无源滤波器原理介绍及简单设计(培训资料)PPT课件

1,.,无源滤波器原理介绍及简单设计,源于搜集,.,2,基本概念无功功率及谐波的负面影响无源滤波器原理介绍无源滤波器设计,主要内容,.,3,一、基本概念,1、无功功率Q：电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量转换且占有电网容量叫做无功。无功功率Q只是反映了能量的流动和交换，并不反映能量在负载中的消耗。正弦条件下，无功功率Q表达为下式：,.,4,滞后功率因数如下图所示的一个电感性负载，电路中的有功功率和无功功率均由电源提供，如右边相量图所示，此时的功率因数角是负的，因此，功率因数是滞后的。,.,5,超前功率因数如下图所示的一个电容性负载，电路中的有功功率由电源提供，而无功功率是由负载向电源传递，如右边相量图所示。这种情况下的功率因数角是正的，因此，功率因数是超前的。,.,6,2、位移功率因数COS（DisplacementpowerfactorDPF):有效功率与基本视在功率之间的比值。3、功率因数（PowerfactorPF):有功功率与包含谐波在内的总rms的视在功率的比值。所以，PFDPF.4、波峰因数（CF）：周期波形的峰值与其有效值之比。正弦波的波峰因数为1.414，高于1.8则可认为波形严重失真。5、有效值（rms):能使同一个电阻产生与直流相同的热量的等效的交流电流或电压值，被称为有效值或rms。,S=视在功率P=有功功率Q=无功功率D畸变功率,.,7,6、谐波:是一个周期电气量中频率为基波频率大于1整数倍的正弦波分量。按其倍数称为n次（3、5、7等）谐波分量。正序谐波:级数为(3n+1)之整数谐波，如4、7次负序谐波：级数为(3n-1)之整数谐波，如2、5、8次零序谐波：级数为(3n)之整数谐波，如3、6、9次正序谐波尝试使马达运行速度比基波更快，而负序谐波则尝试使马达运行比基波更慢。在两种情况下，马达均失去转矩并且开始发热。谐波还能造成变压器过热。零序电流谐波发生在中性线上。这会引起这些导体过热。,.,8,谐波畸变率谐波含有率,%f:谐波与基波电流之比；%r：谐波与全波电流之比；,.,9,国家标准（GB/T14549-93）,.,10,.,11,二、无功功率及谐波的负面影响无功功率不足（功率因数低）的影响电压：使端电压下降；电流：产生无功电流分量，使视在电流增加；线损：电流有效值增加，导致线路和变压器等损耗增大，变压器利用率降低。,.,12,谐波的危害1)大大增加了系统谐振的可能。谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振。使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器、与之相连的电抗器和电阻器的损坏。2)使电网中的设备产生附加谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的使用效率，增加电网线损。在三相四线制系统中，零线由于流过大量的3次及其倍数次谐波电流造成零线过热，甚至引发火灾。3)谐波会产生额外的热效应从而引起用电设备（旋转电机、电容器、变压器）发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命。4)谐波会引起一些保护设备误动作，如继电保护，熔断器等。5)谐波会导致电气测量仪表计量不准确。6)谐波通过电磁感应和传导耦合等方式对邻近的电子设备和通信系统产生干扰，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。,.,13,谐波与无功补偿的作用1)降低视在电流，提高负载能力2)降低线损，节能3)改善不平衡4)提高变压器利用率5)稳定网压6)改善供电质量7)功率因数指标达标,.,14,产品概述无源滤波器在滤除非线性用户用电设备所产生的高次谐波，改善电流和电压波形，提高电能质量，解决谐波源对电网及用户的污染，确保电网用户的设备安全运行的同时还可补偿用户无功电力，提高功率因数和设备的安全性、稳定性和可靠性。无源滤波器还能减少因谐波电流所造成的有功及无功电能损耗，对节约能源，充分利用设备容量，均有明显的经济效益。,三、无源滤波器原理介绍,.,15,产品主要技术性能和参数1、设备的额定电压：380V*3；2、设备容量：装置上所配置的电力电容器通用设备容量。基波容量：装置在额定电压时对基波的无功补偿容量；3、控制输出回路:112；4、具有开关转换策略,步进开关转换基于开关转换延迟期间内负载的无功功率消耗平均值.它有效延长了电容器和触点的使用寿命；5、具有自动和手动投切模式；6、具有可编程参数设置功能；7、具有电磁兼容性；8、所有参数和模式均储存在非挥发性记忆体中；9、柜体尺寸：高2200mm,深800mm,宽800mm（600mm,1000mm）,柜体结构采用GGD和PGL标准结构(特殊尺寸可定制),.,16,四、无源滤波器的简单设计,步骤2（非线性负荷主要谐波次数）说明：三相整流设备：使用6脉或12脉冲全波整流，如变频器、直流电机、三相UPS、电镀、电解、电信等，会产生6n1或12n1次谐波.