現(xiàn)代通信機(jī)房的諧波處理及節(jié)能蒼松書苑

1、idc機(jī)房的諧波處理及節(jié)能減排機(jī)房的諧波處理及節(jié)能減排主講人：主講人： 杜秋杜秋 1. 引言引言2. 諧波的危害諧波的危害3. 諧波的特性諧波的特性4. 諧波的表示方式諧波的表示方式5. 諧波的定義與計(jì)算諧波的定義與計(jì)算6. 不同類型設(shè)備的諧波特征不同類型設(shè)備的諧波特征7. 機(jī)房諧波源機(jī)房諧波源整流電路諧波的理論分析整流電路諧波的理論分析8. idc機(jī)房的諧波抑制機(jī)房的諧波抑制9. 電容諧振的案例分析電容諧振的案例分析10.節(jié)能減排數(shù)據(jù)分析與經(jīng)驗(yàn)體會(huì)節(jié)能減排數(shù)據(jù)分析與經(jīng)驗(yàn)體會(huì)目目 錄錄1、引、引 言言2.近年來諧波所造成的危害日趨嚴(yán)重，對(duì)發(fā)、輸、供、用電設(shè)備都造成了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行近年來

2、諧波所造成的危害日趨嚴(yán)重，對(duì)發(fā)、輸、供、用電設(shè)備都造成了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行故障、維修工作量增加及增耗電費(fèi)，甚至引發(fā)火災(zāi)事故等。故障、維修工作量增加及增耗電費(fèi)，甚至引發(fā)火災(zāi)事故等。3.保證電能質(zhì)量，以使用戶安全、正常用電是電力部門的職責(zé)。但電能質(zhì)量和一般產(chǎn)品質(zhì)量不同之保證電能質(zhì)量，以使用戶安全、正常用電是電力部門的職責(zé)。但電能質(zhì)量和一般產(chǎn)品質(zhì)量不同之處在于它不完全取決于電力生產(chǎn)企業(yè)，有的質(zhì)量指標(biāo)處在于它不完全取決于電力生產(chǎn)企業(yè)，有的質(zhì)量指標(biāo)（例如：諧波、電壓波動(dòng)和閃變，三相電壓例如：諧波、電壓波動(dòng)和閃變，三相電壓不平衡度不平衡度）主要由用戶負(fù)荷的干擾所致。因此電能質(zhì)量的保證，需要供用電雙方共

3、同努力，共同主要由用戶負(fù)荷的干擾所致。因此電能質(zhì)量的保證，需要供用電雙方共同努力，共同承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。4.計(jì)算母線諧波電壓、支路諧波電流、電壓和電流總諧波畸變率（計(jì)算母線諧波電壓、支路諧波電流、電壓和電流總諧波畸變率（thd），以及找出其諧振的條件），以及找出其諧振的條件是諧波研究和處理的基本途徑。是諧波研究和處理的基本途徑。1.1.隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大功率可控硅隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大功率可控硅scrscr、門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管gtogto、電力場效應(yīng)晶體管、電力場效應(yīng)晶體管mosfetmosfet、電力晶體管、電力晶體管gtrgtr、igbtigbt等技術(shù)的發(fā)等

4、技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大量非線性負(fù)荷的增加，展和廣泛應(yīng)用，大量非線性負(fù)荷的增加，使得電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變，這便是諧波。使得電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變，這便是諧波。諧波最早發(fā)現(xiàn)在諧波最早發(fā)現(xiàn)在2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代，年代，5050年代以年代以來，非線性負(fù)載引起的諧波問題日益受到來，非線性負(fù)載引起的諧波問題日益受到關(guān)注。關(guān)注。mctigbt功率 mosfet功率 sit肖特基勢壘二極管sithgtorcttriacltt晶閘管電力二極管雙極型單極型混合型復(fù)合型（圖1-42gtr1.1、諧波的基本定義、諧波的基本定義 所謂的諧波是指供電系統(tǒng)中所含有的頻率為所謂的諧波是指供電系統(tǒng)中所含有的頻率為基波的

5、整數(shù)倍基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。 諧波頻率與基波頻率的比值（諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。通）稱為諧波次數(shù)。通俗的將分解后的諧波稱為俗的將分解后的諧波稱為n次諧波，此處的次諧波，此處的n即是諧波次即是諧波次數(shù)。一般指從數(shù)。一般指從2次到次到50次范圍，如次范圍，如5次諧波電壓（電流）次諧波電壓（

6、電流）的頻率是的頻率是250赫茲，赫茲，7次諧波電壓（電流）的頻率是次諧波電壓（電流）的頻率是350赫赫茲；超過茲；超過13次的諧波稱高次諧波。次的諧波稱高次諧波。5 52、諧波干擾的危害諧波干擾的危害對(duì)發(fā)電設(shè)備的危害對(duì)發(fā)電設(shè)備的危害 ：諧波干擾增大發(fā)電機(jī)的損耗，產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，降低了機(jī)諧波干擾增大發(fā)電機(jī)的損耗，產(chǎn)生寄生轉(zhuǎn)矩，降低了機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)換的效率；諧波在線圈繞組和轉(zhuǎn)子阻尼線圈中產(chǎn)生額外的損耗，械能向電能轉(zhuǎn)換的效率；諧波在線圈繞組和轉(zhuǎn)子阻尼線圈中產(chǎn)生額外的損耗，產(chǎn)生振動(dòng)和發(fā)出異常的噪音。發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生振動(dòng)和發(fā)出異常的噪音。發(fā)電機(jī)中thdi必須小于等于必須小于等于20%，否則發(fā)電機(jī)，否則發(fā)電機(jī)

7、的功率也必須進(jìn)行折算；的功率也必須進(jìn)行折算； 對(duì)輸電設(shè)備的危害對(duì)輸電設(shè)備的危害 ：損耗增加損耗增加 （趨膚效應(yīng)）、引發(fā)諧振（線路電感、對(duì)地（趨膚效應(yīng)）、引發(fā)諧振（線路電感、對(duì)地電容）、中線電流增大電容）、中線電流增大 、影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行（繼電保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)）；、影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行（繼電保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)）；對(duì)供電設(shè)備的危害對(duì)供電設(shè)備的危害 ：損害電容損害電容 、變壓器、變壓器降容降容（銅損、渦流損耗與導(dǎo)體外部（銅損、渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗因漏磁通引起的雜散損耗 ）、降低可靠性、影響電力測量的準(zhǔn)確性、降低可靠性、影響電力測量的準(zhǔn)確性 ；對(duì)用電設(shè)備的危害對(duì)用電設(shè)備的危害 ：視在

