在供电体系中谐波电流的呈现现已有很多年了.曩昔,谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动设备所用的,由沟通改换为直流电的水银整流器所发作的.这些年,发作谐波的设备类型及数量均已剧增,并将持续添加.所以,咱们有必要很稳重地思考谐波和它的不良影响,以及怎样将不良影响削减到最小.
1 谐波的发作
在志向的洁净供电体系中,电流和电压都是正弦波的.在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简略电路里,流过的电流与施加的电压成正比,流过的电流是正弦波.
在实习的供电体系中,由于有非线性负荷的存在,当电流流过与所加电压不呈线性联络的负荷时,就构成非正弦电流.任何周期性波形均可分化为一个基频正弦波加上很多谐波频率的正弦波.谐波频率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz.因而畸变的电流波形或许有二次谐波、三次谐波……或许直到第三十次谐波构成.
2 发作谐波的设备类型
悉数的非线性负荷都能发作谐波电流,发作谐波的设备类型有：开关办法电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动设备、不接连电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等.
(1)开关办法电源(SMPS)：
大大都的现代电子设备都运用开关办法电源(SMPS).它们和旧式的设备纷歧样,它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可操控的整流器材去给存贮电容器充电,然后用一种和所需的输出电压及电流相适宜的办法输出所需的直流电流.这关于设备制作厂的利益是运用器材的规范、报价及重量均可大崎岖地下降,它的缺陷是不论它是哪一品种型,它都不能从电源罗致接连的电流,而只能罗致脉冲电流.此脉冲电流富含很多的三次及高次谐波的重量.
(2)电子荧光灯镇流器：
电子荧光灯镇流器近年被很多选用.它的利益是在作业于高频时可显着跋涉灯管的功率,而其缺陷是其逆变器在电源电流中发作谐波和电气噪声.运用带有功率因数校对的类型商品可削减谐波,但本钱名贵.
(3)直流调速传动设备：
直流电动机的调速操控器通常选用三相桥式整流电路,它也称作六脉冲桥式整流电路,由于在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个).直流电动机的电感是有限的,故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍),这就改动了供电电流的波形.
(4)不接连电源(UPS)：
依据电能改换办法和由外部供电到内部供电所用改换办法的纷歧样,UPS有很多纷歧样的类型.首要的类型有：在线的UPS、离线的UPS和线路交互效果的UPS.由UPS供电的负荷老是电子信息设备,它们对错线性的而且富含很多的低次谐波.
(5)磁芯器材：
在有铁芯的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的联络老对错线性的.假定电流波形是正弦波(亦即电路中串联的电阻很大)那么磁场中会有高次谐波,这被以为是强逼磁化进程.假定施加在线圈上的电压是正弦波形(亦即串联的电阻很小)则磁通密度也将是正弦波形,而电流波形则富含高次谐波,这被以为是安闲磁化进程.
3 谐波致使的疑问及处理办法
谐波电流在电源体系内以及设备内均会构成疑问.但其影响和处理办法非常纷歧样,需求别离处理；适用于消除谐波在设备内不良影响的办法并不能削减谐波在电源体系内构成的畸变,反之亦然.
(1)设备内的谐波疑问及处理办法：
有几个多见多发的疑问是由谐波致使的：电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等.
①电压畸变：由于电源体系有内阻抗,所以谐波负荷电流将构成电压波形的谐波电压畸变(这是发作"平顶"波的本源).此阻抗有两个构成有些：电源接口(PCC)往后的电气设备内部电缆线路的阻抗和PCC早年电源体系内的阻抗,用户处的供电变压器就是PCC的一例.
由非线性负荷致使的畸变负荷电流在电缆的阻抗上发作一个畸变的电压降.构成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的悉数其他负荷上,致使谐波电流的流过,即便这些负荷是线性的负荷也是如此.
处理的办法是把发作谐波的负荷的供电线路和对谐波活络的负荷的供电线路分隔,线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开端由纷歧样的电路馈电,使非线性负荷发作的畸变电压不会传导到线性负荷上去.
②过零噪声：很多电子操控器要检查电压的过零点,以断定负荷的接通时刻.这么做是为了在电压过零时接通理性负荷不致发作瞬态过电压,然后可削减电磁搅扰(EMI)和半导体开关器材上的电压冲击.当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时,在过零处电压的改动率就很高且难于断定然后致使误动作.实习上在每个半波里可有多个过零点.
