外文翻译译文-实际中的谐波和无功补偿

中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 1 页 共 7 页实际中的谐波和无功补偿1.总述谐波在全世界的公共和工业网络中呈现一种增长的趋势。明显与工业和商业大厦中用到的非线性装载和设备有关。这些非线性设备通常是可控硅整流器或二极管整流器，它们会造成电能质量的恶化，通常的以下的几种应用中会用到：-变速驱动(VSD)-制造业和加工业-金属工业中的加热-大厦中的电梯、空调泵和风扇-工业和商业大厦中的不间断电源（UPS）-计算机和其他一些办公设备表 1 是典型 DC 驱动与 6 脉冲可控硅整流器整流器和表 2 是与 6 脉冲二极管整流器的典型的电压来源变换器驱动。同样整流器在不同断电源(UPS)可以也被找到。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 2 页 共 7 页图 3. 用于开关方式电源的阶段整流器。在表 3 是用于开关方式电源的带电容的阶段整流器。这种电源是用途广泛在计算机，显示器和在许多其他电子设备。整流器产生在谐波指令和频率下满足条件的谐波电流： 1pkfn（1）这里： nf=谐波电流的频率f=系统的基础频率=谐波的指令k=1、2、3p=整流器的脉冲数如果整流器被连接入大的总线，则谐波电流的振幅可以被计算如下： nl1（2）这里： nI=谐波电流的振幅1=整流器的基础电流=谐波指令数然而在真正的电网谐波电流比计算可能有比上面惯例(2)更高的振幅。在下个章节有另外种类一些被测量的谐波电流整流器。1.1 在真正电网中的谐波电流表 4 是根本被测量的交流边，并且谐波电流直流驱动与它的装载信息。能被看见第 5 谐波在这种情况下是 28%对根本性的 632A，而它的根据惯例 2 的理论价值是 20%。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 3 页 共 7 页图 4 是带高负荷的直流驱动中的基波和谐波电流图 5 是低负荷直流驱动中的基波和谐波电流在表 5 有与表 4 一样，都是直流驱动，但是现有更低的负载， 。然而增加谐波的百分比之后基波电流从 2261A 被减少到 1255A，例如第 5 谐波电流现在是基波电流的 41%相当于 515A.但是值得注意的是，谐波电流的绝对值是高在高装载情况之下。中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 4 页 共 7 页图 6 是电压源变换器的标准电流在表 6 有 8 套电压变换器被连接到 380V 电网。要展示这个类型变换器谐波增加得算术测量首先被做了一致变换器然后在主馈线。能被看见的 5 次谐波是 8 倍于变换器的数量。表 7 是与电容使光滑的一台阶段整流器画的典型的电流。这种谐波电流非常高。图 7 是带均匀容性的整流器的电流曲线典型的调和分量是 3rd80%， 5th60%， 7th45%and 9th35%。值得注意的是，零序列谐波在导线积累。在导线上的这些零的序列潮流大于在每个阶段的电流。2 谐波的作用21 变压器谐波电流会导致铜损耗和磁通损耗的增加。谐波电压会导致铁损耗的增加。与纯粹的正弦电压、电流相比，谐波会产生更高的温度。值得注意的是，这些另中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 5 页 共 7 页外的损失相应于谐波以电流和频率的正方形的比例将上升，造成变压器的减少的基本负载容量。为了变压器能供应非线性负荷，应该做一充分减少负荷率，保证变压器的温升在容许极限内仍然安全运行。而值得注意的是由于谐波引起的损失将根据消耗的千瓦小时由顾客支付。谐波在变压器中也可能导致噪声的增加。2.2 输电线路器件中的非正弦波比正弦波的均方根值产生更高的热量损耗，输电线路引起的热量的损耗取决于维护系统的电流波形，这另外的热化是由集肤效应和邻近效应的二种现象造成的，其中这两个取决于频率并且控制着大小和间距。