諧波對電氣設(shè)備的影響

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力諧波對設(shè)備的影響【摘要】簡要論述了諧波是如何產(chǎn)生的，為什么諧波的出現(xiàn)會影響電力設(shè)備，以及如何將這些影響變?yōu)樽钚??！娟P(guān)鍵詞】諧波 設(shè)備 影響1諧波是怎樣產(chǎn)生的在理想的電力系統(tǒng)中，電流和電壓都是純粹的正弦波。實際上，當電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時，就形成非正弦電流。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流和施加的電壓成正比。所以如果所加電壓是正弦的話，流過的電流就是正弦的，如圖1所表示的那樣。其中的負荷線表示外加電壓和負荷中所生電流的關(guān)系，圖1中表示的電流波形與電壓波形是和線性負荷相對應的。應指明，在有無功元件的場合，在電壓和電流波形間有一

2、個相位移動，功率因數(shù)變低了，但線路仍是線性的。圖2是負荷為簡單的全波整流器及電容器時的情況。在這個情況下電流只有在電源電壓超過存貯電容器上存的電壓時才流通，亦即接近正弦波電壓峰值附近時，如負荷線的形態(tài)所示。實際上負荷線(此處的電流波形)比本例所說的要更為復雜，可以是某種非對稱的、磁滯形的以及轉(zhuǎn)折形的，并且斜率也是隨負荷而變的任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦加上許多諧波頻率的正弦。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍，例如基頻為50Hz時，二次諧波為100Hz，而三次諧波則為150Hz。諧波電流在供電系統(tǒng)及設(shè)備內(nèi)部均會造成問題，其效果不一，需分別加以研究。2諧波對電力設(shè)備的影響及應對方法2.1電壓畸變因為

3、供電系統(tǒng)有內(nèi)阻抗，所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變。此阻抗有兩個組成部分：公共耦合點(PCC)的內(nèi)部電纜走線的阻抗 ，以及在PCC上供電系統(tǒng)的固有阻抗，以就地供電變壓器為例加以說明。由非線性負荷形成的畸變的負荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形，加到與此同一電路相連的全部的別的負荷上去，而形成諧波電流在其上流過，甚至它們是線性的負荷時也是如此。問題的解決辦法是把產(chǎn)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開，這里線性負荷和非線性負荷從公共連接點用分別的電路饋電，以使由非線性負荷產(chǎn)生的電壓畸變不會達到線性負荷上去。為了使問題簡化，本例中假設(shè)在公共耦合

4、點(PCC)上的電源阻抗為零。在實際上此電源阻抗很低但有一定數(shù)值，并有電感成分而使由諧波電流產(chǎn)生的諧波電壓畸變加劇。2.2中線導線的過熱在三相系統(tǒng)中每個相線對星形接法的中點電壓間有120°的相位移動，故當每相的負荷相等時，在中線上的電流為零。當三相負荷不均衡時，只有去掉均衡值以后的電流流入中線。安裝者利用這一好處可把中線導線容量減少一半。然而，雖然基波電流可相互抵消，但諧波電流則不是這樣的事實上它們都是三次諧波有奇數(shù)位(“3N倍”的諧波)在中線上矢量相加。最新研究表明相電流為100A時，中線電流竟達150A。中線電流可輕易地接近相電流的兩倍來流過截面減半的中線導線。所以中線的截面應該

5、是每相導線截面的兩倍，用五芯電纜可方便地實現(xiàn)這一方案；每相用一個芯線而中線則用兩個芯線，如果搞不到五芯電纜，就最好是用一根兩倍截面的電纜做中線。2.3對變壓器和感應電動機的影響(1)變壓器三相變壓器對高次諧波的響應狀況取決于所用的連接方式(星形的或三角形的連接)。對于星/星(Y/Y)接法，相電流間的任何不平衡結(jié)果會使星點電氣位移，使相線對中線的電壓不相等。3N倍的諧波電流在一次及二次的相線對中線的電壓上均造成諧波電壓并使星點的電壓脈動。如果一次是四線制的(即星點連接中線)，電壓就不會有畸變，但一次中線上要流過諧波電流，就會引起電源系統(tǒng)的畸變。加上第三個三角形接法的繞阻就可以克服這個問題(容量為

