應(yīng)急電源論文參考

1、電力大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目EPS應(yīng)急電源專業(yè)電氣工程及其自動化班級學(xué)生姓名指導(dǎo)教師大學(xué)成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書姓名專業(yè)電氣工程及其自動化班級畢業(yè)設(shè)計（論文）題目EPS也成應(yīng)急電源畢業(yè)設(shè)計（論文）工作起止時間地點畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容：論文主要內(nèi)容：本文介紹了EPS的概念，諧波的產(chǎn)生、危害以及濾除方法，地鐵軌道交通EPS輸出濾波電路的工作原理、電路組成、濾波性能、濾波電路損耗產(chǎn)生分析以及各種損耗的推導(dǎo)和計算，對于濾波電路的損耗能夠有進一步認識修改目錄即可。畢業(yè)設(shè)計（論文）的要求：論文最終稿應(yīng)該是像一本書一樣裝訂成冊的本子。1.字數(shù)要求：本科12000字，?？?0000字。2畢業(yè)設(shè)計（

2、論文）應(yīng)包括的部分及其裝訂順序：封面；任務(wù)書；中文摘要（包括關(guān)鍵詞）;目錄；正文；參考文獻，附錄。3.論文中最多可寫到四級標題，最少也要寫到三級標題，并且目錄中的標題要與正文中標題保持一致，格式如下：一級標題“第一章*”  二級標題“1.1 *”   三級標題“1.1.1*”四級標題“1.1.1.1*”4.論文一律用A4紙打印。論文題目不在正文中顯示。中文行距為固定值20磅，英文用1.5倍行距。版面上空2.5cm，下空2cm，左空2.5cm，右空2cm(左裝訂)。5.對字體和字號的要求如下：第一層次(章)題序和標題用小二號黑體字，題序和標題之間空兩字，不

3、加標點，下同；第二層次(節(jié))題序和標題用小三號黑體字；第三層次(條)題序和標題用四號黑體字；第四層次(款)題序和標題用小四號黑體字；第五層次(項)以下標題和題序與第四層次同。正文內(nèi)容均用小四號宋體字。6頁眉為“華北電力大學(xué)成教畢業(yè)設(shè)計論文”，封面頁不用頁眉。詳細要求請參閱華北電力大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計（論文）工作的暫行規(guī)定.指導(dǎo)教師簽名：摘要EPS也成應(yīng)急電源，是英文Emergency Power Supply的簡稱。近年來，EPS供電系統(tǒng)以其特有的優(yōu)越性和環(huán)保性在消防、應(yīng)急照明等場合得到了日益廣泛的應(yīng)用，但這些場合都不包括精密的電子數(shù)字通信設(shè)備，對提供的電源質(zhì)量要求不是很高?，F(xiàn)在我們提出把

4、EPS應(yīng)用到擁有復(fù)雜而且精密的設(shè)備中，因此相應(yīng)要求EPS所提供的電源質(zhì)量和效率就要相當高，這就對濾波技術(shù)產(chǎn)生了新的需求。關(guān)鍵詞：應(yīng)急電源；濾波電路；損耗；諧波目錄摘要3第1章前言31.1.規(guī)劃背景71.2.規(guī)劃思路和原則81.2.1規(guī)劃思路91.2.2規(guī)劃原則91.3.規(guī)劃范圍及年限91.3.1規(guī)劃范圍91.3.2規(guī)劃年限101.4規(guī)劃依據(jù)101.5規(guī)劃主要內(nèi)容10第2章區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展概況72.1區(qū)域概況72.1.1地理位置72.1.2自然地貌82.2 歷史沿革122.3社會經(jīng)濟發(fā)展概況132.4城鄉(xiāng)發(fā)展方向152.5小結(jié)15第3章現(xiàn)狀電網(wǎng)分析153.1現(xiàn)狀電網(wǎng)概述163.2高壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

5、183.3高壓配電網(wǎng)設(shè)備情況183.3.1高壓變電站193.3.2高壓線路193.4現(xiàn)狀高壓電網(wǎng)運行情況213.4.1變電站負載率分析223.4.2線路負載率分析233.4.3轉(zhuǎn)供能力分析73.5存在的主要問題7第4章電力需求預(yù)測244.1電力需求預(yù)測總體思路244.1.1預(yù)測思路和方法274.1.2預(yù)測依據(jù)284.2電力需求歷史發(fā)展分析224.2.1電量負荷增長情況224.2.2電力與國民經(jīng)濟關(guān)系分析224.3電量、負荷預(yù)測244.3.1總電量預(yù)測224.3.2總負荷預(yù)測224.4小結(jié)22第5章電網(wǎng)規(guī)劃原則295.1規(guī)劃目標295.1.135kV及以上電網(wǎng)規(guī)劃目標295.1.210kV電網(wǎng)規(guī)

6、劃目標295.2技術(shù)總則305.3高壓配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)原則335.3.1電壓等級335.3.2供電可靠性345.3.3容載比345.3.4網(wǎng)絡(luò)接線95.3.5變電站標準形式及主接線95.3.6無功補償95.3.7短路容量95.3.8中性點接地95.3.9供電設(shè)施95.4中壓配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)原則95.4.1配電裝置使用標準95.4.2中壓架空配電網(wǎng)絡(luò)95.4.3中壓電纜配電網(wǎng)絡(luò)95.4.4開閉所、配電站（室）和配電變壓器95.4.5低壓配電網(wǎng)9第6章高壓配電網(wǎng)規(guī)劃356.1高壓配電網(wǎng)規(guī)劃思路356.2電源接入原則和對上級電網(wǎng)建議366.3電力平衡366.4變電站規(guī)劃366.4.1變電站布點情況96.

7、4.2變電容載比校核96.5高壓網(wǎng)架規(guī)劃366.5.1總體思路366.5.2網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果366.5.3網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案描述366.5.4高壓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過渡分析366.6無功規(guī)則366.7電氣計算結(jié)果366.7.1潮流計算366.7.2“N-1”校驗366.7.3短路電流計算366.8小結(jié)36第7章投資估算及經(jīng)濟效益分析247.1未來的展望367.1.1單位工程造價367.1.2克東縣高壓項目投資367.2綜合效益分析367.2.1完善電力網(wǎng)絡(luò)367.2.2提高供電企業(yè)效益367.2.3增大整體社會效益367.3小結(jié)36第8章主要結(jié)論358.1規(guī)劃報告的主要內(nèi)容368.1.1邊界條件劃分368.1.2

