานกำลังได้รับการแก้ไข

ในทางเทคนิคแล้ว การปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้าอาจอธิบายได้ว่าเป็นสัญญาณรบกวนในกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากเครื่องใช้ไฟฟ้า หรือความไวต่อสัญญาณรบกวนนั้น ความแตกต่างหลักระหว่างสัญญาณรบกวนและคลื่นรบกวนคือ สัญญาณรบกวนเกิดขึ้นในสัญญาณพลังงาน ที่มีจำกัด ในขณะที่คลื่นรบกวนเกิดขึ้นในสัญญาณกำลังที่มีจำกัด เนื่องจากสัญญาณรบกวนในวงจรการวัดจะถูกกรองออกโดยใช้ตัวกรอง คลื่นรบกวนจะต้องถูกกรองที่อุปกรณ์ที่กำลังทดสอบไม่ว่าจะเป็นไฟกระแสสลับหรือไฟกระแสตรง ขึ้นอยู่กับการใช้งานของอุปกรณ์ แหล่งกำเนิดคลื่นรบกวนอาจเกิดขึ้นจากแหล่งกำเนิดไปยังตัวรับ และผ่านวงจรที่มีการไหลของอิเล็กตรอนโดยปกติแล้วเครื่องใช้ไฟฟ้าจะต้องได้รับการทดสอบจากโรงงานตามมาตรฐานการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้า ดังที่ ระบุไว้ ในรายการมาตรฐานการทดสอบ EMC ทั่วไปนอกจากนี้ ผู้ผลิตแต่ละรายยังมีมาตรฐานที่แตกต่างกันไปตามความเหมาะสมที่สุดสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าและแผนการรับประกันของตน

การรบกวนทางไฟฟ้าในระบบจ่ายไฟฟ้าสามารถอธิบายได้ว่าเป็นความไม่เป็นเชิงเส้นหรือความเบี่ยงเบนที่สังเกตได้ในพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า ในกระแสสลับ (AC) จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในฮาร์โมนิกส์ในขณะที่ในกระแสตรง (DC) จะสังเกตเห็นความไม่เป็นเชิงเส้นในโดเมนเวลาและยอดความถี่ที่ไม่คาดคิดในโดเมนความถี่ ผลกระทบของการรบกวนทางไฟฟ้าต่อคุณภาพพลังงานในระบบไฟฟ้า กระแสสลับ ได้รับการกำหนดไว้อย่างดีในมาตรฐาน IECโดยเฉพาะอย่างยิ่งใน IEC Std 519–2014 นอกจากนี้ การรบกวนทางไฟฟ้าในกระแสตรงมาจากหลายแหล่ง รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น และอุปกรณ์สนามแม่เหล็กหมุนอื่นๆ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่มาจากการปฏิสัมพันธ์ในวงจร RLCและความถี่ในการสวิตช์เมื่อโหลดเช่นมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีสนามแม่เหล็กกระแสตรง การรบกวนทางไฟฟ้าจะไม่เป็นเชิงเส้นและยากต่อการคาดการณ์ นอกจากนี้ ผลกระทบของการรบกวนทางไฟฟ้าต่อคุณภาพพลังงานกระแสตรงยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้และกำลังอยู่ระหว่างการวิจัยอย่างกว้างขวาง

คุณภาพกระแสไฟฟ้าในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ได้รับการพัฒนาและกำหนดขึ้นอย่างดีด้วยข้อมูลเชิงประจักษ์ ที่รวบรวมมานานกว่าศตวรรษ มีพารามิเตอร์มากมายที่ใช้ในการกำหนดและคำนวณฮาร์ โมนิกส์และสัญญาณรบกวน สำหรับระบบไฟฟ้ากระแสตรง (DC ) การวิจัยเทคโนโลยี DC สำหรับการจ่ายพลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ถูกละทิ้งไปในช่วงทศวรรษ 1920 หลังจากที่มีการตัดสินใจว่าจะใช้ระบบไฟฟ้ากระแสสลับในระยะทางไกล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการพัฒนาล่าสุดในระบบเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาและการลดขั้นตอนการแปลงทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่าง AC และ DC นักวิจัยจึงกำลังพิจารณาใช้ DC ในการจ่ายพลังงานให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนที่ระดับ แรงดันต่ำและแรงดันต่ำมาก