③中性线过热：在中性点直接接地的三相四线式供电体系中,当负荷发作3N次谐波电流时,中性线大将流过各相3N次谐波电流的和.如其时三相负荷不平衡时,中性线上流经的电流会更大.近期研讨试验发现中性线电流会或许大于任何一相的相电流.构成中性线导线发热过高,添加了线路损耗,乃至会烧断导线.
现行的处理办法是增大三相四线式供电体系中中性线的导线截面积,最低恳求要运用与相线等截面的导线.世界电工委员会(IEC)曾提议中性线导线的截面应为相线导线截面的200%.
④变压器温升过高：接线为Yyn的变压器,其二次侧负荷发作3N次谐波电流时,其间性线上除有三相负荷不平衡电流总和外,还将流过3N次谐波电流的代数和,并将谐波电流转过变压器一次侧流入电网.处理上述疑问最简略的办法是选用Dyn接线的变压器,使负荷发作的谐波电流在变压器△形绕组中循环,而不致流入电网.
不论谐波电流流入电网与否,悉数的谐波电流都会添加变压器的电能损耗,并添加了变压器的温升.
⑤致使剩下电流断路器的误动作：剩下电流断路器(RCCB)是依据通过零序互感器的电流之和来动作的,假定电流之和大于额外的限值它就将脱扣堵截电源.呈现谐波时RCCB误动作有两个要素：榜首,由于RCCB是一种机电器材,有时不能精确检查出高频重量的和,所以就会误跳闸.第二,由于有谐波电流的要素,流过电路的电流会比核算所得或简略测得的值要大.大大都的便携式丈量表面并不能测出实在的电流均方根值而仅仅均匀值,然后假定波形是朴实弦的,再乘一个校对系数而得出读数.在有谐波时,这么读出的效果或许比实在数值要低得多,而这就意味着脱扣器是被整定在一个非常低的数值上.
如今能够买到能检查电流均方根值的断路器,再加上实在的均方根值丈量技术,校对脱扣器的整定值,便可确保供电的牢靠性.
(2)影响供电电源的谐波疑问及处理办法：
《中华公民共和国电力法》指出："用户用电不得损害供电、用电安全和打乱供电、用电次第",《供电运营规矩》中规矩："用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网作业所写入电网的谐波电流和致使公共联接点至正弦波畸变跨过规范时,用户有必要选用办法予以消除."
由畸变电流构成的电压畸变取决于电源阻抗.阻抗愈大则由同一电流畸变所构成的电压畸变就愈大.关于10次以下的谐波而言,供电网络通常是理性的,所以电源阻抗就和频率成正比,谐波次数越高,所构成的畸变就越大.通常不或许减小供电体系的阻抗,所以需求选用其他进程来确保电压畸变不跨过极限.或许的处理办法有：装用谐波滤波器、装用隔绝变压器和装用有源的谐波调度器.
①装用谐波滤波器：关于电动机操控器发作的谐波,谐波的形状很了解,能够用滤波器来下降谐波电流.关于六脉冲的操控器,滤波器可去掉20%的五次谐波以及悉数的高次谐波,对基波影响甚微.为了防止增益高峰挨近谐波,有必要用解谐的滤波器,而且或许需装多个滤波器.在12脉冲桥路中最低次的谐波是11次的,此刻状况对比简略.
②装用隔绝变压器：均衡的三次谐波电撒播回到电源去的疑问能够用一台Dyn接法的隔绝变压器来削弱.运用这种变压器时,通常装设一个旁路的电路以防止在进行变压器的保护作业时长时刻间地对负荷接连供电.在这种状况下,应选用中性线有满意大的通用四芯馈线.在首要的配电体系中,有时把隔绝变压器就地装在每一配电盘上,使3N次谐波电流与配电体系相隔绝.隔绝变压器要恰其时进额外值,不然也会发作电压畸变和过热.
③装用有源的谐波调度器：由变流器/逆变器发作的边频带谐和波不能极好地用通常的滤波器来滤除,这是由于边频带上的频率是随传动设备的速度而改动的,而且常常很挨近于基波频率.如今有源滤波器日益推广运用,它在作业时自动地写入一个电流来精确地抵偿由负荷发作的谐波电流,就会取得一个朴素的正弦波.这种滤波设备的作业靠数字信号处理(DSP)技术来操控活络绝缘栅双极晶体管(IGBT).由于设备是与供电体系并联作业的,它只操控谐波电流,基波电流并不流过该滤波器.假定所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话,它仅仅简略地起绑缚效果而使波形得到有些的纠正

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