8、規(guī)劃報告主要結(jié)論368.1.3投資估算368.2電網(wǎng)現(xiàn)存問題的解決程度368.3需要政府支持和決策的問題368.4進一步研究的關(guān)鍵問題及下一步工作的建議36結(jié)論37參考文獻38致謝39第1章前言現(xiàn)代化社會的發(fā)展以及信息化的日益普及，我們的生活生產(chǎn)也越發(fā)以來電力。突然地斷電勢必會給正常生活秩序、工作學(xué)習(xí)和生產(chǎn)帶來巨大影響，尤其是對生產(chǎn)中特別關(guān)鍵的負荷，一旦失去供電，將會早場重大經(jīng)濟損失或者嚴重事故。但是供電的故障時常是突發(fā)的，即使再完善的電網(wǎng)設(shè)備，意外的斷電也在所難免。所以從目前看來，很多場合僅僅靠公共電網(wǎng)遠遠不能勝任，必須具備應(yīng)急供電系統(tǒng)，其主要作用是在事故和故障發(fā)生后確保提供所需的應(yīng)急電力，

9、以便有效地降低或者緩解斷電而造成的損失，給人們生產(chǎn)和生活安全帶來保障。應(yīng)急供電系統(tǒng)中較為常見的是柴油發(fā)電機和蓄電池。近年來，隨著電力電子逆變技術(shù)的成型及其產(chǎn)品成本的下降，一種新型無公害、高安全性、高驅(qū)動型的大型應(yīng)急電源正在逐步取代以前的電源。本文中著重研究的EPS電源就是上述的這種優(yōu)秀應(yīng)急供電系統(tǒng)。EPS也稱應(yīng)急電源，是英文Emergency Power Supply 的簡稱，它是運用IGBT逆變技術(shù)，以CPU控制，應(yīng)用高電子集成整體模塊化結(jié)構(gòu)的強弱電一體化供電系統(tǒng)。它在緊急情況下能作為重要負荷的第二或第三電源供給，可以成為不少場合的UPS、柴油發(fā)電機組的代替產(chǎn)品。目前EPS系統(tǒng)一般是應(yīng)用在高

10、層建筑供電和消防供電，這些場合都不包括精密的電子儀器和數(shù)字設(shè)備，對提供的電源質(zhì)量要求不是很高。如果我們要把EPS應(yīng)用到擁有復(fù)雜而且精密的設(shè)備上（比如地鐵上的通信系統(tǒng)），由于地鐵機車擁有復(fù)雜而其精密的大型設(shè)備，因此相應(yīng)要求EPS所提供輸出的電源質(zhì)量和效率就要相當高，這就對電源輸出電路的濾波技術(shù)產(chǎn)生了新的要求。1基于精密電子設(shè)備對EPS電源的苛刻要求，在這里提出了提高電源質(zhì)量和提高電源的效率的問題。EPS電源中包含了DC/DC變換、DC/AC變換和輸出濾波這三個環(huán)節(jié)。對于第一級變換器件，DC/DC一般采用軟件開關(guān)技術(shù)，可以達到95%的效率。第二級變換器件DC/AC變換器也采取了特殊控制，并且可以達

11、到97%的效率。所以，單靠提高前兩級的效率的技術(shù)措施和努力已經(jīng)接近極限，幾乎很難在挖掘潛力了。而第三級輸出濾波器的效率問題，往往被我們疏忽，如何將濾波器的效率提高到98%以上，如何將高次諧波濾除，同時還有考慮成本重量體積等參數(shù)上達到理想效果，成為了現(xiàn)在研究的熱點。所以本文首先將介紹EPS電源的基本知識和工作原理，然后再介紹電路中的諧波概念、諧波產(chǎn)生及其危害，并且把重點放在如何濾除高次諧波、如何設(shè)計濾波電路、優(yōu)化濾波電路元件參數(shù)、對電路進行仿真、對濾波器的損耗進行計算上、最后用實驗來驗證理論的計算公式，希望對高濾波器的效率提供一個簡明的理論基礎(chǔ)，和濾波器損耗分析的方法，以及一個研究EPS無源濾波

12、器的一般方法。第2章 EPS 電源簡介 EPS目前被廣泛應(yīng)用于建筑電氣領(lǐng)域，消防領(lǐng)域以及其他特殊應(yīng)急供電場合，是近幾年才迅速發(fā)展起來的一個新興行業(yè)。EPS電源能在停電時在不同場合為各種用電設(shè)備供電。任何一套EPS裝置不論其容量大小、蓄電池多少、采用何種主電路結(jié)構(gòu)，從功能上來看都是由整流充電器、蓄電池逆變器燈變換組件、轉(zhuǎn)換開關(guān)、輸出配電開關(guān)、監(jiān)視報警、保護電路等幾部分組成的。也就是說，每一套裝置均包含了一組完善的蓄能電源和配電保護設(shè)施。這充分體現(xiàn)了作為應(yīng)急電源EPS的主要特點就是配置靈活、使用方便，而且適用范圍廣、負載適應(yīng)性強、安裝方便、效率高。采用集中供電的應(yīng)急電源可克服其他供電方式的諸多缺點

13、，減少不必要的電能浪費。在應(yīng)急事故、照明等用電場所，它與轉(zhuǎn)換效率較低的其他應(yīng)急供電系統(tǒng)相比較，具有更高的性價比。22.1 EPS電源的基本原理2.1.1EPS電源的基本結(jié)構(gòu)圖DC/DC DC/AC 濾波環(huán)節(jié)濾波電路PWM變換器蓄電池組升/降壓電路輸出圖2.1EPS原理圖目前常用的EPS的主電路采用雙向拓撲，其原理框圖如圖2.1所示。系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)狀況的不同工作于兩種模式：在電網(wǎng)正常的時候系統(tǒng)工作在并聯(lián)型有源濾波器（PAPF）模式，電網(wǎng)通過靜態(tài)開關(guān)直接向負載供電，由雙向PWM變流器構(gòu)成的并聯(lián)型有源濾波器可以對非線性負載提供諧波和無功電流補償，因而在網(wǎng)側(cè)可以得到接近于正弦的電流和較高的功率因數(shù)。于此

14、同時，雙向PWM變流器也類似于一個PWM整流器由網(wǎng)側(cè)將有功能量提供給蓄電池充電電路：當電網(wǎng)不正常的時候，該系統(tǒng)工作于應(yīng)急電源（EPS）模式，此時由蓄電池升壓供電，經(jīng)雙向PWM變流器逆變，為負載提供穩(wěn)定的三相交流電源。因此，雙向PWM變流器既可以實現(xiàn)市電正常時的整流、功率因數(shù)校正和諧波補償，也可以實現(xiàn)市電故障時的逆變。雙向DC/DC電路，既可以實現(xiàn)在市電正常時的降壓功能給蓄電池充電，也可以實現(xiàn)市電故障時的蓄電池電壓升壓功能。這樣就大大簡化了EPS電路結(jié)構(gòu)，很好的解決了傳統(tǒng)EPS電路的缺陷，并且降低了成本。整個系統(tǒng)應(yīng)用了全數(shù)字控制技術(shù)DSP控制技術(shù)，因此，實現(xiàn)了EPS產(chǎn)品的綠色化、智能化、低成本的