8、功率視在功率增大增大、干擾敏感性的電子設(shè)備；干擾敏感性的電子設(shè)備；對(duì)人體的危害：對(duì)人體的危害：人體細(xì)胞在受到刺激興奮時(shí)，細(xì)胞膜靜息電位會(huì)發(fā)生快速電人體細(xì)胞在受到刺激興奮時(shí)，細(xì)胞膜靜息電位會(huì)發(fā)生快速電波動(dòng)或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會(huì)波動(dòng)或可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相接近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會(huì)直接影響人的腦磁場與心磁場，引起不適，甚至誘發(fā)疾病，危害人體健康；直接影響人的腦磁場與心磁場，引起不適，甚至誘發(fā)疾病，危害人體健康；能源的浪費(fèi)：能源的浪費(fèi)：諧波的存在可增大視在功率、降低功率因數(shù)，大量浪費(fèi)電能；諧波的存在可增大視在功率、降低功率因數(shù)，大量浪費(fèi)電能；6 6

9、6 62.1、諧波危害列表、諧波危害列表受影響設(shè)備影響的內(nèi)容電動(dòng)機(jī)主要是引起轉(zhuǎn)子表面局部過熱；也能引起定子零件過熱，常需降低輸出功率；引起振動(dòng)等變壓器引起繞組、外層硅鋼片、外殼、金屬緊固件的發(fā)熱，降低輸出功率；還會(huì)引起噪音和振動(dòng)?？照{(diào)設(shè)備控制失常，制冷、加濕失效，控制精度降低等。電容器增加介質(zhì)的局部放電和熱老化；還會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)，串并聯(lián)諧振，嚴(yán)重時(shí)可引起爆炸。電纜增加浸漬絕緣局部放電和溫升，縮短壽命，增加短路幾率，嚴(yán)重時(shí)造成斷電或火災(zāi)。消弧線圈延遲或阻礙消弧作用。斷路器降低遮斷能力，延緩甚至阻礙熄弧，有時(shí)損壞斷路器。避雷器涌流延長其放電時(shí)間，可能導(dǎo)致?lián)p壞。換流裝置使燃弧間隔不勻，個(gè)別不能運(yùn)行。

10、電壓互感器可能引發(fā)參數(shù)諧振而損壞。電力系統(tǒng)損耗增大，降低安全。遙控傳輸?shù)纫饠?shù)據(jù)丟失、誤顯示、誤動(dòng)、誤傳、元件損壞等。電能表增加誤差，增大供電線損率。自動(dòng)裝置、集成線路板導(dǎo)致誤判斷、誤動(dòng)、誤控制等。繼電保護(hù)引起誤啟動(dòng)、誤跳閘、拒動(dòng)、損壞，引起事故或擴(kuò)大停電事故。通信系統(tǒng)主要引起電話雜音，有時(shí)出現(xiàn)過電壓。其他表計(jì)增加誤差，造成基波值大于實(shí)際的錯(cuò)覺。3、電力系統(tǒng)諧波的特性、電力系統(tǒng)諧波的特性1、對(duì)稱性：、對(duì)稱性： 奇對(duì)稱性：奇對(duì)稱性：f（-t）=-f（t），展開為傅立葉級(jí)數(shù)式?jīng)]有余弦項(xiàng)；），展開為傅立葉級(jí)數(shù)式?jīng)]有余弦項(xiàng)； 偶對(duì)稱性：偶對(duì)稱性： f（-t）=f（t），展開為傅立葉級(jí)數(shù)式?jīng)]有正弦項(xiàng)而只

11、），展開為傅立葉級(jí)數(shù)式?jīng)]有正弦項(xiàng)而只有余弦項(xiàng)；有余弦項(xiàng)； 半對(duì)稱性：半對(duì)稱性：f(t+t/2) =-f（t），沒有直流分量且偶次諧波被抵消，故），沒有直流分量且偶次諧波被抵消，故忽略偶次諧波。忽略偶次諧波。2、相序性：、相序性： 在一個(gè)平衡的三相系統(tǒng)中，單頻諧波分量是完全正序的，或完全負(fù)在一個(gè)平衡的三相系統(tǒng)中，單頻諧波分量是完全正序的，或完全負(fù)序的，或完全零序的；序的，或完全零序的；3、獨(dú)立性：、獨(dú)立性： 平衡電力系統(tǒng)中的線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同諧波的響應(yīng)是相互獨(dú)立的，這性平衡電力系統(tǒng)中的線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同諧波的響應(yīng)是相互獨(dú)立的，這性質(zhì)使得我們可以將各次諧波分別處理；即：對(duì)各次諧波分別建立等質(zhì)使得我們可以將

12、各次諧波分別處理；即：對(duì)各次諧波分別建立等效電路并求解電流和電壓。效電路并求解電流和電壓。10104、諧波的表示方法、諧波的表示方法 傅立葉級(jí)數(shù)是研究和分析諧波畸變的有效方法，通過傅立葉分解能夠?qū)儾ǜ盗⑷~級(jí)數(shù)是研究和分析諧波畸變的有效方法，通過傅立葉分解能夠?qū)儾ㄐ蔚母鞣N分量進(jìn)行檢查，任何周期波形都可被展開為傅立葉級(jí)數(shù)，即：形的各種分量進(jìn)行檢查，任何周期波形都可被展開為傅立葉級(jí)數(shù)，即：f(t):頻率為頻率為f0的周期函數(shù)，角頻率的周期函數(shù)，角頻率0=2f0，周期，周期t=1/f0=2 / 0;c1sin(0t+1):基波分量；基波分量；cksin(k0t+k):第第k次諧波。幅值為次諧波

13、。幅值為ck,頻率為頻率為k0,初始相位為初始相位為k5、諧波的參數(shù)定義與計(jì)算、諧波的參數(shù)定義與計(jì)算在電力生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各在電力生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。只有準(zhǔn)確分個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。只有準(zhǔn)確分析了諧波干擾產(chǎn)生的機(jī)理，才能有針析了諧波干擾產(chǎn)生的機(jī)理，才能有針對(duì)性地提出有效的治理方法；對(duì)性地提出有效的治理方法；諧波的基本特征參數(shù)諧波的基本特征參數(shù)：按照傅立葉級(jí)：按照傅立葉級(jí)數(shù)展開時(shí)，各次諧波電流都是正弦波，數(shù)展開時(shí)，各次諧波電流都是正弦波，ih1 為基波成份為基波成份 (50 hz 或或 60 hz)；ihk 為諧波成份，其中為諧波成份，其中k為諧波次數(shù)為諧波次

