2、電力及諧波知識

認識電能電力及諧波基礎知識電壓U

?單位：V（伏特）、kV

?應用：標示系統(tǒng)或負荷的電壓值

電流I?單位：A（安培）、kA

?應用：標示系統(tǒng)或負荷的電流值

交流電時域圖UI超前于UI滯后于Ut交流電相位圖I超前于U相位角小于0I滯后于U相位角大于0U為零相位三相交流電時域圖UAUCUBt交流電相位圖UC為-120°UB為120°UCAUBCUBCUA為零相位UA

、UB

、UC稱為相電壓(U相)即為線與地之間的電壓UAB

、UBC

、UCA稱為線電壓(U線)即為線與線之間的電壓一般來說，系統(tǒng)電壓為U線阻抗

?單位：Ω（歐姆）mΩ、kΩ、MΩ

?應用：各類負載

阻抗(Z)

電阻(R)

電抗(X)

感抗(XL)

容抗(XC)

阻抗RXZφ1φ為阻抗角j電阻R

?單位：Ω（歐姆）mΩ、kΩ、MΩ

?應用：白熾燈、電熱絲等發(fā)光發(fā)熱的負載越串越大，越并越小

相關知識：ρ：導體電阻率l：導體長度S：導體截面積電感L?單位：H（亨）、mH、μH?應用：電動機、發(fā)電機、變壓器、

電磁鐵、電抗器等感性負載?感抗公式：與電阻類似，越串越大，越并越小

電容C?單位：F（法）、mF、μF?應用：無功補償為主的容性負載?容抗公式：電容C與電阻相反，越串越小，越并越大CCC/2C2CC相關知識：ε：介質介電常數(shù)S：極板面積D：極板間距電阻、感抗、容抗RXL1jXC有功功率P

?單位：W（瓦特）、kW、MW

?作用：電能-熱能、機械能、化學能，

發(fā)光、發(fā)熱、拖動機械。

?應用：標示或計算負荷的有功功率

?公式：無功功率Q

?單位：var（乏）、kvar、Mvar

?作用：電能-電場能、電能-磁場能轉換，

建立電磁場等

?應用：標示或計算負荷的無功功率

?公式：

視在功率S

?單位：VA（伏安）、KVA、MVA

?應用：標示或計算負荷的視在功率

?公式：

功率因數(shù)COSφ或PF

?單位：0……..1（滯后或超前）

?用途：標示或計算有功與視在功率的比值

?公式：φ：功率因數(shù)角

COSφ=P/S

功率PQSφ功率因數(shù)角就是負載阻抗角歐姆定理直流基本公式推導公式{歐姆定理交流基本公式推導公式{阻抗的串聯(lián)串聯(lián):R1R21010串聯(lián)的元件電流相等，分壓串聯(lián):R220100VI=??串聯(lián):R1R22030I=5AU1串聯(lián):XL(1)XL(2)1010串聯(lián):XC(1)XC(2)1010串聯(lián):XLXC1010.2100V串聯(lián):XCXTR串聯(lián):500V500Kvar2000KVA10/0.4KVZ=5%0.0040.500串聯(lián):500V500Kvar2000KVA10/0.4KVZ=5%U11=10VI11=??串聯(lián):XC(11)=0.0455XTR(11)=0.044U11=10VI11=??阻抗的并聯(lián)并聯(lián):R120R23010A并聯(lián)的元件電壓相等，分流并聯(lián):RT1210AV=并聯(lián):R120R23010AI1I2U=120V并聯(lián):R1R2I1I2413211372A并聯(lián):10AXLXC1010.1并聯(lián):10AI11=30AXTXCITIC480V300Kvar1250KVA10/0.4KVZ=5%并聯(lián):I11=10AXLXCILICXC(11)=0.0455XTR(11)=0.044500V500Kvar2000KVA10/0.4KVZ=5%認識電力系統(tǒng)GMR電感性負荷電阻性負荷電容性負荷C認識電力系統(tǒng)GMR電感性負荷電阻性負荷電容性負荷PQCOSφ>0(滯后)CCOSφ=？認識電力系統(tǒng)GMRPCOSφ=1.0(同相位)C電感性負荷電阻性負荷電容性負荷認識電力系統(tǒng)GMRCOSφ<0(超前)C電感性負荷電阻性負荷電容性負荷Q認識電力系統(tǒng)GMC電感性負荷電容器PQCOSφ=？Q2.提高電網(wǎng)功率因數(shù)1.降低電網(wǎng)運行電流3.降低導線及變壓器損耗P損=I2×R線路4.增加變壓器使用裕度可以讓更多的電流通過變壓器5.提高電網(wǎng)電壓U末端=U始端-ΔUΔU=I×Z線路裝設電容器優(yōu)點增加設備壽命、提高效率、合格率、改善電網(wǎng)質量……諧波是什么?