单相整流设备：此类设备为民用建筑类大量采用，设备大多为单相负荷，使用2脉冲整流装置，如个人电脑、显示器、单相UPS、节能灯等，主要产生3次谐波.,.,17,串联电抗器的作用：避免谐振，调谐系统的自振频率介于最低谐波频率和基波频率之间，对于高于调谐系统自振频率的谐波而言，调谐功率因数补偿系统呈感性，避免与电网发生谐振；对于50Hz的基波频率而言，它呈容性，因而无功功率得到补偿。同时需要注意的是：在由电抗和并联电容器组成的串联电路中，在电抗上存在着一个电压降，它导致加到并联电容器上的电压升高。电抗系数越高，电压增加越大。,补充说明：,.,18,电抗系数K%是什么？电抗系数K%与调谐频率的关系：通常用得较多的电抗系数有：5.5（谐振频率fres=213HZ）；5.67（谐振频率fres=210HZ）；6（fres=204HZ）；7（fres=189HZ）；14（fres=134HZ）。采用：5.5电抗性系统5060的5次谐波被同时吸收，采用7的电抗仍有大约20的清洁功效，采用14电抗电网清洁是没有可能的，14电抗性补偿系统相对于低电抗性补偿系统具有很高的阻抗，14电抗的唯一的好处是避免谐振。,其中：XL为感抗XC为容抗,其中：fres为调谐频率fe为调谐频率,.,19,K%系数的确定：电网的一般情况是：5次谐波最大、7次次之、3次较小。因此工程中，选用K=4.56.7的电抗器较多，国际上也通常采用。配置6%的电抗器抑制5次谐波效果好，但有明显的放大3次谐波作用。它的谐振点（204HZ）远离5次谐波的频率（250HZ），裕量较大。配置4.5的电抗器对3次谐波放大轻微，因此在抑制5次及以上谐波，同时又兼顾减小对3次谐波的放大，在这种情况下是适宜的，但它的谐振点（235HZ）与5次谐波的频率间距较小。当系统中背景谐波为3次及以上时，应配置电抗率为12的电抗器，由于近年来不少3次谐波源的电气设备不断增多，使系统的3次谐波不断增大，尤其是楼宇、冶金行业这个现象不能忽视。总之配置电抗器的原则：一定要根据系统背景谐波含量来综合考虑而确定。,.,20,无源滤波器的工作原理：在功率补偿电容器前串上调谐电抗器，使之调谐在某一特定频率。这样，对于基波而言，补偿设备呈容性，可以正常进行无功补偿；对于谐波而言，补偿设备呈感性，使得谐振不能发生。这种情况下，大部分谐波电流流入电网，仅有少量流入电容器组。,以串联7%电抗器为例,.,21,根据基波条件下，达到期望的功率因数需要的无功功率确定电容容量；（现场数据或用户需求）Q确定XC确定根据负载波动情况，对总无功功率进行分组；（考虑成本）根据现场谐波情况选定合适电抗率的调谐电抗器；XL确定安装容量和实际补偿容量的关系：考虑电抗器产生的电压降电抗器容量的确定：,无源滤波器的简单设计：,其中：IL为电抗器额定电流IC为电容器额定电流IH为谐波电流（按实际电流的65%计算）1.3为安全系数,.,22,无源滤波器主要是由电容器、电抗器组合而成，构成串联LC谐振电路的滤波装置。此时无源滤波器的谐振频率设定为与需要滤除的某次谐波频率接近，则该次谐波将大部分流入无源滤波器，从而起到滤除谐波的目的。,.,23,根据基波条件下，达到期望的功率因数需要的无功功率确定电容容量；（现场数据或用户需求）Q确定XC确定根据负载波动情况，对总无功功率进行分组；（考虑成本）根据现场谐波情况选定相应次数谐波通路的电抗器；XL确定（针对不同的谐波通路，有不同的XL）安装容量和实际补偿容量的关系：考虑电抗器产生的电压降电抗器容量的确定：,此时的谐波电流IH要按实际大小计算,.,24,简单的计算题：,由四个串联调谐电路组成的滤波器，其参数为三相、50Hz、400V、Y连接，电容器组的容量分别为30kvar、20kvar、20kvar、20kvar，电抗器的参数分别为0.779mH、0.583mH、0.233mH和0.166mH。问此滤波器能滤除哪些次数的谐波？根据：XC=kV2/QC(QC的单位为Mvar)和hn=XC/XL来计算,.,25,现场数据：,.,26,无源滤波器的设计案例：,可以看到：现场功率因数较高（0.95），但有5、7次谐波（各有100多安），项目部为该现场选择了一台NP-无源滤波器-150/400/57。该现场的设计数据如下：电容器：4个AKMJ-0.4-400-1与1个AKMJ-0.4-150-1并联成一相，三相作Y型连接；电抗器：231.83uH、240A，118.28uH、240A请计算实际补偿容量和滤除的谐波次数？,.,27,系统图：,.,28,验证分析：1）安装容量Q安装每一相的电容量为C=4*400+150=1750F=0.00175F则XC=1/2fC=1.82Q安装=U2/XC=0.42/1.82=0.0879Mvar=87.9kvar三相为87.9*3=263.7kvar2)实际补偿容量Q补偿：Q补偿=（u实际/U额定)2*Q安装=(220+20/400)2*263.7=95kvar则两组的实际补偿容量为95*2=190kvar3)滤除谐波的次数：fres=1/2LC=