14、數(shù) (50 hz 或或60 hz的的k倍倍)。 總電流總電流(壓）諧波失真度壓）諧波失真度thdi（u)：12242322.100%ihhihihihthdikieicrt h d1 0 0iiihh nh%1 harmonic distortion1hn i100%thd2n2ii5.1、諧波功率及其公式定義、諧波功率及其公式定義 有功功率：有功功率：p(t)=v(t) i(t) 無功功率：無功功率： 視在功率視在功率: 畸變功率：畸變功率： d2=s2-(p2+q2) 功率因數(shù)：功率因數(shù)： pf=p/s 5.2、舉例、舉例例：三相整流器輸入電流（如圖），其諧波頻譜為：例：三相整流器輸入電流

15、（如圖），其諧波頻譜為：ih5 = 33%、ih7 = 2.7%、ih11 = 7.3%、ih13 = 1.6%、ih17 = 2.6%、ih19 = 1.1%、ih23 = 1.5%、ih25 = 1.3%，計(jì)算，計(jì)算thdi%： ：%.13. 0.015 0.011 26. 0.016 0.073 0.027 0.33.%2222222 234011640000010022242322khhhhthdi合 成 電 流基 波t12121056134011iihthdiihieff.電流的有效值比基波電流的有效值電流的有效值比基波電流的有效值增大了增大了5.6%，即比沒有諧波時(shí)的額，即比沒有諧

16、波時(shí)的額定電流增大定電流增大5.6%，這將在導(dǎo)體中造，這將在導(dǎo)體中造成溫度升高成溫度升高 8 85.3、峰值因數(shù)、峰值因數(shù)峰值因數(shù)峰值因數(shù)(crest factor)：定義為：定義為峰值峰值（最大幅值）與（最大幅值）與有效有效值值的比率，用來表示信號(hào)的比率，用來表示信號(hào)(電流或電壓電流或電壓)形狀的特征：形狀的特征：線性負(fù)載的典型峰值因數(shù)是線性負(fù)載的典型峰值因數(shù)是1.414，六脈沖整流器的典型峰，六脈沖整流器的典型峰值因數(shù)從值因數(shù)從1.5到到2，小型計(jì)算機(jī)的典型峰值因數(shù)從，小型計(jì)算機(jī)的典型峰值因數(shù)從2到到2.5，微，微機(jī)的典型峰值因數(shù)從機(jī)的典型峰值因數(shù)從2到到3。峰值因數(shù)對(duì)峰值因數(shù)對(duì)ups容量

17、有一定影響，舉例分析如下：容量有一定影響，舉例分析如下：例如：對(duì)于例如：對(duì)于200kva ups，其額定電流，其額定電流in=303a，若其峰值因數(shù)，若其峰值因數(shù)cf=3:1， 則：則：ups可承受峰值電流為可承受峰值電流為303a x 3 = 909a假設(shè)：負(fù)載峰值因數(shù)為假設(shè)：負(fù)載峰值因數(shù)為3.5:1，則：，則：ups對(duì)于該負(fù)載所提供的電流有效值為：對(duì)于該負(fù)載所提供的電流有效值為： 909a / 3.5 = 259.7a即即: ups的使用容量為的使用容量為259.7a x 220v x3 = 171.4kva 有效值峰值fc%7 .85857.02004 .171ups的功率折算7 75.

18、4、諧、諧 振振 串聯(lián)諧振：發(fā)生在容性電抗和感性電抗相等的串聯(lián)串聯(lián)諧振：發(fā)生在容性電抗和感性電抗相等的串聯(lián)rlc電電路中，發(fā)生時(shí)，電路的阻抗很小，較小的激勵(lì)電壓就能產(chǎn)路中，發(fā)生時(shí)，電路的阻抗很小，較小的激勵(lì)電壓就能產(chǎn)生巨大的電流。生巨大的電流。 并聯(lián)諧振：發(fā)生在具有感性電抗和容性電抗相等的并聯(lián)并聯(lián)諧振：發(fā)生在具有感性電抗和容性電抗相等的并聯(lián)rlc電路中，發(fā)生時(shí)，電路的導(dǎo)納很小，較小的激勵(lì)電流電路中，發(fā)生時(shí)，電路的導(dǎo)納很小，較小的激勵(lì)電流就能產(chǎn)生巨大的電壓。就能產(chǎn)生巨大的電壓。 串并聯(lián)諧振發(fā)生的條件：串并聯(lián)諧振發(fā)生的條件：xlc=r*l=xcr=1/ r*c 諧振的角頻率為：諧振的角頻率為： r

19、*l=1/(lc) 諧振的次數(shù)為：諧振的次數(shù)為：hr=(xc/xl) 6.1、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，鐵芯也很難做到絕對(duì)均勻一致及其他一些原因，發(fā)電機(jī)多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。而且，當(dāng)對(duì)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和接線采取一些措施后，可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)供給的是具有基波頻率的正弦波形的電壓。6.2、輸配電系統(tǒng)輸配電系統(tǒng) 輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵芯的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵芯的飽和程度有關(guān)。鐵芯的飽和程度

20、越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流的0.5%。 6、不同類型設(shè)備的諧波特征、不同類型設(shè)備的諧波特征6.3、用電設(shè)備、用電設(shè)備 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負(fù)載呈逐漸增加的趨勢，非線性負(fù)載在隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負(fù)載呈逐漸增加的趨勢，非線性負(fù)載在工作時(shí)向市電反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，進(jìn)而導(dǎo)工作時(shí)向市電反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，進(jìn)而導(dǎo)致與電網(wǎng)相聯(lián)的其它負(fù)載產(chǎn)生更多的諧波電流，電壓畸變的程度取決于諧波致與電網(wǎng)相聯(lián)的其它負(fù)載產(chǎn)生更多的諧波電流，電壓畸變的程度取決于諧波電流的頻率和幅值。整流器、充電器、

21、開關(guān)電源、調(diào)光器、變頻調(diào)速器、計(jì)電流的頻率和幅值。整流器、充電器、開關(guān)電源、調(diào)光器、變頻調(diào)速器、計(jì)算機(jī)、熒光燈等等都是非線性負(fù)載，見各典型圖算機(jī)、熒光燈等等都是非線性負(fù)載，見各典型圖開關(guān)電源開關(guān)電源 變頻調(diào)速器變頻調(diào)速器充電器充電器 熒光燈熒光燈 6、不同類型設(shè)備的諧波特征、不同類型設(shè)備的諧波特征6、不同類型設(shè)備的諧波特征、不同類型設(shè)備的諧波特征6.4、變流設(shè)備、變流設(shè)備: 整流器、逆變器、變頻器等各種電力變流設(shè)備采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而整流器、逆變器、變頻器等各種電力變流設(shè)備采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部