15、要求。2.1.2SPWM控制技術(shù)本文中所用的EPS逆變電路采用SPWM控制技術(shù)。在采樣控制理論中有一個重要的原理既沖量等效原理：大小、波形不同的窄脈沖變量作用于慣性系統(tǒng)時，只要其沖量即變量對時間的積分相等，其輸出效果基本相同。其中，沖量是指窄脈沖的面積，效果基本相同是指輸出相應(yīng)的波形基本相同。如果把輸出波形進行傅立葉變換分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段有差異。這個理論是PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)。3如果把一個正弦半波分成N等份，然后把每一等份的正弦曲線與橫軸包圍的面積用與它等面積的等高不等寬的矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點與正弦波每一等份的中點重合。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，這樣的一系列的矩

16、形脈沖與正弦半波是等效的，對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。想這樣脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化并且和正弦波等效的PWM波形，就是SPWM（Sinusoidal PWM）波。以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrier Wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation Wave），當調(diào)制波與載波相交時，有它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而可以獲得在正弦調(diào)制波的半個周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波圖2.2是三相PWM逆變器的主電路。圖2.3是與其相對應(yīng)的三相SPWM控制，相位差為120&#

17、176;。三相SPWM控制信號與三角載波相比較所得的控制信號分別控制三相PWM逆變器的三個橋臂，每個橋臂的上下開關(guān)由一組互補的PWM信號控制導(dǎo)通、關(guān)閉，從而得到三相輸出電壓。該輸出電壓經(jīng)過輸出濾波便可以得到所需的三相正弦電壓。4圖2.2 PWM逆變器主電路圖2.3 SPWM波逆變控制原理由于PWM變壓變頻器的應(yīng)用非常廣泛，已制成多種專用集成電路芯片作為SPWM信號的發(fā)生器，后來更進一步把它做在微機芯片里面，生產(chǎn)出多種帶PWM信號輸出口的8位、16位微機芯片和DSP。2.1.3EPS常用蓄電池蓄電池是UPS/EPS的心臟，不管UPS/EPS電路多么先進。其性能最終取決于它的電池，一旦電池失效，再

18、好的UPS/EPS也無法提供不間斷供電。目前，UPS/EPS一般都使用免維護密封鉛酸蓄電池，由于采用陰極吸收式密封技術(shù)，克服了普通蓄電池需要定期補水的缺點，具有“免維護”、使用方便、不污染環(huán)境、體積小、重量輕的優(yōu)點。它使用高氫過電位的板柵材料，減少了電池在存放和充電過程中的氣體分解。正極表面的超細玻璃纖維膜，阻止了活性物質(zhì)脫落，提高了電池的壽命。安全閥的使用使蓄電池很少產(chǎn)生氣體，又可使已產(chǎn)生的氧氣被負極所吸收，使蓄電池無水的損失，達到了密封免維護的目的。一般情況下，影響電池性能的主要因素是連續(xù)充電，電池連續(xù)充電大約要減少一半的使用壽命。目前國外使用一種 ABM（Advanced Battery

19、 Management）三階段電池管理方案，既充電分成三個階段：第一階段是恒流均衡充電，將電池容量沖到90%：第二階段是浮充充電，將電池容量充到100%，然后停止充電：第三階段是自然放電，在這個階段里，電池利用自身的漏電流放電，一直到規(guī)定的電壓下限，再重復(fù)上述的三個階段。這種方式改變了以前那種充滿電后，仍使電池處于一天24小時的浮充狀態(tài)，因此延長了電池的壽命。金屬化鎳氫電池具有高能量密度的優(yōu)點，而且又無鎳鎘電池可能造成的鎘污染，將其應(yīng)用于UPS/EPS 可以收到小型輕量化的優(yōu)點，但它的缺點是售價太高。美國 Alupower 公司研發(fā)的高功率鉛-空氣備用電源裝置（RPU），運行時間50小時，功率

20、從600W到6000W，電壓有直流24V 和48V倆種，其能量密度是鉛酸電池的十多倍，重量只有鉛酸電池的1/10，所占空間只有鉛酸電池的1/7，有望取代鉛酸蓄電池應(yīng)用于UPS/EPS。在EPS中，廣泛使用蓄電池作為儲存電能的裝置。蓄電池需先用直流電源對其充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。當市電中斷時，EPS將依靠儲存在蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作。此時，蓄電池通過放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給EPS使用。目前在EPS中被廣泛使用的無需維護的密封式鉛酸蓄電池。這種免維護蓄電池比傳統(tǒng)蓄電池增加了許多重要改進，具有體積小、重量輕、自放電小、維護少、壽命長、使用方便、對環(huán)境無污染等優(yōu)良特性。與傳

21、統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，在使用、維護和管理上有著明顯的優(yōu)點。當電網(wǎng)發(fā)生故障時，蓄電池處于放電狀態(tài)，升降壓電路工作在升壓模式。一般采用Boost升壓電路，通過調(diào)整占空比，可以將較低的蓄電池電壓升到三相逆變器所需要較高的直流母線電壓，這樣可以大大減少蓄電池串聯(lián)個數(shù)，從而降低了成本。當電網(wǎng)恢復(fù)正常時，蓄電池處于充電狀態(tài)，升級壓電路工作在降壓模式。一般采用Buck降壓電路，通過調(diào)整占空比，可以將較高的直流母線電壓降低到蓄電池允許的較低的充電電壓，實現(xiàn)對蓄電池的充電。對蓄電池的管理方面，由于EPS的使用環(huán)境一般較惡劣，為盡可能延長蓄電池的使用壽命，故蓄電池充電器應(yīng)同時具備以下功能：5（1） 可設(shè)定充電限流：

22、（2） 可設(shè)定電池放電終止電壓：（3） 具有自動浮充功能：（4） 具有浮充電壓溫度補償功能：（5） 智能電池檢測功能：（6） 深放電保護（可強制應(yīng)急）。2.1.4輸出濾波電路三相逆變器的輸出電壓既包含了50Hz的基波，也包含了開關(guān)頻率及其鄰近頻帶的諧波。輸出電壓諧波聚集在以K（及其整數(shù)倍，其中K為開關(guān)頻率與輸出交流電50Hz頻率的比值）次諧波為中心所形成的雙邊頻帶上。因此在逆變器輸出端應(yīng)該設(shè)置濾波器。同時K值越高，K次（及其整數(shù)倍）頻率附近的高次諧波越容易濾除。也就是說，載波頻率越高，SPWM波形中的諧波頻率越高，也越容易濾除。濾波器是一種具有選擇性的四端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率的信號通過，而不

