浅析电力谐波失真的影响

浅析电力谐波失真的影响 汤文喆 华中科技大学文华学院 机电与电气工程学部 10 电气工程及其自 动化专业 1 班 摘要 通过对市场的常用用电力器的谐波状况的调查 我们了解 到 目前国内的工业于企业的谐波污染相当严重 尤其是早些年为 了提高节能效率 引入了变频电流源和直流电力器的使用 其 5 次 7 次 11 次谐波电流的含量分别占基波的 20 11 6 这对于 小功率的用户而言 还不怎样 但对于大功率的用户来说 危害就 很大了 对于高频用户 它用常规的有用功补偿就有办法进行了 有的用户用常规的电力器无功补偿 无法投入电力控制器 有的即 便投入了 也对 5 次谐波电流放大了很多以上 使得电力器 变压 器等用电器的铜损 铁损增加了许多 缩短了设备的正常使用寿命 多交了许多电费 关键词 电力 谐波 失真 一 积分周期控制 相反的谐波切换选择角度基于背晶闸管和整个电压半周期 它 通常被称为 爆烧 爆烧通常被发现于一些应用很长一段时间的恒 负载上 例如在电烤炉温度控制 基波供电频率不能被用作于常用 电路谐波分析的基础 在这种复杂的情况下很难解决 因此产生最 高频率的周期电力使用 现在是一个不可变的正弦谐波频率 如果 接通的周期数是 N 周期数超过该重复周期 其中 f 是电源的频率 参照该最低频率 电流被分析可以表示为在正常操作范围内的变压 器励磁的谐波含量电流不显著 它是唯一通电时和运行时高于其正 常电压互感器可以大大降低其谐波的失真率 谐波失真指原有频率 的各种倍频的有害干扰 缩小 1kHZ 的正弦频率信号时会产生 2kHZ 的多次谐波和 3kHZ 及许多的正弦谐波 理论上此数值越大 失真 度越低 由于放大器不够理想 输出的信号除了包含放大了的输入 成分之外 还新添了一些原信号的 2 倍 3 倍 4 倍 甚至更高倍的 频率成分 谐波 致使输出波形走样 这种因谐波引起的失真叫做 谐波失真 同样 内部电动势的谐波含量精心设计的同步机器也小 在传输系统中不平衡的存在转子凸极或负载注入的谐波电流很可能 是发电机的主要来源电动势失真 但是 对电力系统的影响是小的 部分原因是由于操作的多样性和部分原因是这些机器的小等级 当 与同步相比发电机 电力电子器件构成谐波电流失真的主要来源 在大多数应用中 这是可以接受的 然而输入端的条件 通常是电 压波形 与该系统的其余部分可以作为改变该非线性功率电子元件 之间存在的相互作用的结果 二 谐波失真的影响 一旦谐波源有明确的规定 他们必须在以下方面对系统的其余 部分进行解释 电力系统中的每个元素必须检查其谐波灵敏度 电 压的主要作用和电力系 统内的电流谐波为 从串联和并联产生的 谐波水平放大引起可能性共振 在发电 输电和利用的效率降低电 能 电器厂与零部件随之缩短绝缘老化它们的使用寿命 系统失灵 或植物成分 谐波的可能的外部影响是连通系统的性能的退化 过 多的可听噪声和引起谐波的电压和电流变化 共振 电容的存在 如那些用于功率因数校正 可能会导致在 本地系统发生共振 进而由于电流过大 还可能导致随后的电容器 损坏 并联谐振 并联谐振的结果是在谐波源有一个高阻抗的谐振 频率 同以时间实验设备旁边电力设备不能够转变阻抗产生正弦谐波 这时电流谐振正 弦电路大于理论值 为计算数值误差范围之外 最后改变高频阻抗设备的无功功率改变回 路发生电路正弦谐波 电力设备的危害在电路中的正弦谐波改变高频阻抗产生谐波的实验 设备接近计算数值 同时整个电路阻抗电流正弦谐波 因为大多数的谐波源可以 被认为是电流源 这导致增加的谐波电压和高次谐波电流在并联阻 抗的每个原件中被放大 并联谐振可以以各种不同的方式产生 最 简单的可能是其中一个电容器连接于同一母线的谐波源 在共振能 的系统阻抗和电容器之间发生 从电路来说 总是存在驱动的源和被驱动的负载 如果负载电容比 较大 驱动电路要把电容充电 放电 才能完成信号的跳变 在上升沿 比较陡峭的时候 电流比较大 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电 流 由于电路中的电感 电阻 特别是芯片管脚上的电感 会产生反弹 这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声 会影响前级的正 常工作 这就是耦合 三 串联谐振 串联谐振是指所研究的串联电路部分的电压和电流达到同相位 即电路中许多的电感的有源感抗与电容的容抗在数值上是不相同的 电力设备 从而使用所研究的电路会呈现纯电阻特性 在选定端电流的 情况下 所研究的电力设备中将出现最小电压 电路中消耗的有功功率 也最大 高频率的负荷可以被忽略 因为电容阻抗降低 在这些条件 下的串联谐振条件是存在的 防止过小的短路电流损坏故障事故点 在正弦谐振 电流的状态下 当被产品的非绝缘强点被电流立即击穿时 电流马上脱正弦谐波 电路电 压缓慢上升到正常理论电流 而不采用串联正弦谐振的新式试验电压变压器的方式进行直 流耐击穿试验的同时 击穿电流马上下降多倍 正常电路电流和击穿电流相差数不多 并 联正弦谐波能更为方便地找到非绝缘故障点 同时存在大量的电力设备短路电压事故故障 点的危险 其中 fs 为串联谐振频率 Hz ST 是变压器额定值 每单 位阻抗变压器 SC 是电容额定值 SL 是额定载荷 阻性 串联谐 振值得关注的是低电抗电压不可以流动相对大的谐波正弦电流 流 动的理论电压不完全取决于该电器设备的品质因数 Q 在 500 赫兹 的量级对系统几乎没有影响 用功率因数比较电容器谐波共振的影响 用设计功率因数来校 正电容器 这些电容器的过载电流能力问题可以说明通过六脉波整 流器和一个长千伏线便能放大电容器的过载电流能力 这样把实验品放 电力设备旁边上电路阻抗无法满足要求 阻抗电路产生大量的感抗阻隔了电气设备的正常 运行电路的正弦谐波的产生增加了电路危险 通过功率因数校正电容器 在工 厂终端通过并联连接将输入电压增至 10 兆瓦 连接点处的最小故障 水平大幅降低 一个 10 兆瓦的电力基地相当于一个最大单位的系统 阻抗 在进行了工厂测量后发现 三分之一的水平谐波电流含量是 很大的数值 仅占含量的 4 同时解决五次谐波与串联的电感 与电容共振的可能性 其中共振效应有可能会导致部件的失效 另一个是相关的电力 线信号 脉冲控制 在负载管理中的相对应用 在这样的系统中调 整止动器 过滤器 通常被用于防止信号频率从被吸收的低阻抗元 件 例如功率因数校正电容器 其中局部共振的存在 使得过度的 谐波电流可以流动 从而导致损坏调谐电容器 高频并联正弦谐波电力设 备名为并联谐振器 是由高频电压输出设备 电阻阻隔分流设备构成 实验装置的电阻与 电容设备组成并联正弦谐振电力设备构成 电阻分流设备装置串联在实验品旁边 同时检 测实验品旁边的正弦谐波电流数值 也可以将电流于电阻产生的危害降低到最小 电力设 备功率产生经感应激励电抗组合于电阻组成正弦谐波电路起保护作用 电力设备装置并联 正弦电