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你了解變頻電源的諧波危害及解決措施嗎?

發表時間:2020-09-08 瀏覽次數:988

一、變頻電源運用中的問題


在工業調速傳動領域中,與傳統的機械調速比較,用變頻電源調速有許多長處,運用十分廣泛,但因為變頻電源逆變電路的開關特性,對其供電電源構成了一個典型的非線性負載,變頻電源在現場通常與其它設備一同運轉,例如計算機和傳感器,這些設備常常安裝得很近,這樣可能會構成相互影響。因此,以變頻電源為代表的電力電子設備是共用電網中最首要的諧波源之一,其對電力體係中電能質量有著重要的影響。供電體係諧波的界說是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解,除了得到與電網基波頻率相同的重量,還得到一係列大於電網基波頻率的重量,這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種 攪擾量,使電網遭到“汙染”,電能質量下降。電工技術領域首要研討諧波的產生、傳輸、丈量、危害及按捺,其頻率範圍一般 為2≤n≤40


二、諧波的產生過程


向共用電網注入諧波電流或在共用電網上產生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設備是首要的諧波源,例如帶有功率電子器件的變流設備,溝通控製器和電弧爐、感應爐、熒光燈、變壓器等。


諧波產生的底子原因是因為非線性負載所致。當電流流經負載時,與所加的電壓不呈線性聯係,就構成非正弦電流,然後產生諧波。


諧波頻率是基波頻率的整倍數,根據法國數學家傅立葉(M.Fourier)剖析原理證明,任何重複的波形都能夠分解為含有基波頻率和一係列為基波倍數的諧波的正弦波重量。諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率、起伏與相角。諧波能夠區分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相體係中,因為對稱聯係,偶次諧波現已被消除了,隻有奇次諧波存在,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業企業也越來越多的運用產生諧波的電氣設備,例如晶閘管電路供電的直流提升機、交-交變頻設備、軋鋼機直流傳動設備、晶閘管串級調速的風機水泵和冶煉電弧爐等。這些設備取用的電流對錯正弦形的,其諧波重量使體係正弦電壓產生畸變。諧波電流的量取決於諧波源設備自身的特性及其作業狀況,而與電網參數無關,故可視為恒流源。 各種晶閘管電路產生的諧波次數與其電路方法有關,稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外,在三相電壓不平衡,觸發脈衝不對稱或非穩定作業狀態下,上述電路還會產生非特征諧波。進行諧波剖析和核算最有含義的是特征諧波,假如5,7,11,13次等。如直流側電流波紋較大,則5次諧波幅值將增大,其他各次諧波幅值將削減。 當電網接有多個諧波源時,因為各諧波源的同次諧波電流重量的相位不同,其和將小於各重量的算術和。 變壓器激磁電流中含有3,5,7等各次諧波重量。因為變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法,為3次諧波供給了通路,故3次諧波電流不流入電網。但當各相激磁電流不平衡時,可使3次諧波的剩餘重量(最多可達20%)進入電網。


三、諧波危害


關於電力體係來說,電力諧波的危害首要表現有以下幾方麵:

(1)添加輸、供和用電設備的額定附加損耗,使設備的溫度過熱,下降設備的使用率和經濟效益:


(2)電力諧波對輸電線路的影響:

諧波電流使輸電線路的電能損耗添加。當注入電網的諧波頻率位於在網絡諧振點鄰近的諧振區內時,對輸電線路和電力電纜線路會構成絕緣擊穿。


(3)電力諧波對變壓器的影響:

諧波電壓的存在添加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度,諧波電流的存在添加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言,會大大添加勵磁電流的諧波重量。


(4) 電力諧波對電力電容器的影響:

含有電力諧波的電壓加在電容器兩頭時,因為電容器對電力諧波阻抗很小,諧波電流疊加在電容器的基波上,使電容器電流變大,溫度升高,壽命縮短,引起電容器過負荷甚至爆破,一同諧波還可能與電容器一同在電網中構成電力諧波諧振,使毛病加重。


(5)影響繼電保護和自動設備的作業可靠性:

特別關於電磁式繼電器來說,電力諧波常會引起繼電保護及自動設備誤動或拒動,使其動作失掉選擇性,可靠性下降,簡單構成體係事故,嚴峻要挾電力體係的安全運轉。


(6)對通訊體係作業產生攪擾:

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流經過磁場耦合時,會在鄰近電力線的通訊線路中產生攪擾電壓,攪擾通訊體係的作業,影響通訊線路通話的清晰度,甚至在極端的情況下,還會要挾著通訊設備和人員的安全。


(7)對用電設備的影響:

電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變,畫麵亮度產生動搖變化,並使機內的元件溫度呈現過熱,使計算機及數據處理體係呈現過錯,嚴峻甚至危害機器。


此外,電力諧波還會對丈量和計量儀器的指示不精確及整流設備等產生不良影響,它現已成為當時電力體係中影響電能質量的大公害。


四、諧波管理


管理諧波問題,按捺輻射攪擾和供電體係攪擾,可采取屏蔽、阻隔、接地及濾波等技術手法。管理諧波的首要辦法有:加大體係短路容量;進步供電電壓等級;添加變流設備的脈動數;改進體係的運轉方法,設置溝通濾波器等都能減小體係中的諧波成分。溝通濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向體係注入補償諧波電流,以抵消非線性負荷所產生的諧波電流的能動式濾波設備。它能對變化的諧波進行敏捷的動態盯梢補償,且補償特性不受體係阻抗影響。其結構相對雜亂,運轉損耗較大,設備造價高;在補償諧波的一同,也會注入新的諧波。無源濾波器(又稱LC濾波器)是使用LC諧振原理,人為地構成一條串聯諧振支路,為欲濾除的首要諧波供給阻抗極低的通道,使之不注入電網。LC濾波器結構簡單,吸收諧波作用顯著;但僅對固有頻率的諧波有較好的補償作用;且補償特性受電網阻抗的影響很大,在特定頻率下,電網阻抗和LC濾波器之間可能會產生並聯諧振或者串聯諧振。


五、總述


無功功率補償, 諧波管理技術是當時甚至往後適當長的時期內, 緩解電力供需矛盾, 改進供電質量的一種行之有效的手法之一, 經廣泛推廣運用後, 能為國家和用戶帶來巨大的經濟效益和良好的社會效益。將變頻電源產生的諧波控製在最小範圍內,做到科學合理用電,抑製電網汙染,提高電源質量。




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