23、允許另一些頻率信號通過。允許通過信號頻率的范圍稱為通帶，不允許通過信號頻率的范圍稱為阻帶，通帶與阻帶交界的頻率稱為截止頻率。關(guān)于濾波環(huán)節(jié)下一章會深入研究。2.1.5 幾種專用EPS（1）應(yīng)急照明和事故照明類照明型的EPS一般以單相為主，主要為應(yīng)急照明場合（商場、娛樂場所、辦公場所、交易場所等）提供集中供電，如圖2.4所示。當輸入電源正常時，市電一路通過轉(zhuǎn)換裝置輸出給日常照明，另一路通過充電器給電池組充電，當控制器檢測到市電中斷或異常（偏低或偏高）時，向逆變器發(fā)出激活信號，并控制互投轉(zhuǎn)換裝置至逆變器輸出。當然，對于EPS的接法不同，還可以把EPS當作二路電源、三路電源使用。圖2.4 應(yīng)急照明類E

24、PS結(jié)構(gòu)圖（2）應(yīng)急照明及混合型負載類。此類型EPS一般適用于負載性質(zhì)比較復(fù)雜的場合，譬如既有照明型負載，又有動力型負載，所以一般以三相居多，如圖2.5所示。適用場合為賓館、高層建筑、醫(yī)院、大型商場等。圖2.5 混合型EPS結(jié)構(gòu)圖（3）本課題中所用EPS主要涉及地鐵機車，故著重分析電機專用的變頻起動類EPS。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.6所示：圖2.6 變頻啟動類EPS結(jié)構(gòu)圖此種類型EPS主要為電機類負載而設(shè)計，可以避免因電機起動過程中的大電流沖擊而損壞設(shè)備。因此被廣泛應(yīng)用于大功率電動機負載。當三相輸入市電正常時經(jīng)整流后給逆變器提供直流電，同時經(jīng)充電器對電池組充電：當三相輸入斷電或異常時，自動轉(zhuǎn)換成電池組

25、給變頻器提供直流電。當需要電機負載工作時，送給變頻器激活信號（運行信號、遠程控制信號等），變頻器會立即輸出。從050Hz變頻，供給電動機進行變頻起動，當其頻率到達50Hz后就會保持正常運行。2.2 EPS系統(tǒng)的保護為確保EPS安全可靠地運行，系統(tǒng)在軟件和硬件設(shè)計上均采取了保護措施，具體有過熱保護、過載保護、過流保護、蓄電池欠壓保護、反饋信號丟失保護、電源欠壓保護等保護措施。2.2.1過流保護和電源欠壓保護為了保護逆變系統(tǒng)的功率器件，需要設(shè)計電源欠壓保護和過流保護。以IGBT為例，由于擎住效應(yīng)，通過IGBT的電流過大會造成管子的損壞。實驗證明，當出現(xiàn)短路過電流故障時，如果保持驅(qū)動電壓VcE為15

26、V不變，50A的IGBT能承受250A過電流沖擊時間僅為5微妙，所以當現(xiàn)短路過電流時要求系統(tǒng)能快速保護。過流信號的檢測來源于霍爾傳感器和智能驅(qū)動芯片。系統(tǒng)對直流側(cè)和交流側(cè)電流進行采樣，將電流信號采樣后的電壓值與給定電壓相比較，采樣信號一旦大于給定電壓值，經(jīng)自鎖電路向主控芯片發(fā)出中斷請求，該中斷請求優(yōu)先級別最高，主控芯片迅速響應(yīng)封鎖觸發(fā)脈沖：當流動功率器件的電流過大時，智能驅(qū)動芯片會使它慢速關(guān)斷，同時，通過光耦隔離將過流信號發(fā)送到控制電路，控制電路會迅速封鎖觸發(fā)脈沖。與軟件保護相比，硬件保護會更加迅速及時，過流保護必須要由相應(yīng)的硬件保護電路來實現(xiàn)。另外，對系統(tǒng)的開關(guān)電源和驅(qū)動電源也要進行欠壓保護

27、檢測，如果開關(guān)電源欠壓可能會引起系統(tǒng)不能正常工作，如果驅(qū)動電源發(fā)生故障，開關(guān)管不能正常地關(guān)斷，也會引起開關(guān)管損壞。2.2.2蓄電池欠壓保護蓄電池在使用過程中，必須要對它進行欠壓保護，否則會因為深度放電而影響蓄電池的壽命。在EPS系統(tǒng)中，充電器在市電正常時會以浮充方式對蓄電池進行充電，蓄電池的充電最大電壓是由充電器決定的，在充電器的設(shè)計時要考慮蓄電池的過充問題。為保護蓄電池，在逆變器工作過程中必須對蓄電池電壓進行監(jiān)控，設(shè)置蓄電池的欠壓保護點，但如果監(jiān)控點只是設(shè)為某一定值，則容易產(chǎn)生振蕩。振蕩原因是：在系統(tǒng)運行時直流側(cè)電壓會有所下降，這時如果檢測直流側(cè)電壓低于保護點而停止了系統(tǒng)運行，這時直流側(cè)電壓

28、又會上升到保護點以上，系統(tǒng)又繼續(xù)運行，如果就出現(xiàn)停止、運行，運行、停止這種振蕩。為了避免出現(xiàn)這種振蕩現(xiàn)象，在軟件設(shè)計時要加入滯環(huán)2.2.3反饋信號丟失保護一般而言，不論單相EPS還是三相EPS系統(tǒng)，均只引入了一路電壓反饋信號（組合式的三相系統(tǒng)除外）組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。若在運行過程中，僅有的這路反饋信號丟失了，勢必會迅速造成PI調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)將以滿調(diào)度運行，這時輸出交流電壓很高，會損壞設(shè)備。因此，系統(tǒng)在運行中應(yīng)時刻檢測反饋信號，確信信號丟失就封鎖輸出。判斷信號丟失的依據(jù)是：如果當前調(diào)制波幅值大于或等于最大幅值的一半，而沒有檢測到輸出信號或輸出信號值特別小時，系統(tǒng)有可能已發(fā)生了故障。反饋信號丟失保

