총고조파왜율(THD) | VibrationVIEW 분석기 소프트웨어 패키지

THD는 VibrationVIEW 사인 시험 모듈의 분석기 그래프 옵션입니다.

이상적인 사인 톤은 부드럽고 왜곡이 없습니다. 그러나 실제로는 많은 이벤트가 순수 사인파에 영향을 미칠 수 있습니다. 특히, 시스템의 고조파 성분의 위치 에너지는 왜곡을 초래합니다.

고조파는 주파수가 기본 주파수의 정수배인 파동입니다. 예를 들어, 60Hz 사인파의 고조파는 60Hz, 120Hz, 180Hz 등입니다. 이러한 고조파의 에너지는 60Hz 사인파를 왜곡합니다.

총 고조파 왜곡

총 고조파 왜곡(THD)은 사인파의 총 고조파 함량을 측정합니다. 신호가 비선형 장치를 통과할 때 원래 주파수의 고조파에 추가적인 주파수 성분이 추가됩니다. THD는 왜곡의 정도를 측정합니다.

사인파의 THD 비율입니다.

THD는 용도에 따라 다른 의미를 표현합니다. 예를 들어, 오디오 시스템의 왜곡 수준이 낮다는 것은 스피커, 증폭기, 마이크 또는 기타 장비의 구성 요소가 더 정확한 신호 재생을 생성한다는 것을 의미합니다. 진동 시험에서 THD는 시스템이 제어기의 신호를 얼마나 잘 복제하는지 정량화하는 데 도움이 됩니다.

THD 계산

VibrationVIEW 소프트웨어는 기본 주파수의 RMS 가속도에 대한 처음 10개 고조파 주파수(두 번째 고조파부터 시작)의 RMS(평균 제곱근) 가속도 비율로 THD를 계산합니다.

(1) $\begin{방정식*} \text{THD}_{F}=\frac{\sqrt{V_{2}^2+V_{3}^2+V_{4}^2+V_{n}^2}}{V_{1}} \end{방정식*}$

V_n = n의 RMS 전압^번째 고조파
V₁ = 기본 주파수의 RMS

THD_F 는 오디오 왜곡 사양(%THD)에서 일반적이며 일반적으로 백분율 또는 데시벨(dB)로 표시됩니다.

THD 값

THD는 진동 시스템이 제어기의 출력 신호를 얼마나 정확하게 재현하는지를 측정합니다. THD 값이 낮으면 시스템이 올바르게 작동하고 있음을 나타내고, THD 값이 높으면 시스템에 문제가 있음을 나타냅니다.

강의 설명 이미지

시험 엔지니어는 THD 값을 사용하여 부정확하거나 유효하지 않은 시험 결과를 초래할 수 있는 소음이나 원치 않는 진동을 식별할 수 있습니다. THD의 잠재적인 용도는 가진기 검증 시험, 고정 장치 매핑 및 제품 스크리닝입니다.

높은 THD 값(>10%)은 사인 신호의 상당한 고조파 함량을 나타냅니다. 이는 가진기 시스템의 일부 약점이나 오작동으로 인한 것일 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 가진기의 기계적 구성 요소가 저하됨에 따라 시스템에 더 많은 소음이 유입되고 백분율 THD 값이 증가합니다. 엔지니어는 두 개의 별도 축에서 나오는 파형과 같이 서로 관련이 없는 두 신호를 비교할 경우 높은 THD 값을 예상해야 합니다.

엔지니어는 다축 시험 데이터에서 높은 THD 값을 확인할 수도 있습니다. 예를 들어, 수직 축에서 순수한 사인 톤으로 진동하는 가진기는 수직 축에서 시험 중인 장치(DUT)에만 자극을 가해야 합니다. 가속도계가 수평축의 진동을 측정하면 THD 값이 높아집니다.

엔지니어가 진동이 유사한 두 신호를 비교할 때 THD 값이 낮을 것으로 예상해야 합니다. 백분율 THD 값이 낮을수록 시스템 제어가 더 쉬워집니다. 새로운 시스템이나 구성 요소의 경우 시험 엔지니어는 시스템의 THD 값을 측정해야 합니다. 앞으로는 THD를 사용하여 진동 시스템의 정확도를 측정하고 시간에 따른 시스템 변화를 추적하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

자세히 알아보기: 예방 유지 관리 기술 강의 과정.