--諧波的定義?

--什么負荷會產生諧波?-諧波的階次?-諧波的量?-諧波的方向?什么是諧波(HARMONIC)?電力系統(tǒng)中除基本波(50/60Hz)外，任一周期性的訊號，皆稱為諧波。

整數(shù)諧波:2nd,3rd,4th奇次諧波:3rd,5th,7th偶次諧波:2nd,4th,6th

非整數(shù)諧波:2.3th,5.6th（冶金行業(yè)）

次級諧波:<1次諧波諧波種類?諧波的定義電力系統(tǒng)中諧波的分類

正序諧波:(3n+1)

4th,7th,10th……

負序諧波:(3n-1)2nd,5th,8th……

零序諧波:(3n)3rd,6th,9th……諧波的分類：正序諧波：(3n+1)4th,7th,10th……造成正序諧波轉矩不均勻！ABC諧波的分類：負序諧波：(3n-1)2nd,5th,8th……造成負序諧波轉矩不均勻！ABC諧波的分類：零序諧波

：(3n)3rd,6th,9th…..沒有相角差諧波電流將會累積到N相ABC總諧波電壓畸變率總諧波電流畸變率畸變率諧波產生源線性負荷：非線性負荷：VIVI電阻性元件頻率比例性元件鐵磁性設備電弧性設備電力電子轉換阻抗基本不變，不產生諧波阻抗變化，諧波產生源鐵磁性設備

發(fā)電機、電動機、變壓器等諧波產生源電弧性設備

電弧爐、點焊機等電力電子轉換等

整流器、變頻器、

UPS等DC+-6-PULSE整流器POWERACABC其它整流設備：直流電機，UPS電源，電鍍，電解，電信，電池充電機…….產生諧波的負荷+POWERABC-PWMMOTORACDC6-PULSEINVERTER

變頻器AC產生諧波的負荷變頻器應用:造紙機械，紡織機械，空調設備，動力泵，智能電梯，印刷設備

…ABCN單相設備計算機電視機UPS照明裝置電焊機單相負荷n:諧波次數(shù)k:常數(shù)1,2,3,…p:pulse數(shù)例:n=1*6±1n=2*6±1::571113諧波的階次p=2、p=6、p=12…例:n=1*2±1n=2*2±1n=3*2±1:133557In:諧波電流值I1:基本波電流n

:諧波次數(shù)諧波的量例:p=6例:p=12諧波電流LOAD諧波電壓UPSPC電腦M電機電容TV顯示屏etc.電氣設備阻抗諧波的方向→變壓器銅損、漏磁損諧波

→鐵損電力諧波→機械噪音、溫升

諧波影響…變壓器諧波影響…電力電纜→過載導致過熱諧波→絕緣破壞→集膚效應加重諧波影響…轉動電機正序諧波:(3n+1)

4th,7th,10th……負序諧波:(3n-1)2nd,5th,8th……→銅損→鐵損電力諧波→機械效率、轉矩諧波諧波影響…控制系統(tǒng)電壓過零點

→漂移導致控制器

→判斷錯誤改變線電壓的

→位置點最終控制系統(tǒng)