29、護是由軟件來實現(xiàn)的。2.2.4過熱保護功率器件以較高的開關(guān)頻率工作，開關(guān)損壞大，自身溫度同時會因此而升高，但溫度過高會對功率器件的工作特性產(chǎn)生影響，為了使開關(guān)管IGBT最大限度地工作，應(yīng)給IGBT加散熱片和風(fēng)扇給其降溫：考慮到降低系統(tǒng)功耗和噪音，風(fēng)扇不必要一直工作，可通過控制電路對其進行控制。當溫度升高到一定程度時才使風(fēng)扇工作，溫度將到一定時風(fēng)扇停止工作，為避免出現(xiàn)振蕩，風(fēng)扇啟動點和風(fēng)扇停止點之間需要設(shè)置滯環(huán)控制。如果系統(tǒng)溫度過高到危及到功率器件的安全時，控制電路將使系統(tǒng)停機，最高溫度保護點可由軟件設(shè)置。由于系統(tǒng)溫度的采樣是由溫度傳感器完成的，為了防止發(fā)生意外，提高系統(tǒng)的安全性，需要設(shè)置溫度檢

30、測信號丟失保護，當溫度檢測信號丟失時，應(yīng)該立即停止系統(tǒng)工作。2.2.5過載保護系統(tǒng)的過載時間長短體現(xiàn)了其抗短時沖擊電流的能力。系統(tǒng)過流通常指由于短路而引起的過流，如果不及時保護，會造成器件損壞：系統(tǒng)的過載是區(qū)別于系統(tǒng)過流的，它允許系統(tǒng)短時間內(nèi)在一定范圍超過額定電流運行，使系統(tǒng)具有抗短時沖擊電流的功能。但是，若系統(tǒng)在過載情況下仍長時間超負荷運行，勢必會影響系統(tǒng)的使用壽命，所以在設(shè)計時必須設(shè)置過載保護。過載保護是按等效發(fā)熱原理進行整定的，可以很方便地通過軟件編程來實現(xiàn)。2.3EPS電源的發(fā)展方向EPS電源的發(fā)展方向，可以概括為：高頻化、高效率、無污染、模塊化。（1）高頻化為縮小電源體積、減輕重量、

31、提高功率密度，并改善動態(tài)性能，EPS電源的工作頻率將進一步提高，由現(xiàn)在的200-300KHz提高到MHz以上。但是高頻化又會產(chǎn)生新的問題，如：功率開關(guān)損耗及無源元件的損耗會增大，高頻寄生參數(shù)問題等。（2）高效率應(yīng)用各種軟件開關(guān)技術(shù)，包括無源軟件開關(guān)技術(shù)、有源軟開關(guān)技術(shù)，如ZVS/ZCS諧振、準諧振、恒頻零開關(guān)技術(shù)以及零電壓（電流）轉(zhuǎn)換技術(shù)，還有適用于橋式電路的諧振直流環(huán)節(jié)逆變技術(shù)等，減少開關(guān)損耗及開關(guān)應(yīng)力，以實現(xiàn)高頻率的高效化。（3）無污染隨著電力電子裝置和電源的大量廣泛應(yīng)用，使輸入電流的諧波顯著增加，功率因數(shù)大大降低，供電網(wǎng)受到明顯污染。EPS電源的輸入端通常是二極管整流-電容濾波的組合電路

32、，其輸入電流波形成脈沖狀，交流側(cè)功率因數(shù)只有0.6-0.7。為了限制電源設(shè)備對電網(wǎng)的諧波電流影響，國際上制定了許多標準。提高EPS電源的輸入端功率因數(shù)，可用無源或有源功率因數(shù)校正技術(shù)，從而使輸入端功率因數(shù)接近1。（4）模塊化模塊化是用來適應(yīng)分布式電源供電系統(tǒng)的需要。過去，電源功率不大時，均是采用單一集中的供電方式。近年來有明顯的向分布式供電發(fā)展的趨勢。這是由于分布式供電，具有節(jié)能、高效經(jīng)濟、維護方便、可靠性高等優(yōu)點。而且這樣做極大減輕了對大功率元器件的研制壓力。（5）采用數(shù)字信號處理器（DSP）的數(shù)字PWM技術(shù)，也是數(shù)字控制技術(shù)的核心，用于保證UPS/EPS輸出電壓的質(zhì)量，既保證輸出電壓、頻率

33、和輸出電壓波形滿足技術(shù)指標的要求。數(shù)字控制的另一個重要功能是實現(xiàn)UPS/EPS的初始自檢和運行自檢，進行故障保護和故障隔離，這是模擬控制器無法勝任的。由于數(shù)字控制器的靈活性，使UPS控制器的硬件電路可以標準化，從而簡化了生產(chǎn)、使用和維修，也大大提高了工作可靠性。UPS/EPS電路是由以下幾部分組成的：主電路、驅(qū)動電路、監(jiān)控顯示及控制保護電路和通信界面電路。其中監(jiān)控、顯示及控制保護電路和通信界面電路，可以運用數(shù)字化設(shè)計技巧簡化其電路，并解決原類比電路需要調(diào)整、具有溫漂及參數(shù)調(diào)整不易的缺欠。采用的方法是：1）全微處理化利用微處理器來執(zhí)行監(jiān)控、顯示及控制保護電路和通信界面電路的功能：2）半微處理器化

34、利用類比電路處理快速反饋保護電路，而由處理器處理慢速反饋、報警、顯示及通信界面的功能。為了滿足用電設(shè)備不同場合、不同條件的供電需求，保證最佳電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的供電方式，采用微機對系統(tǒng)監(jiān)視、調(diào)控和保護，是EPS電源的另一個研究熱點。同時微機技術(shù)對系統(tǒng)故障檢測、故障診斷和故障隔離技術(shù)也是大有益處的。2.4國外研究方向開關(guān)變換器是一種非線性離散系統(tǒng)。當脈沖寬度隨時間變換時，PWM變換器又是非線性時變電路。準諧振技術(shù)的發(fā)展，使開關(guān)電源綜合應(yīng)用的學(xué)科內(nèi)容越來越多，如電路理論、控制理論、微電子技術(shù)以及計算機技術(shù)等。綜觀國外近幾年研究報告及成果，可以概括以下幾個研究課題。（1） 拓撲分析及模型研究包括開關(guān)變換器

35、拓撲及其性質(zhì)的研究和開關(guān)變換器拓撲的對偶分析：將ZCS、ZVS以及多諧振開關(guān)代替PWM變換器PWM開關(guān)，可得到一組準諧振變換器。美國GE公司K.D.T.Mgo從已有的準諧振變換器開關(guān)拓撲歸納出四個諧振開關(guān)拓撲，并總結(jié)了一套由諧振開關(guān)拓撲產(chǎn)生準諧振變換器的程序。拓撲模型方面具有代表性的是三端等效電路模型。將PWM及諧振變換器統(tǒng)一用非線性三端模型表示。分析方法簡單，物理概念清楚。（2） 控制方法的研究由最早的單環(huán)電壓控制的開關(guān)變換器發(fā)展到雙環(huán)控制的開關(guān)變換器（在電壓負反饋控制基礎(chǔ)上增加電流型控制，并附加前饋控制）。近年來滑?？刂疲⊿liding mode control）已從電機驅(qū)動系統(tǒng)推廣應(yīng)用于