22、分中含有大量的諧波，電網(wǎng)還必須向這類給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波，電網(wǎng)還必須向這類負(fù)荷產(chǎn)生的諧波提供額外的電能。負(fù)荷產(chǎn)生的諧波提供額外的電能。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基次諧波的含量可達(dá)基波的波的30%；接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。；接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有脈整流器，變壓器原

23、邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；次及以上奇次諧波電流；如果是如果是12脈沖整流器，也還有脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。附幾種典型的整流電路和諧波電流示意次及以上奇次諧波電流。附幾種典型的整流電路和諧波電流示意圖圖 開關(guān)電源負(fù)載開關(guān)電源負(fù)載整流充電器整流充電器變頻調(diào)速器變頻調(diào)速器ups整流器整流器7 7.1 .1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)1. 諧波：諧波：可分解為傅里葉級(jí)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù) 基波（fundamental）在傅里葉級(jí)數(shù)中，頻率與工頻相同的分量 諧波頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量%1001iihrinn%1001iithdhi7 7、整流電路產(chǎn)生

24、諧波的理論分析、整流電路產(chǎn)生諧波的理論分析iitypical switch mode power supplyu諧波量諧波量:ui 諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比 n次諧波電流含有率以hrin（harmonic ratio for in）表示為： 電流諧波總畸變率thdi（total harmonic distortion）定義為： 2.單相整流的諧波單相整流的諧波7 7.1 .1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)3、功率因數(shù)、功率因數(shù)正弦電路中的情況：正弦電路中的情況： 電路的有功功率就是其平均功率；電路的有功功率就是其平均功率； 視在功率視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即

25、為電壓、電流有效值的乘積，即s=ui 無功功率無功功率定義為定義為：q=u i sinj j 功率因數(shù)功率因數(shù)l l 定義為有功功率定義為有功功率p和視在功率和視在功率s的比值的比值： 此時(shí)此時(shí)無功功率無功功率q與有功功率與有功功率p、視在功率視在功率s之間有如下關(guān)系之間有如下關(guān)系： 功率因數(shù)功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差是由電壓和電流的相位差j j 決定的：決定的：l l =cos j jj20cos)(21uituidpspl222qps7 7.1 .1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)3、功率因數(shù)、功率因數(shù)非正弦電路中的情況非正弦電路中的情況 有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定

26、義均和正弦電路相同，功率有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由因數(shù)仍由l l =cos j j定義。定義。 公用電網(wǎng)中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形的畸變可能公用電網(wǎng)中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形的畸變可能很大。因此，不考慮電壓畸變，研究電壓波形為正弦波、電流波很大。因此，不考慮電壓畸變，研究電壓波形為正弦波、電流波形為非正弦波（合成波）的情況有很大的實(shí)際意義。形為非正弦波（合成波）的情況有很大的實(shí)際意義。 設(shè)正弦波電壓有效值為設(shè)正弦波電壓有效值為u，畸變電流有效值為畸變電流有效值為i，基波電流有效值基波電流有效值及與電壓的相位差分別為及與電壓的相位差分

27、別為i1和和j j 1。這時(shí)有功功率為：這時(shí)有功功率為： p=u i1 cosj j1 功率因數(shù)為：功率因數(shù)為： 11111coscoscosjjjliiuiuisp7 7.1 .1 諧波和無功功率分析基礎(chǔ)諧波和無功功率分析基礎(chǔ)4、基波因數(shù)、基波因數(shù) =i1 / i，即基波電流有效值和總電流有效值之比5、位移因數(shù)、位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）cosj j 1 非正弦電路的無功功率定義很多，但尚無被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義，一般情況下的引申公式： ，這樣定義的無功功率q反映了能量的流動(dòng)和交換；6、諧波功率：、諧波功率：上式目前被較廣泛的接受用于定義無功的表達(dá)式，但該定義對(duì)無功功率的描述很粗糙。為準(zhǔn)

28、確描述，也可根據(jù)相關(guān)公式定義的無功功率，其諧波功率采用符號(hào)qf，忽略電壓中的諧波時(shí)有： q f =u i 1 sinj j 1 ；在非正弦情況下， s2 p2+d2，因此引入畸變功率d，使得： s2 =p2+qf2+d2， q2 =qf2+d222psq7 7.2 .2 阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析1-1. 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 忽略換相過程和電流脈動(dòng)，帶阻感負(fù)載，直流電感l(wèi)為足夠大（電流i2的波形見圖） 變壓器二次側(cè)電流諧波分析 ：電流中僅含奇次諧波，各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)（ n=1

29、,3,5 ）；,5,3,1,5,3,1dd2sin2sin14)5sin513sin31(sin4nnntnitnnitttiiniind22tabrla)u1u2i2vt1vt3vt2vt4udidu2otototudidi2b)ototuvt1,4ototidididididivt2,3ivt1,47 7.2 .2 阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析1-2、 功率因數(shù)計(jì)算功率因數(shù)計(jì)算 基波電流有效值： i2的有效值i= id，則：電流基波與電壓的相位差等于 控制角 ， 故位移因數(shù)為 ：功率因數(shù)為： d122iiii12 209 .jlcoscos11j

30、llcos9 . 0cos22cos111ii7 7.2 .2 阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析2-1. 三相橋式全控整流電路及波形三相橋式全控整流電路及波形在阻感負(fù)載下，忽略換相過程和電流脈動(dòng)，直流電感l(wèi)為足夠大，以 =30為例，交流側(cè)電壓和電流波形如圖ua和ia波形所示。此時(shí)，電流為正負(fù)半周各120的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：bactn負(fù)載iaidudvt1vt3vt5vt4vt6vt2d2d1d32ii = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucott1ototuvt17 7.2

31、.2 阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析2-2、 變壓器二次側(cè)電流諧波分析：變壓器二次側(cè)電流諧波分析：3,2, 11613,2, 116dddasin2)1(sin2sin1)1(32sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32kknnkkknktnititnnititttttii2-3、電流基波和各次諧、電流基波和各次諧波有效值分別為：波有效值分別為：, 3 , 2 , 1, 16,66dd1kkniniiin電流中僅含6k1（k為正整數(shù)）次諧波各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)9 97