→失控

因電力線中的諧波電流或諧波電壓會產生感應電磁場,將影響鄰近電話線的通訊品質。

如何減少諧波對通訊網(wǎng)路的干擾率,在IEEE/Std519-1992有下列幾項建議:(1)適當?shù)臄[設與遮蔽(2)避開地線回路與不平衡三相電路(3)減少閘流體換相時間(4)加裝串聯(lián)或并聯(lián)濾波器,以達隔離或濾除諧波的功效諧波影響…通訊

-

造成電容器過電流

-與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振-與系統(tǒng)產生串聯(lián)諧振后果：-造成電容器故障-增大諧波對電網(wǎng)的影響諧波影響…電容器調查發(fā)現(xiàn)：無功補償系統(tǒng)長期困擾工業(yè)用戶電容器——易耗品？危險品？LOADI5(250Hz)I7(350Hz)………電容器變壓器變大變小造成電容器過電流I5(250Hz)I7(350Hz)………電容器變壓器與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振LOAD諧波I5I7…CAPACITORXC

XTRTRLoadZLC(n)當XTR(n)=XC(n)

時

ZLC(n)的阻抗為無限大與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振諧波In與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振ZLC(n)的阻抗為無限大諧波電流流經(jīng)阻抗無限大的回路時無限大的諧波電壓將產生無限大的諧波電壓與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振無限大的諧波電壓將于電網(wǎng)與電容器間,產生大電流將迅速造成電容器故障無限大的諧波電壓XC(n)諧波電流

XTR(n)與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振-造成電容器故障-增大諧波對電網(wǎng)的影響諧波電流I5,I7,I11…電容器LOAD設備不產生諧波就沒有諧振危險嗎？錯LOADU5,U7,U11……電容器變壓器與系統(tǒng)產生串聯(lián)諧振ZLC(n)諧波U5,U7,U11….CAPACITORTR

XTRXC當XTR(n)=XC(n)

時

ZLC(n)的阻抗為0諧波UnZLC(n)的阻抗為0諧波電壓流經(jīng)阻抗為0的回路時無限大的諧波電流將產生無限大的諧波電流-造成電容器故障-增大諧波對電網(wǎng)的影響LOADU5,U7,U11…..電容器變壓器

-如何避免電容器過電流-如何避免與系統(tǒng)產生并聯(lián)諧振-如何避免與系統(tǒng)產生串聯(lián)諧振如何避免諧波對電容器的影響?電容器變壓器諧波電流I5,I7,I11…調諧濾波電抗器LOAD電容器調諧濾波電抗器XLf(Hz)Z(Ω)-XC電容器調諧濾波電抗器f(Hz)Z(Ω)f0：XL(n)=XC(n)f0左側：XC>XLXC起主導作用f0右側：XC<XLXL起主導作用XL-XCf(Hz)Z(Ω)f0頻率低于f0

呈電容性頻率大于f0

呈電感性電容性電感性xLC電容器變壓器調諧濾波電抗器諧波電流I5,I7,I11…LOAD7%f0=189Hzf(Hz)Z(Ω)f0=189XTR(n)變壓器阻抗2505次諧波頻率下:調諧濾波器組阻抗變壓器阻抗都呈現(xiàn)感性

xLC(n)調諧濾波器組阻抗大于變壓器阻抗電網(wǎng)同時存在感抗及容抗并且在一定的諧波頻率下感抗等于容抗諧振條件變壓器電感性I5,I7,I11…U5,U7,U11…不會發(fā)生并聯(lián)諧振不會發(fā)生串聯(lián)諧振LOAD電容器變壓器7%調諧濾波電抗器諧波電流I5,I7,I11…部分諧波電流被調諧濾波器吸收阻抗大阻抗小LOAD串聯(lián)電抗器絕不