36、開關(guān)電源，降低了系統(tǒng)的成本，改善了動態(tài)性能，保證了穩(wěn)定性。（3） 閉環(huán)系統(tǒng)模型及分析PWM轉(zhuǎn)換器小信號分析方法已成熟。但大信號分析方法尚未研究。準諧振變換器在理想情況下的穩(wěn)態(tài)分析已有報導(dǎo)。（4） 磁元件的研究 110MHz范圍內(nèi)變壓器的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、工藝、損耗計算、銅損分析等都是研究重點。高頻開關(guān)磁放大器的應(yīng)用及分析也受到重視。另外，還有用薄膜技術(shù)實現(xiàn)超薄形磁性元件。110MHz低損耗磁性材料的開發(fā)。（5） 存貯電荷小、正向壓降低，反向耐壓高的二極管的開發(fā)。（6） 半導(dǎo)體器件在開關(guān)過程中的電應(yīng)力，即承受電壓、電流器的分析、吸收電路的研究、多路輸出交叉調(diào)節(jié)的研究、可靠性研究。（7） 冗余并聯(lián)工作模

37、式研究。第3章諧波理論在一個理想電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)中，電能是以單一恒定的工業(yè)頻率和規(guī)定的電壓水平向用戶供電的。在這種條件下，對電能質(zhì)量也是用頻率和電壓來衡量的。但是在實際的電力系統(tǒng)運行中，由于負荷的變化，電力系統(tǒng)的頻率和電壓是不能保持恒定不變的，因此，各國對電能質(zhì)量都是用頻率和電壓的允許偏差加以衡量并作出規(guī)定。但是僅用這兩個指標來表征電能質(zhì)量是很不完善的。波形畸變、電壓閃變和三相交流電力系統(tǒng)及供電系統(tǒng)中三相電壓或電流不平衡也是影響電能質(zhì)量的重要因素。其中電力系統(tǒng)波形畸變并不是一個新的問題，早在1920-1930年間，德國就已提出靜態(tài)整流器產(chǎn)生波形畸變問題，到50-60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)

38、的發(fā)展，對換流器諧波問題的研究有大量文章發(fā)表。但這些問題在過去還未對電力系統(tǒng)產(chǎn)生重危害，因此沒有引起電力和供電部門的重視。近年來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)和交通部門以及用電設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，包括大功率整流在電氣化鐵道的應(yīng)用，電弧爐在煉鋼中的應(yīng)用等，使得諧波對電力設(shè)備、電力用戶和通信線路的有害影響已經(jīng)十分嚴重，世界許多國家包括我國在內(nèi)都已先后制定出相應(yīng)的國際標準和國家標準加以限制。定期召開有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)談?wù)摃?，國際電工委員會（IEC）和國際大電網(wǎng)會議都相繼組成了專門的工作組，已經(jīng)并正在制定包括供電系統(tǒng)、各項電力和用電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標準，并已將諧波于擾問題列入電磁兼容范圍之

39、間。下面就有關(guān)諧波的幾個主要問題加以闡述。73.1諧波的含義和性質(zhì)國際上公認的諧波含義為：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，也常稱之為高次諧波。在國際電工標準中（IEC555-2,1982），在國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）的文獻中定義：“諧波分量為周期量的傅里葉級數(shù)中大于1的h次分量”。IEEE標準中（參見IEEE標準519-1981）定義為：“諧波為一周期波或量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。6在波形畸變和有關(guān)電磁兼容的標準中還有幾個易與諧波混淆的名詞：間諧波（interharmonics）、次諧波（subharmo

40、nics）和分數(shù)諧波（fractional-harmonics）。間諧波是指頻率不是工頻的整數(shù)倍的諧波分量，次諧波為頻率低于工頻基波頻率的分量，分數(shù)諧波是頻率非基波頻率整數(shù)倍的分量。另外，暫態(tài)現(xiàn)象和諧波現(xiàn)象必須加以區(qū)別。諧波現(xiàn)象中波形保持不變，而暫態(tài)現(xiàn)象中每周期波形都發(fā)生變化。為此在計算電壓（或電流）畸變率時，采用諧波電壓（或電流）的平均有效值或平均總畸變率，其時間區(qū)段dt取3s，以電壓為例，即：其中m是dt分成的區(qū)間數(shù)；Uh是第h次諧波電壓的3s平均有效值；Dm是電壓總畸變率的3s平均值（%）；Utk是第k個區(qū)間測出的基波電壓有效值；Utk是第k個區(qū)間測出的第h次諧波電壓有效值。3.2諧波的

41、概述隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)了越來越多的諧波源，并且對電力系統(tǒng)、供電系統(tǒng)產(chǎn)生了極大的危害。造成系統(tǒng)正弦波形畸變、產(chǎn)生諧波的設(shè)備和負荷稱為諧波源。一切非線性的設(shè)備和負荷都是諧波源。當電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備及負荷供電時，這些設(shè)備或負荷在傳遞（如變壓器）、變換（如交直流換流器）、吸收（如電弧爐）系統(tǒng)發(fā)電機所供給的基波能量的同時，又把部分基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，向系統(tǒng)倒送大量的高次諧波，使電力系統(tǒng)的正弦波形畸變，電能質(zhì)量降低，損壞系統(tǒng)設(shè)備（如電力電容器、電纜、電動機等）。威脅電力系統(tǒng)的安全運行（如繼電保護及自動裝置誤動），增加電力系統(tǒng)的功率損耗（如線損）等，給系統(tǒng)（包括受其供電的線性用

42、戶）帶來危害。8當前電力系統(tǒng)的諧波源，其非線性特性主要有三大類：（1）鐵飽和型：各種鐵芯設(shè)備，如變壓器、電感器等，其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。（2）電子開關(guān)型：主要為各種交直流換流裝置（整流器、逆變器）以及雙向晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等。（3）電弧型：各種煉鋼電弧爐在熔化期間以及交流電弧焊機在焊接期間，其電弧的點燃和劇烈變動形成的高度非線性，使電流不規(guī)則的波動。其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流之間不規(guī)則的、隨即變化的伏安特性。對于電力系統(tǒng)動三相供電來說，有三相平衡和三相不平衡的非線性特性。后者，如電氣鐵道、電弧爐以及由低壓供電的單相家用電器，而電氣鐵道是當前中壓供電系統(tǒng)中典型的三相不平衡諧波源。近些年來