这两个作用导致交流阻抗的增加，反过来导致 2I的增加。23 电动机和发电机谐波电流和电压的主要影响是同步机械在转动过程中以热能的形式造成铁损和铜损耗的增加。这些额外的损失导致机器效率的降低，并且可能影响电机扭矩。在电动机负载对这样变异处，对扭矩敏感的的产品在生产过程中可能影响产品质量。从对装载敏感的例子中可以找出它们的原型，例如一些合成纤维转动和一些金属运作的应用可以被提及。在旋转机械的情况下，与正弦磁化比较，谐波可能会增加可听见的噪声的产生。第 5 次和第 7 次的谐波对可能创造机械动摆以第 6次谐波频率在发电器或在马达装载系统中震动。机械动摆是由摆动的扭矩的造成的由于谐波电流和基频磁场。如果机械共鸣频率与电子刺激频率相符，强机械力量可以被发展，并且有机械损伤的风险。2.4 电子设备电力电子设备对电源电压的谐波畸变是敏感的。这种设备经常同步它的操作对电压零相交或对电压波形的其他方面。电压的谐波畸变可能导致电压转移零相交或改变逐步采用电压的一个阶段高于其他阶段成为逐步采用电压的点。他们都是不同种类的电力电子控制线路的重点。这些点的误解由控制系统的可能导致控制系统的故障。电信设备的干扰也可能归结于在电力和电信线路之间的引人或电容耦合。计算机和可编程序控制器的电子设备通常要求总谐波(THD)供应比 5%一单独调和分量较少比 3%根本电压是较少。更高的失真值也许导致控制设备的故障，可能反过来导致生产和过程中断，也有可能造成严重的经济损失。25 功率因数补偿电容器中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 6 页 共 7 页电容器与其它设备相较有很大区别，电容器组的容抗随频率升高而降低，因此，电容器组起到吸收高次谐波电流的作用，这将导致电容器组温度提高并增加绝缘材料的介质应力。频繁地切换非线性电磁组件如变压器会产生谐波电流，这些谐波电流将增加电容器的负担。应当注意的是熔丝通常不是用来当作电容器之过载保护。由谐波引起的发热和电压增加意味着电容器使用寿命的缩短。在电力系统中使用电容器组时，因其容性特点在系统共振情况下可显著的改变系统阻抗。必需考虑系统产生谐振的可能性。系统谐振将导致谐波电压和电流会明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。2.6 功率因素校正电容器电容器区别于其他元件应为它有它自己的的电容性质，在系统共振的条件下可以很好地改变系统的阻抗。电容器组的电抗随频率升高而增加，因此可以利用电容器的组合来抑制高频电流。这种效应增加了介质的热和电的绝缘强度。频繁切换的非线性磁组件例如变压器可以产生谐波电流,这将增加电容的加载量。应该指出的是,保险丝通常不提供过载保护电容器。由于谐波产生的过高的热量和电压的增加将缩短电容器的寿命。2.6.1 谐波和并联谐振例如用电容器组合和网络电感的并联谐振电路谐波电流产生可以被放大到 10 - 15 次。通过电容器的谐波电流会导致内部电容器单元的过热，值得注意的是在同样的幅值下的电流值，高频率的电流值比 50Hz 的基频电流值产生更高的损耗。并联谐振电路的一个例子与它的等效电路如图 8 所示。图 8 并联谐振电路及其等效电路中 北 大 学 2013 届 毕 业 设 计 说 明 书第 7 页 共 7 页2.6.2 谐波和串联谐振如果电压的上游网络是扭曲了串联谐振电路,由电容器组和短路电感的供应变压器,可以产生高次谐波电流通过电容器。串联谐振可以导致高电压畸变在变压器的低压侧。例如,串联谐振电路请参阅图 9图 9 串联谐振电路及其等效电路。3 总结由大部份案例中可发现，在公共电网中谐波畸变水平达到所规定临界值以前，谐波问题便已明显地出现在工业工厂或商业用户中。在用户系统中，若使用不串接电抗器之电容器组并造成谐振情况，则于装有电容器组的低压母线上将导致高电压畸变。用户设备中一些诸如电动机过热，变压器过热及电子设备误动作的事情都会发生。因此对电力用户而言，迫切需要的是了解可能发生之谐波问题，并妥善处理使谐波畸变限制在合理范围内。利用先前