6、變壓器額定值的30)，它給循環(huán)不均衡的及3N次諧波提供了通路，這樣就可防止它們傳回入配電系統(tǒng)。對于三角形/星形(/Y)接法，不平衡和3N次諧波電流在一次繞阻循環(huán)流動而不會傳到電源系統(tǒng)中去。這種接法是配電變壓器中最常用的一種。應注意，所有的其他諧波都會傳回到電源系統(tǒng)中去，結(jié)果將廣泛散布開來。如所了解的那樣，較低次數(shù)的諧波是最麻煩的，因為它們比較強大，系統(tǒng)的阻抗不能將它們衰減多少，并且很難將它們從電源中消除。無論是傳出去與否，所有的諧波都要增大在變壓器的繞阻和鐵心上的損耗，環(huán)流不做有用功，但會引起額外的損耗并增加繞阻的溫度，更高的諧波頻率使磁損及渦流損耗加大。 (2)感應電動機和變壓器中的道理一樣

7、，諧波畸變會加大電動機中的損耗。然而，由于勵磁磁場的諧波會產(chǎn)生附加的損耗，每個諧波分量都有自身的相序(正序、逆序、零序)，它表示旋轉(zhuǎn)的方向(在感應電動機中相對于基波磁場的正向而言的)。諧波次數(shù)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相序 0 0 0 0零序諧波(3次及3的倍數(shù)，即“3N”次諧波)產(chǎn)生不變的磁場，但是因為諧波頻率較高，故磁性損耗大大增高而將諧波能量以熱的方式放出。負序的諧波產(chǎn)生反方向旋轉(zhuǎn)的磁場(相對于基波而言)，而使電機的力矩下降，并和零序諧波一樣，產(chǎn)生更多的損耗。正序諧波產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁場來加大力矩，它和負序分量一起，可造成電機的振動而降低電機壽命。 2.4斷路器的

8、騷擾跳閘剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)相線及中性線中的電流之和來動作的，如果結(jié)果不在額定的限度之內(nèi)時，就將負荷的電源切斷。有下面的兩個原因，在出現(xiàn)諧波時騷擾跳閘就會發(fā)生。第一，因為RCCB是機電裝置，有時不能準確獲得高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計算所得或簡單量測的值要大。大多數(shù)的便攜式測量儀表并不能讀出真實的電流方均根值，相反，它們測到的是平均值，然后假設(shè)波形是純正弦的再乘一個校正系數(shù)。在有諧波時，這樣讀出的結(jié)果可能比真實數(shù)值低得多，而這就意味著過電流脫扣被整定在一個十分低的數(shù)值上。真實的方均根值的測量需要一個響應寬頻帶和精確的高速乘法運算，這

9、直到近似的數(shù)字信號處理技術(shù)也是難于在廉價的便攜式儀表上實現(xiàn)的?，F(xiàn)代便攜式儀表可在峰值因數(shù)大于3，精度(包括電流互感器)為5之下測波形。峰值因數(shù)是峰值和方均根值之比，對于正弦波為1.41。現(xiàn)在剩余電流斷路器就成為檢測電流方均根值的有實用價值的電器，連同真實的方均根測量，便可提供可靠的工作。2.5集膚效應交流電流趨向于在導體的外表面流動，即眾所周知的集膚效應，它在高頻方面更為顯著。通常因為集膚效應在電網(wǎng)頻率下影響很小而被忽略，但是大約在300Hz以上(亦即七次諧波及其以上時)，集膚效應將應變?yōu)轱@著的而導致附加的損耗和過熱。在有諧波電流的場合，設(shè)計者應考慮集膚效應并適當降低電纜的額定容量。例如采用多芯電纜或分層的母線來克服這個問題。3結(jié)束語近年來，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量已在急劇增長，并將繼續(xù)增長。諧波負荷電流是由所有的非線性負荷所產(chǎn)生的。例如，開關(guān)模式電源，電子熒光燈鎮(zhèn)流，調(diào)速的傳動裝置，不間斷電源，磁性鐵心裝置。了解諧波的產(chǎn)生及對設(shè)備造成的影響，為我們