43、，電力系統(tǒng)諧波問題日益嚴重，主要原因如下（1）電力電子設(shè)備及其新技術(shù)的大量采用，如換流器等大容量電力晶閘管設(shè)備的非線性負荷大量增加，以及各種家用電器的普遍使用，從電網(wǎng)的各個供電點，向電力系統(tǒng)注入大量諧波。（2）為了省原材料，鐵芯設(shè)備的工作點更進入飽和區(qū)，引起諧波的增加。（3）電弧爐用戶的增多及其容量增大。由于系統(tǒng)施加于負荷的電壓基本不變，諧波源負荷通過向電力系統(tǒng)取得一定的電流作功，該電流不因系統(tǒng)外界條件和運行方式而改變。而諧波源固有的非線性伏安特性決定了電流波形的畸變，使其產(chǎn)生的諧波電流與基波電流具有一定的比例，因此非線性負荷一般都為諧波電流源，向系統(tǒng)注入一定的諧波電流。由于諧波電流源的諧波內(nèi)

44、阻抗遠大于系統(tǒng)的諧波阻抗，故諧波電流源在電力系統(tǒng)中一般可按恒流源對待。諧波源注入電力系統(tǒng)的諧波電流，在系統(tǒng)的阻抗上產(chǎn)生相應(yīng)的諧波壓降，便形成系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電壓，使原有的正弦波形電壓產(chǎn)生畸變。93.3諧波的危害理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。在電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對諧波及其危害就進行過一些研究，并有一定認識，但那時諧波污染還不嚴重，沒有引起足夠的重視。近三四十年來，各種電力電子裝置的迅速普及使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴重，由諧波

45、引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面（1）諧波使用公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波會使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。（3）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。（4）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝

46、置的誤動作，并會是電氣測量儀表不準確。（5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生于擾，輕者產(chǎn)生噪音，降低通信質(zhì)量：重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。3.3.1諧波引起的諧振和諧波電流放大為了補償負載的無功功率，提高功率因數(shù)，常在負載處裝有并聯(lián)電容器。為了提高系統(tǒng)電壓水平，常在變電所安裝并聯(lián)電容器。此外，為了濾除諧波，也會裝設(shè)由電容器和電感器組成的濾波器。在工頻頻率下，這些電容器的容抗閉系統(tǒng)的感抗大得多，不會產(chǎn)生諧振。但對諧波頻率而言，系統(tǒng)感抗大大增加而容抗大大減小，就可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這種諧振會使諧波電流放大幾十倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別對電容器和與之串聯(lián)的電感器形成很大的威脅，常常

47、使電容器和電感器燒毀。在由諧波引起的事故中，這類占很高的比例。由于濾波而損壞的電氣設(shè)備中，電容器約占40%，其串聯(lián)電感器約占30%。日本的一篇報告中指出，電容器和與只串聯(lián)的電感器的燒毀在諧波引起的事故中約占75%。3.3.2諧波對電網(wǎng)的影響諧波電流在電網(wǎng)中的流動會在線路上產(chǎn)生有功功率損耗，它是電網(wǎng)線路損耗的一部分。一般來說，諧波電流與基波電流相比所占比例不大，但諧波頻率高，導(dǎo)線的集膚效應(yīng)使諧波電阻比基波電阻增加得大，因此諧波引起的附加線路損耗也增大。諧波源在一些諧波頻率上吸收有功功率，在另一些頻率上向外發(fā)送有功功率。這些諧波有功功率通常都是由從電網(wǎng)吸收的基波有功功率轉(zhuǎn)化來的。諧波源吸收的諧波有

48、功功率常常對產(chǎn)生諧波的裝置本身是有害無益的。諧波原發(fā)出的諧波有功功率也給接在電網(wǎng)上的其它用電設(shè)備帶來危害，并增加損耗。對于采用電纜的輸電系統(tǒng)，諧波除了引起附加損耗外，還可能使電壓波形出現(xiàn)尖峰從而加速電纜的老化，引起浸漬絕緣的局部放電，也使介質(zhì)的損耗增加和溫升增高，縮短了電纜的使用壽命。通常電纜的額定電壓越高，諧波對電纜的危害也越大。電纜的分布電容對諧波電流有放大作用，會使上述危害更為嚴重。對于架空線路來說，電暈的產(chǎn)生和電壓的有關(guān)，雖然電壓基波值未超過規(guī)定值，但由于諧波的存在，其電壓峰值可能超過允許值而產(chǎn)生電暈，引起電暈損耗。流過電網(wǎng)中斷路器的電流里含有較大的諧波時，在電流過零點處的di/dt可

49、能要比正常時大得多，從而使斷路器的開斷能力降低。有的斷路器的線圈在諧波電流嚴重的情況下將不能正常地工作，從而使斷路器無法斷開以至損壞。在民用建筑中，常常大量使用熒光燈和其他產(chǎn)生大量3次諧波的燈具及各種電器。這些3次諧波都從中性線流過，甚至使其電流超過各相電流。因正常情況下中性線電流比各相電流小得多，因而設(shè)計時中性線的導(dǎo)線較細。在大量3次諧波電流流過中性線時，就會使導(dǎo)線過載過熱、絕緣損壞，進而發(fā)生短路，引起火災(zāi)。我國已發(fā)生多起由于這一原因而引起的重大火災(zāi)，造成慘痛損失，必須以其足夠的重視。諧波對電網(wǎng)的危害除造成線路損耗外，更重要的是使電網(wǎng)波形受到污染，供電質(zhì)量下降，危及各種用電設(shè)備的正常運行。3

50、.3.3諧波對旋轉(zhuǎn)電機和變壓器的危害諧波對旋轉(zhuǎn)電機和變壓器的影響主要是引起附加損耗和過熱，其次是產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。這些將縮短電機的壽命，情況嚴重時甚至?xí)p壞點擊。曾經(jīng)有過這樣的例子，某工廠的電動機運行一直正常，但近一段時間以來卻連續(xù)出現(xiàn)損壞。經(jīng)查，接于同一電網(wǎng)的鄰近工廠新投入大型整流裝置，因未采取消除諧波的措施，其諧波電路流入該廠而使該廠電動機損壞。對同步電機來說，定子繞組流過諧波電流后產(chǎn)生與諧波頻率相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出諧波電流。對隱極電機來說，諧波電流主要在轉(zhuǎn)子的槽楔、齒和轉(zhuǎn)子端部的套箍上流動；對凸級電機來說，諧波電流主要在極靴中流動。由于諧波頻率高，集膚效應(yīng)顯