32、7.2 .2 阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析阻感負(fù)載下整流電路諧波和功率因數(shù)分析2-4、功率因數(shù)計(jì)算功率因數(shù)計(jì)算 由相關(guān)公式可得基波因數(shù)為： 電流基波與電壓的相位差為 ，則位移因數(shù)為 ： 功率因數(shù)為： 955. 031iijlcoscos11jllcos955. 0cos3cos111ii7 7.3 .3 電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和 功率因數(shù)分析功率因數(shù)分析1.單相橋式不可控整流單相橋式不可控整流電路電路單相不可控整流電路采用感容濾波，典型的交流側(cè)電流波形如右圖所示。lca)b)-+rcl+u1u2i2udulidicirvd2vd4vd1v

33、d3u2udi20ti2,u2,ud 電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律： （1）諧波次數(shù)為奇次； （2）諧波次數(shù)越高，諧波幅值越?。?（3）與帶阻感負(fù)載的單相全控橋整流電路相比，諧波與基波的關(guān)系是不固定的， rc越大，則諧波越大，而基波越小。這是因?yàn)椋?rc越大，意味著負(fù)載越輕，二極管的導(dǎo)通角越小，則交流側(cè)電流波形的底部就越窄，波形畸變也越嚴(yán)重。 （4） 越大，則諧波越小，這是因?yàn)榇?lián)電感l(wèi)抑制沖擊電流從而抑制了交流電流的畸變。7 7.3 .3 電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和 功率因數(shù)分析功率因數(shù)分析 2、關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下、關(guān)

34、于功率因數(shù)的結(jié)論如下： （1）通常位移因數(shù)是滯后的，并且隨負(fù)載加重（rc減?。蟮慕嵌仍龃螅S濾波電感加大滯后的角度也增大。 （2）由于諧波的大小受負(fù)載大小（rc）的影響，隨rc增大，諧波增大，而基波減小，也就使基波因數(shù)減小，使得總的功率因數(shù)降低。同時(shí)，諧波受濾波電感的影響，濾波電感越大，諧波越小，基波因數(shù)越大，總功率因數(shù)越大。3. 三相橋式不可控整流電路三相橋式不可控整流電路 實(shí)際應(yīng)用的電容濾波三相不可控整流電路中通常有濾波電感。7 7.3 .3 電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和 功率因數(shù)分析功率因數(shù)分析 交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律交流側(cè)諧波組成有如下

35、規(guī)律： （1）諧波次數(shù)為6k1次，k =1，2，3； （2）諧波次數(shù)越高，諧波幅值越??； （3）諧波與基波的關(guān)系是不固定的，負(fù)載越輕（rc越大），則諧波越大，基波越??；濾波電感越大（ w*(lc)1/2 越大），則諧波越小，而基波越大。 關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下： （1）位移因數(shù)通常是滯后的，但與單相時(shí)相比，位移因數(shù)更接近1； （2）隨負(fù)載加重（ rc的減?。?，總的功率因數(shù)提高；同時(shí)，隨濾波電感加大，總功率因數(shù)也提高。7.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析整流輸出電壓和電流的諧波分析1、整流電路的輸出電壓中主要成分為直流，同時(shí)包含各種頻率的諧波，這些諧波對(duì)于負(fù)載的工作是不利的

36、。右圖 =0時(shí)，m脈波整流電路的電壓波形udtomm2mu22 =0 時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓和整流電流的諧波分析 將縱坐標(biāo)選在整流電壓的峰值處，則在- /m /m區(qū)間，整流電壓的表達(dá)式為：udo=2*u2*coswt 對(duì)該整流輸出電壓進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，得出：(式中，k=1，2，3)；且：tnnkutnbuumknmknncos1cos21cos2od0d0dd021cos2unkbn 7.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析整流輸出電壓和電流的諧波分析2、為了描述整流電壓ud0中所含諧波的總體情況，定義諧波分量有效值ur與整流電壓平均值ud0之比為： 則d0ruuu2d022ruuuumk

37、nnmmuttumumm22sin1)()cos2(2do222dummmmmmuuusinsin2sin42121222d0rm m2 23 36 61212 u（%）48.248.218.2718.274.184.180.9940.9940 0不同脈波數(shù)m時(shí)的電壓紋波因數(shù)值。 7.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析整流輸出電壓和電流的諧波分析 負(fù)載電流的傅里葉級(jí)數(shù)可由整流電壓的傅里葉級(jí)數(shù)求得： 當(dāng)負(fù)載為r、l和反電動(dòng)勢e串聯(lián)時(shí)，上式中： n次諧波電流的幅值dn為： n次諧波電流的滯后角為：)cos(ddnmknntndiijreuid0d22)(lnrbzbdnnnnrlnnjarctan

38、7.4 整流輸出電壓和電流的諧波分析整流輸出電壓和電流的諧波分析 =0 時(shí)整流電壓、電流中的諧波有如下規(guī)律：時(shí)整流電壓、電流中的諧波有如下規(guī)律：（1）m脈波整流電壓ud0的諧波次數(shù)為mk（k=1，2，3.）次，即m的倍數(shù)次；整流電流的諧波由整流電壓諧波決定，也為mk次；（2）當(dāng)m一定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，表明最低次（m次）諧波是最主要的，其它次數(shù)的諧波相對(duì)較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載電流諧波幅值dn的減小更為迅速；（3） m增加時(shí)，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數(shù)迅速下降。 0 時(shí)的情況時(shí)的情況：波整流電壓諧波的一般表達(dá)式十分復(fù)雜，給出三相橋式整流電路的結(jié)果，說

39、明諧波電壓與 角的關(guān)系式為：以n為參變量，n次諧波幅值（取標(biāo)幺值）對(duì) 的關(guān)系如圖（三相全控橋電流連續(xù)時(shí)，以n為參變量的與 的關(guān)系）當(dāng) 從0 90 變化時(shí)，ud的諧波幅值隨 增大而增大， =90 時(shí)諧波幅值最大 從90 180之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)，ud的諧波幅值隨 增大而減小2l2 ucn030120 150 180600.10.20.390n=6n=12n=18/( )u2lcn2電力系統(tǒng)諧波分析計(jì)算電力系統(tǒng)諧波分析計(jì)算 諧波分析用于研究諧波的狀況，目的在于檢測諧振點(diǎn)，計(jì)算諧波電流和電壓及其諧波分析用于研究諧波的狀況，目的在于檢測諧振點(diǎn)，計(jì)算諧波電流和電壓及其畸變水平。常用方法有：畸

