THD(Total Harmonic Distortion, 고조파왜곡)이란?
그림1은 VibrationView 라는 소프트웨어로 30Hz 사인파를 만들어서 그래프로 나타낸 것이다. 그림1의 위쪽 그림은 시간에 따른 30Hz 사이파이고 아래 그림은 주파수에 따른 그래프이다.
만일 완벽한 30Hz 사인파라면 그림1의 아래 그림은 30Hz에서 하나의 선으로 표기된 형태가 되어야 하지만 보다시피 30Hz에서 큰 값을 가지고 주변 주파수에서도 에너지가 있음을 알 수 있다.
현실에서 완벽한 사인파(Sine wave)는 존재할 수 없다.
위 명제에 따라 엔지니어가 만들어내는 사이파는 이상적인 값이 아니라는 점을 인지하고 진행하여야 한다. 하지만 최대한 사인파에 가까워야지 사인파 관련 이론들을 적용할 수 있다. 그렇기 때문에 어느정도의 왜곡이 발생했는지를 알려주는 척도로 THD(Total Harmonic Distortion) 를 계산하게 되었다.
THD(Total Harmonic Distortion) 계산 방법
기본 주파수와 Harmonic 주파수 성분 (2번째 부터)의 RMS(Root mean square) 비로 THD를 표현한다. 30Hz 주파수 사인파에 대한 THD를 구할 경우 60Hz, 120Hz, 180Hz, .... 의 Harmonic과의 비로 구하는 것이다.
그림2는 앞서 정의를 수식으로 표현한 것이다. THD의 단위는 %(백분율)로 나타낸다.
진동시험기 / 진동장비 검증용으로 THD 검사하기
진동 시험기를 검증하는 방법으로 사인스윕(Sine sweep)파형을 걸고 THD를 확인하는 방법이 있다.
그림3은 VibrationViewer 소프트웨어를 이용해서 사인스윕을 20Hz ~1500Hz를 걸고 THD를 측정한 것이다. 녹색 선은 초기에 측정한 값으로 1.0% 이하로 사인파에 왜곡이 거의 없음을 알 수 있다. 빨간색 선은 진동시험기에 임의로 렌치를 올려서 왜곡이 발생하게 만들었다. 일반적으로 THD가 10% 이상일 경우 파형에 왜곡이 있다고 생각하한다. 그림처럼 고주파 영역에서 이전에 측정한(녹색)과 차이가 벌어지고 왜곡이 발생함을 알 수 있다.
참조링크>>
https://vru.vibrationresearch.com/lesson/total-harmonic-distortion/
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