เนื่องจาก เทคโนโลยี ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในโลกสมัยใหม่ พารามิเตอร์สำหรับการวัดการปล่อยคลื่นรบกวนจึงเป็นที่เข้าใจกันดีและเรียกว่าค่าความผิดเพี้ยนฮาร์มอนิกทั้งหมด (%THD) ซึ่งเป็นการวัดคุณภาพพลังงานของไฟฟ้ากระแสสลับในระดับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ ตามที่ระบุไว้ในมาตรฐานการทดสอบ EMC ทั่วไปโดยนิยามแล้ว ฮาร์มอนิกของไฟฟ้ากระแสสลับคือค่าทวีคูณของปริมาณทางไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า) ที่ความถี่หลายเท่าของความถี่พื้นฐานของระบบ ซึ่งเกิดจากการทำงานของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่นวงจรเรียงกระแสแสงสว่างหรืออุปกรณ์แม่เหล็กอิ่มตัว ความถี่ฮาร์มอนิกในโครงข่ายไฟฟ้าเป็นสาเหตุสำคัญของปัญหาคุณภาพพลังงาน และอาจส่งผลให้เกิดความร้อนสูงขึ้นในอุปกรณ์และตัวนำ การทำงานผิดพลาดในไดรฟ์ปรับความเร็ว และการสั่นของแรงบิดในมอเตอร์ ขึ้นอยู่กับความถี่ของฮาร์มอนิก มลภาวะจากฮาร์มอนิกจะถูกแบ่งออกเป็นปัญหาคุณภาพพลังงานไฟฟ้า (ความถี่สูงถึงลำดับฮาร์มอนิกที่ 40) ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (ความถี่สูงกว่า 150 kHz) และความเข้ากันได้ที่ความถี่ต่ำ (ความถี่ระหว่าง 2/3 kHz และ 150 kHz)

ต่างจากกระแสสลับ กระแสตรงไม่มีความถี่พื้นฐานหรือคาบเวลาดังนั้นจึงไม่มีตัวคูณของความถี่พื้นฐานที่สามารถคำนวณฮาร์มอนิกได้ นอกจากนี้ ช่วงความถี่ที่คำนวณฮาร์มอนิกของกระแสตรงอาจไม่เหมือนกับฮาร์มอนิกของกระแสสลับ งานวิจัยจำนวนมากที่ครอบคลุมฮาร์มอนิกของกระแสตรงแนะนำให้ใช้เปอร์เซ็นต์การรบกวนไซนูซอยด์ความถี่ต่ำ (%LFSD) ^{[ 6 ]}ปริมาณนี้วัดค่าเบี่ยงเบนของปริมาณกระแสตรง (แรงดันหรือกระแส) ในช่วงการวัด ที่กำหนด หรือช่วงการวิเคราะห์ในช่วงความถี่ เปอร์เซ็นต์ของรากที่สองของผลรวมของค่าเบี่ยงเบนเหล่านี้จะให้ค่า %LFSD ทั้งหมด ซึ่งใกล้เคียงกับค่า %THD ในระบบกระแสสลับ นอกจากนี้ ฮาร์มอนิกของกระแสตรงยังได้รับการศึกษาในแถบความถี่สองแถบตามการรบกวนที่สังเกตได้จากประสบการณ์