40、變水平。常用方法有：1、計(jì)算機(jī)程序諧波分析法：、計(jì)算機(jī)程序諧波分析法：建立每一次諧波的母線導(dǎo)納矩陣建立每一次諧波的母線導(dǎo)納矩陣(y)獲取每一次諧波的母線阻抗獲取每一次諧波的母線阻抗(z)在已知諧波電流源頻譜在已知諧波電流源頻譜(i)的情況下，求得母線電壓的情況下，求得母線電壓(v)計(jì)算線路電流計(jì)算線路電流:i=vz計(jì)算電壓和電流的畸變因數(shù)計(jì)算電壓和電流的畸變因數(shù)2、電子表格諧波分析法：通過計(jì)算系統(tǒng)中不同元件的諧波阻抗來處理問題。從某點(diǎn)上看、電子表格諧波分析法：通過計(jì)算系統(tǒng)中不同元件的諧波阻抗來處理問題。從某點(diǎn)上看出去，等效阻抗可以通過將串聯(lián)元件的阻抗相加或?qū)⒉⒙?lián)元件的導(dǎo)納相加來獲得，從出去，等

41、效阻抗可以通過將串聯(lián)元件的阻抗相加或?qū)⒉⒙?lián)元件的導(dǎo)納相加來獲得，從而得到阻抗掃描圖，該圖描述了被研母線的驅(qū)動(dòng)阻抗模值與諧波次數(shù)或頻率的關(guān)系曲而得到阻抗掃描圖，該圖描述了被研母線的驅(qū)動(dòng)阻抗模值與諧波次數(shù)或頻率的關(guān)系曲線，從中可檢測系統(tǒng)的諧振點(diǎn)。主要步驟有數(shù)據(jù)輸入和網(wǎng)絡(luò)分析（過程從略）線，從中可檢測系統(tǒng)的諧振點(diǎn)。主要步驟有數(shù)據(jù)輸入和網(wǎng)絡(luò)分析（過程從略）8、idc機(jī)房的諧波抑制機(jī)房的諧波抑制8.1、諧波抑制的意義和要求、諧波抑制的意義和要求諧波問題是關(guān)系到供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量的一個(gè)重要問題，它不但與供電部門有關(guān)，還關(guān)系到運(yùn)營企諧波問題是關(guān)系到供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量的一個(gè)重要問題，它不但與供電部門有關(guān)，還關(guān)

42、系到運(yùn)營企業(yè)的切身利益。業(yè)的切身利益。當(dāng)今社會(huì)當(dāng)今社會(huì)倡導(dǎo)倡導(dǎo)“高效高效”和和“節(jié)能節(jié)能”，除了提高產(chǎn)品的效率和推廣節(jié)能型產(chǎn)品外，在設(shè)備安裝和運(yùn)行，除了提高產(chǎn)品的效率和推廣節(jié)能型產(chǎn)品外，在設(shè)備安裝和運(yùn)行中應(yīng)注重治理中應(yīng)注重治理諧波干擾、消除電磁污染等手段諧波干擾、消除電磁污染等手段降低損耗。降低損耗。隨著電力污染問題日益嚴(yán)重，各國紛紛出臺(tái)治理措施和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)生電力污染的設(shè)備提出明確隨著電力污染問題日益嚴(yán)重，各國紛紛出臺(tái)治理措施和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)生電力污染的設(shè)備提出明確的限制。諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，從而降低諧波電的限制。諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器

43、，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，從而降低諧波電壓。壓。國標(biāo)國標(biāo)電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波(gb/t 14549-1993)規(guī)定：規(guī)定： 8.2、抑制諧波的方法、抑制諧波的方法通常電壓諧波是由電流諧波產(chǎn)生的，有效地抑制電流諧波就會(huì)使電壓通常電壓諧波是由電流諧波產(chǎn)生的，有效地抑制電流諧波就會(huì)使電壓畸變達(dá)到要求的范圍畸變達(dá)到要求的范圍, 取得了提高電源品質(zhì)和節(jié)能的雙重效果取得了提高電源品質(zhì)和節(jié)能的雙重效果 。常用的抑制諧波方式如下：常用的抑制諧波方式如下：1、增大變壓器、線纜等電力系統(tǒng)的容量；、增大變壓器、線纜等電力系統(tǒng)的容量；2、改變變壓器的聯(lián)接方式；、改變變壓器的聯(lián)接方式；3、

44、增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)、增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù) ；4、在線路中串入抗諧波電感器、在線路中串入抗諧波電感器 ；5、采用、采用lc調(diào)諧式濾波器（無源）；調(diào)諧式濾波器（無源）；6、采用、采用有源諧波處理器有源諧波處理器 ；7、igbt整流技術(shù)的諧波；整流技術(shù)的諧波；8.3、改變變壓器的聯(lián)接方式、改變變壓器的聯(lián)接方式這種方法僅抑制這種方法僅抑制3次和次和3n次諧波，例如型次諧波，例如型/y型變壓器，如圖型變壓器，如圖所示，三次諧波和所示，三次諧波和3n次諧波在繞組中形成環(huán)流，在輸入端消次諧波在繞組中形成環(huán)流，在輸入端消除除3n次諧波。次諧波。8.4、增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)、增加整流變壓器二

45、次側(cè)的相數(shù)整流器在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為整流器在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk1和和pk(p為整流相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)，為整流相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)，k為正整數(shù)為正整數(shù))。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)由由p=6增加到增加到p=12時(shí)，可以有效地消除幅值較大的低頻項(xiàng)，時(shí)，可以有效地消除幅值較大的低頻項(xiàng)，從而大大地降低了諧波電流的有效值。例如：下圖中從而大大地降低了諧波電流的有效值。例如：下圖中12脈脈沖整流器，采用兩組沖整流器，采用兩組6脈沖整流器經(jīng)脈沖整流器經(jīng)30移相后迭加，約為移相后迭加，約為6脈沖整流器脈沖整流器thdi（30）的二分之一。）的二分之一。 %.)()(.)()(1513

46、11112212132111121122112iiiiiidhhkkkthdisn1/2 sn12p6p8.5、在線路中串入抗諧波電感器（無源）、在線路中串入抗諧波電感器（無源）串電感主要適用于三次諧波的治理；串電感主要適用于三次諧波的治理；例如：例如：ups之前采用串聯(lián)電抗器之前采用串聯(lián)電抗器lf作為諧波抑制，其等效電路如下圖。作為諧波抑制，其等效電路如下圖。電源和線路阻抗為電源和線路阻抗為ls，e為理想電壓源，為理想電壓源，b點(diǎn)的電壓失真度點(diǎn)的電壓失真度thdu為為d，則則a點(diǎn)的電壓失真度為點(diǎn)的電壓失真度為d fssllldd8.6、采用、采用lc調(diào)諧式濾波器（無源）調(diào)諧式濾波器（無源）調(diào)