51、著，因此諧波電流只在上述轉(zhuǎn)子各部件的表層流動，所以轉(zhuǎn)子中的阻尼繞組、槽楔、齒和套箍最容易受到諧波電流的損害。諧波發(fā)熱對隱極電機的影響要比對凸極電機的影響嚴重得多。集膚效應(yīng)使得定子繞組中的諧波電流的分布也很不均勻。定子雙層繞組中沿槽高度的上層線棒內(nèi)的諧波損耗可能比下層線棒內(nèi)高好幾倍。但對電機而言，諧波損耗主要還是在轉(zhuǎn)子中。國際電工委員會和我國對同步電機允許的負序電流最大值有明確的規(guī)定。諧波電流引起的冬季附加損耗和發(fā)熱可以折算成等值的基波負序電流來考慮。為了不降低同步電機的絕緣壽命，與承受腐朽電流的情況相似，在同步電機承受諧波電流時應(yīng)提高設(shè)計裕度，或者在使用時要降低出力。異步電動機中的絕大多數(shù)轉(zhuǎn)子

52、用硅鋼片疊成，由籠形繞組承在感應(yīng)電流。這種籠型異步電機只有定子存在絕緣，因而成為對諧波損耗發(fā)熱較為敏感的薄弱環(huán)節(jié)。異步電機的諧波功率損耗主要是銅耗。其損耗和諧波電壓U的平房成正比。諧波電壓較大時，磁飽和將引起Rn和Xn的下降，使總的諧波損耗增大。因此，諧波所引起的異步電機的附加損耗和發(fā)熱要比直按斜波電壓計算的大的多。一般饋電電母線上都接有許多電機，因此承受諧波電壓的能力來考慮比按單臺電機承受諧波電流能力來考慮更合理?？紤]諧波引起的電動機的發(fā)熱效應(yīng)時，通常也可以把諧波電壓折算成負序電壓來考慮。各國對電動機允許的基波電壓負序只通常規(guī)定為額定電壓的2%或3%。除諧波引起的損耗外，諧波引起的機械振動對

53、電動機也有很大的危害。同步電動機的定子繞組中流過正序諧波電流ln+1，和負序諧波電流ln-1時，它們所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場將相對與轉(zhuǎn)子分別以（N-1）倍同步轉(zhuǎn)速正方向，（n±1）倍基波頻率的機械振動。如果該頻率接近電機的固有振動頻率，甚至?xí)痣姍C的強烈震動。異步電機的定子繞組流入正序和負序諧波電流時，形成正向或反向以n倍同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場。正序分量諧波電流將產(chǎn)生相反方向的轉(zhuǎn)矩。由于諧波分量一般并不大，因此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很小，而且正序和負序諧波電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相互抵消一部分。所以諧波電流產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩可以忽略，但是他產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩卻會引起電機的機械振動和噪聲。變壓器勵磁電流中諧波電流通常不大于額定

54、電流1%，且其作用是使磁通為正弦波，因此并不引起變壓器鐵損增大。變壓器在剛通電過程中諧波電流可能很大，但歷時很短，一般也不會形成危害。但當發(fā)生諧振時，會使鐵芯嚴重飽和，勵磁電流中的諧波電流就會大大增加，會使變壓器受到危害。諧波源的諧波電流流入變壓器時，對其主要影響是增加了他的銅耗和鐵損耗。隨著諧波頻率的提高，集膚效應(yīng)應(yīng)更加嚴重，鐵損耗也更大。因此高次諧波分量比低次諧波分量更易引起變壓器的發(fā)熱。諧波電流還會引起變壓器外殼、外層硅鋼片和某些緊固件的發(fā)熱，并有可能引起變壓器局部嚴重過熱。諧波還會引起變壓器的噪聲增大。3.3.4諧波對繼電保護和電力測量的影響電力系統(tǒng)中的諧波會改變保護繼電器的性能，引起

55、誤動作或拒絕動作，不同類型的繼電器工作原理和設(shè)計性能不同，因此諧波對其影響也有較大的差別。諧波對大多數(shù)繼電器影響并不大，但對部分晶體管型繼電器可能會有很大的影響。電磁型繼電器的動作是由其電流有效值的平方?jīng)Q定的，對頻率的不同并不敏感。一般在諧波含量小于10%時，對電磁型繼電器影響不大，對于鐵芯用軟鐵材料制成的電磁型繼電器，諧波含量小于40%時，動作誤差值不大于10%。但是動態(tài)情況下可能會有很大影響。如投入空載變壓器時會產(chǎn)生諧波含量很高的勵磁電流，會造成繼電器誤動作而使開關(guān)跳閘。感應(yīng)型繼電器對諧波也不敏感。這種繼電器中的圓盤或圓筒在磁場中的作用下都將產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流和空間中另一磁場相互作用產(chǎn)生

56、轉(zhuǎn)矩，推動圓盤或圓筒轉(zhuǎn)動。無諧波時轉(zhuǎn)動很平穩(wěn)，有諧波時會抖動。因轉(zhuǎn)動部分慣性較大，輕微的抖動并不會使其誤動作。整流型繼電器的種類較多，原理各不相同，有的受諧波的影響較為嚴重。如反映瞬時值的電流繼電器在全波整流后的脈動電壓來控制繼電器的動作，就容易受諧波的影響增量繼電器中有LC并聯(lián)諧振電路和電阻組成的四臂電橋，電橋平衡時按50Hz電流考慮的，因此容易受到諧波的影響。應(yīng)用積分比相原理構(gòu)成的高頻差相保護裝置也很容易受到諧波的影響。在設(shè)計這些繼電器時，都要充分考慮到諧波的影響。電力測量儀通常是按工頻正弦波設(shè)計的，當有諧波時，將會產(chǎn)生測量誤差。儀表的原理和結(jié)構(gòu)不同。所產(chǎn)生的誤差也不同。交流電流表和電壓表

57、分別測量電壓和電流的方均根值，功率表測量電壓、電流瞬時值乘積在一個周期內(nèi)的平均值。電壓表的線圈電感量大，經(jīng)過精心設(shè)計，采取合理的結(jié)構(gòu)必要的頻率補償措施，都可獲得較好的頻率特性，電壓表、電流表和功率表均可用于2000Hz以下甚至更好的頻率范圍。整流式磁電型儀表實際測量的是平均值，再按正弦波的波形因數(shù)換算成平均值。當波形畸變時，當然會帶來誤差。感應(yīng)式電能表由電磁部分、轉(zhuǎn)動部分和制動磁鐵二部分組成。在測量非正弦電路的電能時，電路總功率一般由直流功率、基波功率、和諧波功率三部分構(gòu)成。電能表可準確地測量基波功率。但是不能測量直流功率。直流功率在電能表中不能產(chǎn)生正常的轉(zhuǎn)矩，但當鋁盤轉(zhuǎn)動時，它將產(chǎn)生一定的制動轉(zhuǎn)矩，造成誤差。電能表不能準確測量出諧波功率，測量值多比實際小，且所引起的誤差還與諧波流動方向有關(guān)，可能為正或為負。直流功率引起的誤差也和直流功率流向有關(guān)。