ปัญหาอื่นๆ เกี่ยวกับคุณภาพพลังงานในเมน DC เกี่ยวข้องกับช่วงความถี่สำหรับการปล่อยคลื่นรบกวนในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วง 0–2 kHz ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าแถบขยะ^{[ 7 ]}ปริมาณฮาร์มอนิก DC จะถูกคำนวณโดยใช้อนาล็อกของฮาร์มอนิก AC ในโดเมนความถี่ อย่างไรก็ตาม ตามปฏิสัมพันธ์ที่คาดการณ์ไว้ระหว่างระบบ AC และ DC และเนื่องจากการมีอยู่ของ อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์กำลังและแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดช่วงความถี่ 2–150 kHz ซึ่งเมื่อเร็วๆ นี้เรียกว่าซูพราฮาร์มอนิก^{[ 8 ]}กำลังได้รับการวิจัย เป็นที่เข้าใจกันโดยทั่วไปว่าเนื่องจากการมีอยู่ของโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นแบบสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ วงจรกรองมีแนวโน้มที่จะผลักการปล่อยคลื่นรบกวนออกไปในแถบความถี่ที่สูงขึ้น

• วงดนตรีขยะ

ช่วงความถี่นี้อยู่ในช่วง 0–2 kHz ซึ่งเทียบเท่ากับช่วงความถี่เดียวกับฮาร์โมนิกส์ของกระแสสลับ ชื่อนี้บ่งบอกว่าคาดว่าจะมีการปล่อยคลื่นรบกวนทางไฟฟ้าในปริมาณที่น้อยลงเนื่องจากความก้าวหน้าของตัวกรอง เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางในหมู่นักวิจัยว่าค่า %LFSD นั้นเพียงพอที่จะจัดการกับฮาร์โมนิกส์ของกระแสตรงและมีความสัมพันธ์กับค่า %THD ในฮาร์โมนิกส์ของกระแสสลับ

• ซูพราฮาร์โมนิกส์

ช่วงความถี่นี้อยู่ในช่วง 2–150 kHz และเรียกว่าซูพราฮาร์โมนิกส์ [ ^{9 ] ก่อน}หน้านี้ ช่วงความถี่นี้ถูกละเลยและถือว่าเป็นช่องว่างระหว่างการปล่อยรังสีและการปล่อยคลื่นรบกวน งานวิจัยปัจจุบันชี้ให้เห็นว่ามีการพยายามอย่างมากที่จะทำความเข้าใจวิธีการวัดการปล่อยคลื่นรบกวนซูพราฮาร์โมนิกส์ เพื่อสร้างมาตรฐานคุณภาพพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงให้ดียิ่งขึ้น โดยครอบคลุมถึงการลัดวงจรการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า และปัจจัยอื่นๆ ด้วย

ตามที่ Thais.M.Mendes และคณะ^{[ 10 ]} ระบุไว้ ผลกระทบของการปล่อยคลื่นเหนือฮาร์มอนิกจะจำกัดอยู่เฉพาะอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้เคียงและไม่แพร่กระจายไปในระยะทางไกล การกำหนดหน้าต่างการวัดและหน้าต่างการวิเคราะห์เป็นหนึ่งในวิธีที่เหมาะสมในการกำหนดมาตรฐานการปล่อยคลื่นนำไฟฟ้า การวัดตามมาตรฐาน IEC 61000-4-7, IEC 61000-4-30, IEC-61000-4-19 และ มาตรฐาน CISPR อื่นๆ แสดงให้เห็นว่าแต่ละวิธีนั้นมีประสิทธิภาพแต่ก็มีข้อจำกัดของตนเอง นอกจากนี้ ตามที่ M.Klattt และคณะ^{[ 11 ]} ระบุไว้ ควรใช้หน้าต่างการวัดในการกำหนดมาตรฐานกรอบสำหรับมาตรฐานเหนือฮาร์มอนิก ยิ่งไปกว่านั้น V.Khokhlov และคณะ^{[ 12 ]}แนะนำว่ามาตรฐานที่มีอยู่ทั้งหมดมีข้อจำกัดที่สามารถเอาชนะได้โดยการรวมการวิเคราะห์ตามเวลาเข้ากับการวิเคราะห์ในโดเมนความถี่