47、諧式濾波器僅按諧波頻率選擇衰減次數(shù)，這是用電感元件和電容元件構(gòu)成的濾波器，調(diào)諧式濾波器僅按諧波頻率選擇衰減次數(shù)，這是用電感元件和電容元件構(gòu)成的濾波器，對(duì)濾除高頻脈沖尖刺有一定的效果，但必須保證電感元件在強(qiáng)電流通過時(shí)，產(chǎn)生的壓對(duì)濾除高頻脈沖尖刺有一定的效果，但必須保證電感元件在強(qiáng)電流通過時(shí)，產(chǎn)生的壓降不能影響其它電氣設(shè)備的正常工作。簡單的降不能影響其它電氣設(shè)備的正常工作。簡單的lc濾波器難以濾除頻率較低、幅值較大濾波器難以濾除頻率較低、幅值較大的畸變波。的畸變波。例如：例如：ups之前采用之前采用lc調(diào)諧式濾波器作為諧波抑制時(shí)，設(shè)電源和線路阻抗為調(diào)諧式濾波器作為諧波抑制時(shí)，設(shè)電源和線路阻抗為ls

48、、濾波、濾波器的串聯(lián)電抗器為器的串聯(lián)電抗器為lf、電容為、電容為cp、并聯(lián)電抗器為、并聯(lián)電抗器為lp，即圖所示的等效電路，即圖所示的等效電路,則輸入端則輸入端的第的第n次諧波電流為次諧波電流為：fspphnsnpnpnhnhnllllizzzii6 pulse scr rectifier + h5 filter滿載時(shí)滿載時(shí)thdi: 5-7%thdi: 5-7%12 pulse scr rectifier + h11 filter滿載時(shí)滿載時(shí)thdi: 3-5%thdi: 3-5%8.7、采用、采用有源諧波處理器有源諧波處理器隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補(bǔ)償技術(shù)日益成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。

49、較傳統(tǒng)的無源濾隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補(bǔ)償技術(shù)日益成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。較傳統(tǒng)的無源濾波補(bǔ)償系統(tǒng)，它具有功能多，適應(yīng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著價(jià)格的不斷下降，應(yīng)用將日波補(bǔ)償系統(tǒng)，它具有功能多，適應(yīng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，隨著價(jià)格的不斷下降，應(yīng)用將日益普遍。原理圖如下：益普遍。原理圖如下：目前應(yīng)用的有源諧波調(diào)節(jié)器具有友好的用戶界面，通過對(duì)話窗進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)置，真實(shí)地將用戶現(xiàn)目前應(yīng)用的有源諧波調(diào)節(jié)器具有友好的用戶界面，通過對(duì)話窗進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)置，真實(shí)地將用戶現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)反饋至有源諧波調(diào)節(jié)器中，讓其通過采樣拾取器實(shí)時(shí)捕捉諧波，全面有效地抑制電場實(shí)際狀態(tài)反饋至有源諧波調(diào)節(jié)器中，讓其通過采樣拾取器實(shí)

50、時(shí)捕捉諧波，全面有效地抑制電網(wǎng)中的諧波。該調(diào)節(jié)器還具有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)中的諧波。該調(diào)節(jié)器還具有標(biāo)準(zhǔn)的rs232接口，可方便地將諧波信息與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)通訊接口，可方便地將諧波信息與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)通訊 線路連接的系統(tǒng)框圖線路連接的系統(tǒng)框圖有源諧波處理器的原理圖有源諧波處理器的原理圖8.8、igbt整流技術(shù)的諧波整流技術(shù)的諧波絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 （insulated-gate bipolar transistorigbt），采用），采用igbt整流技術(shù)的整流技術(shù)的ups其其thdi僅有僅有3%，在諧波抑制、可控性方面，在諧波抑制、可控性方面具有較大優(yōu)勢；具有較大優(yōu)勢； igbt的結(jié)構(gòu)和情況的結(jié)構(gòu)和情

51、況三端器件：柵極三端器件：柵極g、集電極、集電極c和發(fā)射極和發(fā)射極e gtr（電力晶體管）和（電力晶體管）和mosfet（電力（電力場效應(yīng)晶體管）復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，場效應(yīng)晶體管）復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，一般應(yīng)用于小容量系統(tǒng)；具有良好的特性，一般應(yīng)用于小容量系統(tǒng)； 1986年投入市場后，取代了年投入市場后，取代了gtr和一部和一部分分mosfet的市場的市場,中小功率電力電子設(shè)備中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件；的主導(dǎo)器件； 繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代gto（門極可關(guān)斷晶體管）的地位；門極可關(guān)斷晶體管）的地位；egcn+n-a)pn+n+

52、pn+n+p+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)j3j2j1gec+-+-+-idrnicvj1idronb)gcc)8.9、igbt的特性和參數(shù)特點(diǎn)的特性和參數(shù)特點(diǎn)igbt的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)：(1) 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000v以上時(shí)，開關(guān)損耗只有以上時(shí)，開關(guān)損耗只有g(shù)tr的的1/10，與，與電力電力mosfet相當(dāng)；相當(dāng)；(2) 相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比gtr大，且具有耐脈沖電流沖擊能力大，且具有耐脈沖電流沖擊能力(3) 通態(tài)壓降比通態(tài)壓降比mosfet低，特別是在電流較大的區(qū)域；低，特別是在電流較大的區(qū)域

53、；(4) 輸入阻抗高，輸入特性與輸入阻抗高，輸入特性與mosfet類似；類似；(5) 與與mosfet和和gtr相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)率高的特點(diǎn) ；igbt整流相比傳統(tǒng)的晶閘管整流缺點(diǎn)：整流相比傳統(tǒng)的晶閘管整流缺點(diǎn)：1.元件耐壓低，傳統(tǒng)晶閘管耐電網(wǎng)波動(dòng)可達(dá)元件耐壓低，傳統(tǒng)晶閘管耐電網(wǎng)波動(dòng)可達(dá)2000v以上，而以上，而igbt耐壓超過耐壓超過1000v時(shí)，穩(wěn)定性差。對(duì)于整流側(cè)的市電來講遠(yuǎn)比逆變側(cè)直流品質(zhì)要差得多；時(shí)，穩(wěn)定性差。對(duì)于整流側(cè)的市電來講遠(yuǎn)比逆變側(cè)直流品質(zhì)要差得多；2.單元件容量小，對(duì)于單元件容量