검증을 위한 총 고조파 왜곡

다음 예는 THD가 가진기 검증 시험에 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여줍니다.

진탕기에 대해 두 가지 시험이 실행되었습니다. 하나는 정상 상태의 진탕기에서 실행되었으며, 다른 하나는 헤드 확장기에서 덜거덕거리는 느슨한 장비 조각(예: 느슨한 볼트 또는 손상된 고정 장치/진탕기)에서 실행되었습니다. 모든 볼트가 단단히 조여진 헤드 익스팬더의 THD는 헤드 익스팬더에 느슨한 렌치가 있는 동일한 설정의 THD와 비교하여 훨씬 다른 반응을 생성합니다(그림 2.8).

그림 2.8. 두 가지 시험에 대한 THD 대 주파수. 녹색 흔적은 정상적인 가진기 시스템을 나타내고 빨간색 흔적은 손상된 가진기/고정 장치, 느슨한 볼트 등을 나타냅니다.

다축 시험의 THD

수평면에서 진동하는 얇은 강철 막대에 알루미늄 덩어리를 장착했습니다(그림 2.9). 3축 가속도계가 질량 끝에 부착되었습니다.

그림 2.9. 얇은 강철 샤프트에 수평으로 장착된 대형 알루미늄 덩어리입니다. 3축 가속도계는 질량 끝에 있습니다.

3개 축의 THD 값을 가진기 헤드의 진동과 비교했습니다(그림 2.10). 가진기 헤드와 동일한 평면에서 이동하는 수직축 진동은 주파수 스펙트럼 전체에서 가진기 헤드와 유사한 THD를 생성합니다.

나머지 두 축은 대부분의 스펙트럼에서 가진기 헤드와 다른 THD 값을 생성했습니다. 이는 해당 주파수에서 해당 평면에 큰 진동이 없음을 의미합니다. 그러나 이러한 다른 축은 약 45Hz 및 110Hz에서 가진기 헤드와 유사한 THD 값을 가졌습니다. 이러한 유사성은 수직면의 진동 에너지가 해당 주파수의 다른 평면의 진동을 자극한다는 것을 나타냅니다.

그림 2.10. 수직면에서 진동하는 대형 수평 질량 끝에 있는 세 축의 THD입니다. 가속도계의 수직축은 수직 진동 샤프트와 유사한 THD를 갖습니다. 다른 두 축의 THD 값은 훨씬 높습니다.

스윕 THD

시험 엔지니어는 사인 스윕을 실행하고 THD로 데이터를 분석하여 가진기 성능을 평가할 수 있습니다. 먼저, 가진기가 실험실 시험 시설에 도착하면 가진기의 THD를 설정해야 합니다. 값은 주파수 스펙트럼 전체에서 10% 미만이어야 합니다.

엔지니어가 기본 THD를 설정한 후 향후 THD 응답을 원래 값과 비교할 수 있습니다. 반응이 기준선과 다른 경우 가진기에 문제가 있을 가능성이 높습니다.

사인 스윕 시험의 데이터를 다양한 방법으로 분석할 수 있지만 VR에서는 가진기 시스템에 문제가 있는 경우 명확한 시각적 단서를 제공하기 때문에 THD 플롯을 사용하여 가진기 성능을 평가할 것을 권장합니다.

THD 방법은 격리된 단일 주파수(예: 시스템 검사)뿐만 아니라 전체 주파수 범위를 포괄합니다. 또한 엔지니어는 사인 스윕을 사용하여 가진기 성능 표준을 생성하므로 동일한 유형의 시험로 가진기 성능을 평가하는 것이 논리적입니다.

결론

THD는 진동 시스템이 제어기의 출력 신호를 얼마나 정확하게 재현하는지 비교할 수 있습니다. 엔지니어는 이를 사용하여 제어기의 품질을 평가하고, 가진기 시스템의 상태를 확인하고, DUT에서 원치 않는 진동을 찾을 수 있습니다.