电力系统谐波

第二章

电力系统谐波

第一节电力系统的波形畸变

第二节大功率可控硅整流器产生的波

第三节可控硅调速器产生的谐波

第四节

变压器的非正弦励磁电流

第五节

电力机车产生的谐波

第六节电弧炉产生的谐波

第七节市政生活用电中的谐波源第一节

电力系统的波形畸变

一、周期性非正弦波的傅立叶级数

图2-1含有3次谐波的电流波形及其波形分解二、畸变率

1、各次谐波有效值的平方和的均方根值和其基波有效值的百分比称为正弦波形的畸变率。简称畸变率，又称为总谐波畸变率。2、电压波形畸变率：

三、电力系统中的谐波源种类(1)同步发电机(谐波电压源)(2)变压器(包括铁芯电抗器)(3)大功率可控整流设备

(4)其它非线性用电设备

第二节

大功率可控硅整流器产生的谐波

图2-23相6脉动整流电路接线图图2-3三相六脉动整流中电压和电流的波形ucb一、交流电流中的特征谐波

（一）交流侧电流的波形分析1、假设：(1)电源为理想的三相平衡系统，并以A相电压为基准，即(2)整流器为理想元件，其正向电阻为零，反向电阻为无穷大；(3)交流电路的电感为零，即换相重叠角， (4)控制角，即相当于不可控整流。

2、A相电压和A相电流

图2-4A相电压和简化后A相电流的波形3、对A相电流进行傅立叶级数分解1)

交流侧电流中只含(6k±1)次谐波；

2)

谐波对基波的比值与谐波的次数成反比；3)

(6k-1)次谐波构成负序系统；而(6k+1)次谐波则构成正序系统；4)不存在电流的零序分量。

4、分析上式得出以下结论：

二、直流电压中的特征谐波

（一）不计及控制角和换相重叠角在这种情况下，输出电压为脉动电压。每个周期内的波形为正弦波的一部分。幅值为线电压。重复周期为π/3，即在交流电压的一个周期内有6次脉动，所以高次谐波的次数为6的倍数。整流电压的傅立叶级数为：

式中Upm

—相电压幅值

Uco

—空载平均整流电压

交流电流特征谐波和直流电压特征谐波比较

交流电流

直流电压谐波次数n=pk±1（奇次）n=pk（偶次）谐波含量In/I1∝1/nUn/Uc0∝1/n2

触发角α↑,In/I1↓α↑,Un/Uc0↑换相重叠角γ↑,In/I1↓γ↑,Un/Uc0

不定第三节可控硅调速器产生的谐波一、可控硅调速器

1、组成：由电动机和可控硅桥式整流器构成可控硅调速系统

2、调速原理：通过调节可控硅控制角α调节电压，达到改变电动机转速的目的

3、应用：这种调速电动机属于无极调速，广泛应用于各种工业部门中的机床传动

图2-16整流器的输入和输出电流波形(a)电枢电流；(b)可控硅电流，(c)交流侧电流3、波形的傅立叶分解

基波幅值：

特征谐波的幅值：

三、谐波特点：1、谐波电流与输出电流脉动系数有关.2、5次谐波的幅值最高，而且随着r的增加单调增加.3、其它谐波则只在一定的范围内变化.

图2-17具有电感负载的6脉动整流In与r

的关系第四节

变压器的非正弦励磁电流

一、空载变压器的励磁电流1、畸变原因：若外施电压为：则磁通

由于为非线性曲线,故励磁电流为尖顶波图2-18铁芯的磁化曲线和励磁电流(a)铁芯磁化曲线；(b)励磁电流图2-19励磁电流及各次谐波

分量与外施电压的关系A—励磁电流；B、C、D、E—3次、5次、7次和9次谐波分量图2-20铁芯的磁滞回线

和励磁电流(a)磁滞回线；(b)励磁电流2、谐波特点（1）励磁电流中只含奇次谐波（2）对于三角接线的三相变压器，3k次谐波在三角形绕组内流动，只有6k±l次谐波注入电力系统（3）空载时或额定负载下的变压器，如果突然甩负荷，铁芯将严重饱和，波形畸变更加严重

第五节

电力机车产生的谐波

一、电力机车的工作原理

图2-23韶山—I型电力机车原理接线图(牵引工作状态)图2-24电力机车整流回路原理接线图图2-25机车电流波(a)整流回路电流；(b)整流变压器原方电流三、电力机车产生谐波电流的特点1、机车电流的波形中只包含奇次谐波。

2、谐波成分和大小随机车载重和行车速度的变化而变化。3、当考虑到换相重叠角时，波形更接近于正弦波，高次谐波幅值减小。第六节

电弧炉产生的谐波

一、电弧炉产生谐波的原因1、电弧本身伏安特性的严重非线性2、延迟点火图2-26熔炼和精炼时电流的频谱分布(a)熔炼的情况；(b)精炼的情况表2-1电弧炉产生的平均谐波水平

谐波次数

谐波含量(%)

谐波次数

谐波含量(%)

234563.2～4.54.0～4.71.1～2.82.1～4.50.6～1.7789

l01.0～1.60.4～1.10.