54、小，對(duì)于400kva-ups，需要多組，需要多組igbt器件并聯(lián)，而對(duì)于傳統(tǒng)的晶器件并聯(lián)，而對(duì)于傳統(tǒng)的晶閘管來講一個(gè)即可，故障率要高于傳統(tǒng)型；閘管來講一個(gè)即可，故障率要高于傳統(tǒng)型；3.igbt控制線路復(fù)雜，元器件多，相對(duì)的故障率要高，穩(wěn)定性要差；控制線路復(fù)雜，元器件多，相對(duì)的故障率要高，穩(wěn)定性要差；8.10-1、不同諧波抑制方式的比較、不同諧波抑制方式的比較改變變壓器的聯(lián)接方式、增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)、在線路中串入抗諧波電改變變壓器的聯(lián)接方式、增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)、在線路中串入抗諧波電感器等方式都具有一定局限性，僅能濾除或改變部分性能，同時(shí)由于需要串入系感器等方式都具有一定局限性，僅

55、能濾除或改變部分性能，同時(shí)由于需要串入系統(tǒng)主回路，當(dāng)本身故障時(shí)易引起事故，所以機(jī)房的統(tǒng)主回路，當(dāng)本身故障時(shí)易引起事故，所以機(jī)房的ups回路中不建議采用；回路中不建議采用；無源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對(duì)基波呈現(xiàn)容性，滿足無功補(bǔ)償無源濾波裝置，吸收高次諧波，而所有濾波支路對(duì)基波呈現(xiàn)容性，滿足無功補(bǔ)償要求，不必另裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡便。實(shí)際應(yīng)用中仍有局要求，不必另裝并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡便。實(shí)際應(yīng)用中仍有局限性；限性；有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價(jià)較高；有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價(jià)較高

56、； 1、第一代有源濾波補(bǔ)償裝置采用模擬和數(shù)字邏輯電路進(jìn)行電流檢測和電流注入的工、第一代有源濾波補(bǔ)償裝置采用模擬和數(shù)字邏輯電路進(jìn)行電流檢測和電流注入的工作原理，通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流波形，濾除波形中的基波作原理，通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流波形，濾除波形中的基波(50/60hz)成分，將剩成分，將剩余部分的波形反向，通過控制余部分的波形反向，通過控制igbts的觸發(fā)，將反向電流注入供電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)的觸發(fā)，將反向電流注入供電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)濾除諧波、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)波動(dòng)、抑制諧振、提高功率因數(shù)等功能；濾除諧波、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)波動(dòng)、抑制諧振、提高功率因數(shù)等功能；2、第二代有源濾波補(bǔ)償裝置采用、第二代有源濾波補(bǔ)償裝置采用

57、dsp和和igbts電子技術(shù)，通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流諧電子技術(shù)，通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流諧波，將反向諧波電流注入供電系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)濾除諧波、提高功率因數(shù)等功能。波，將反向諧波電流注入供電系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)濾除諧波、提高功率因數(shù)等功能。8.10-2、不同諧波處理方式的比較、不同諧波處理方式的比較1、按標(biāo)準(zhǔn)分析：、按標(biāo)準(zhǔn)分析：綠底是綠底是iec 61000-3-4 諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求，紅字為不滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求，紅字為不滿足iec標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的部分，的部分，thm有源濾波器是唯一能全面滿足有源濾波器是唯一能全面滿足 iec標(biāo)準(zhǔn)的濾波器標(biāo)準(zhǔn)的濾波器 8.10-2、不同諧波處理方式的比較、不同諧波處理方式的比較輸入

58、電流輸入電流失真度失真度諧波諧波抑制方式抑制方式輸入輸入功率因數(shù)功率因數(shù)電氣電氣隔離隔離效率降低效率降低6脈沖整流器脈沖整流器33 %-0.82否否12脈沖整流器脈沖整流器10-12 %部分部分0.85是是2-3 %移相式濾波器移相式濾波器3 -10 %部分部分0.9否否1-2 %lc無源濾波器無源濾波器 5 %部分部分0.95否否 1%lc補(bǔ)償式濾波器補(bǔ)償式濾波器 5 %部分部分0.9否否 1%thm有源濾波器有源濾波器0.99否否=10倍； 安全性:并聯(lián)方式可保證對(duì)負(fù)載供電的連續(xù)性和安全性； 節(jié)能性：可提高負(fù)載的輸入功率因數(shù)，降低負(fù)載從電網(wǎng)中耗用的電流有效值和視在功率，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能； 凈化

59、電源：改善電磁兼容性，減少設(shè)備間的傳導(dǎo)干擾，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性， 消除對(duì)電網(wǎng)的污染； 滿足標(biāo)準(zhǔn)：最大限度滿足iec61000-3-4標(biāo)準(zhǔn)和通信標(biāo)準(zhǔn)（yd/t 1095 - 2000 10.抑制諧波干擾方法及效果對(duì)比抑制諧波干擾方法及效果對(duì)比 方方 式式優(yōu)優(yōu) 缺缺 點(diǎn)點(diǎn)增大電力系統(tǒng)的供電增大電力系統(tǒng)的供電容量和電纜、開關(guān)等容量和電纜、開關(guān)等諧波沒有消除，且成本昂貴；諧波沒有消除，且成本昂貴；變壓器以不同的方式聯(lián)接變壓器以不同的方式聯(lián)接僅能限制僅能限制3次和次和3n次諧波，且目前高低壓電網(wǎng)已定，次諧波，且目前高低壓電網(wǎng)已定，不可改造；不可改造；采用采用12脈沖整流、脈沖整流、移相式濾波器移相式濾

60、波器僅能削減僅能削減5次和次和7次諧波。效率低，損耗大；次諧波。效率低，損耗大；效果差，不滿足效果差，不滿足iec61000-3-4標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)；上電時(shí)有非常大的浪涌電流；上電時(shí)有非常大的浪涌電流；抗諧波電感器抗諧波電感器（lc無源濾波）無源濾波）僅能有限度地降低諧波電流僅能有限度地降低諧波電流thdi，安全性差；，安全性差；調(diào)諧式濾波器調(diào)諧式濾波器（有源調(diào)諧（有源調(diào)諧+lc濾波）濾波）僅能按諧波頻率選擇衰減次數(shù)，安全性差；僅能按諧波頻率選擇衰減次數(shù)，安全性差；igbt型整流和逆變型整流和逆變小功率小功率60kw以下較好，大功率時(shí)控制系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)以下較好，大功率時(shí)控制系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性待