在供电系统中谐波电流的呈现曾经有很多年了。过去,谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动安装所用的,由交换变换为直流电的水银整流器所发生的。近年来,发生谐波的设备类型及数量均已剧增,并将继续增加。所以,我们必需很稳重地考虑谐波和它的不良影响,以及若何将不良影响削减到最小。

在抱负的清洁供电系统中,电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,流过的电流与施加的电压成反比,流过的电流是正弦波。

在现实的供电系统中,因为有非线性负荷的具有,当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时,就构成非正弦电流。任何周期性波形均可分化为一个基频正弦波加上很多谐波频次的正弦波。谐波频次是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz。因而畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波构成。

所有的非线性负荷都能发生谐波电流,发生谐波的设备类型有:开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动安装、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。

大大都的现代电子设备都利用开关模式电源(SMPS)。它们和老式的设备分歧,它们已将保守的降压器和整流器替代成由电源间接经可节制的整流器件去给存贮电容器充电,然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方式输出所需的直流电流。这对于设备制造厂的益处是利用器件的尺寸、价钱及分量均可大幅度地降低,它的错误谬误是不管它是哪一种型号,它都不克不及从电源罗致持续的电流,而只能罗致脉冲电流。此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。

电子荧光灯镇流器近年被大量采用。它的长处是在工作于高频时可显著提高灯管的效率,而其错误谬误是其逆变器在电源电流中发生谐波和电气噪声。利用带有功率因数校正的型号产物可削减谐波,但成本高贵。

直流电动机的调速节制器凡是采用三相桥式整流电路,它也称作六脉冲桥式整流电路,由于在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。直流电动机的电感是无限的,故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频次的6倍),这就改变了供电电流的波形。

按照电能变换体例和由外部供电到内部供电所用转换体例的分歧,UPS有很多分歧的类型。次要的类型有:在线的UPS、离线的UPS和线路交互感化的UPS。由UPS供电的负荷老是电子消息设备,它们长短线性的而且含有大量的低次谐波。

在有铁芯的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的关系老是非线性的。若是电流波形是正弦波(亦即电路中串联的电阻很大)那么磁场中会有高次谐波,这被认为是强迫磁化过程。若是施加在线圈上的电压是正弦波形(亦即串联的电阻很小)则磁通密度也将是正弦波形,而电流波形则含有高次谐波,这被认为是自在磁化过程。

谐波电流在电源系统内以及安装内均会形成问题。但其影响和处理办法很是纷歧样,需要别离处置;合用于消弭谐波在安装内不良影响的法子并不克不及削减谐波在电源系统内形成的畸变,反之亦然。

有几个常见多发的问题是由谐波惹起的:电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。

①电压畸变:由于电源系统有内阻抗,所以谐波负荷电流将形成电压波形的谐波电压畸变(这是发生平顶波的根源)。此阻抗有两个构成部门:电源接口(PCC)当前的电气安装内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗,用户处的供电变压器便是PCC的一例。

由非线性负荷惹起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上发生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到与此统一电路上所接的全数其他负荷上,惹起谐波电流的流过,即便这些负荷是线性的负荷也是如斯。

处理的法子是把发生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分隔,线性负荷和非线性负荷从统一电源接口点起头由分歧的电路馈电,使非线性负荷发生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。

②过零噪声:很多电子节制器要检测电压的过零点,以确定负荷的接通时辰。如许做是为了在电压过零时接通感性负荷不致发生瞬态过电压,从而可削减电磁干扰(EMI)和半导体开关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时,在过零处电压的变化率就很高且难于鉴定从而导致误动作。现实上在每个半波里可有多个过零点。

③中性线过热:在中性点间接接地的三相四线式供电系统中,当负荷发生3N次谐波电流时,中性线N次谐波电流的和。如其时三相负荷不均衡时,中性线上流经的电流会更大。比来研究尝试发觉中性线电流会可能大于任何一相的相电流。形成中性线导线发烧过高,添加了线路损耗,以至会烧断导线。

现行的处理办法是增大三相四线式供电系统中中性线的导线截面积,最低要求要利用与相线等截面的导线。国际电工委员会(IEC)曾建议中性线导线的截面应为相线%。

④变压器温升过高:接线为Yyn的变压器,其二次侧负荷发生3N次谐波电流时,此中性线上除有三相负荷不均衡电流总和外,还将流过3N次谐波电流的代数和,并将谐波电畅通过变压器一次侧流入电网。处理上述问题最简单的法子是采用Dyn接线的变压器,使负荷发生的谐波电流在变压器△形绕组中轮回,而不致流入电网。

无论谐波电流流入电网与否,所有的谐波电流城市添加变压器的电能损耗,并添加了变压器的温升。

⑤惹起残剩电流断路器的误动作:残剩电流断路器(RCCB)是按照通过零序互感器的电流之和来动作的,若是电流之和大于额定的限值它就将脱扣堵截电源。呈现谐波时RCCB误动作有两个缘由:第一,由于RCCB是一种机电器件,有时不克不及精确检测出高频分量的和,所以就会误跳闸。第二,因为有谐波电流的来由,流过电路的电流会比计较所得或简单测得的值要大。然后假设波形是纯正弦的,再乘一个校正系数而得出读数。在有谐波时,如许读出的成果可能比实在数值要低得多,

此刻能够买到能检测电流均方根值的断路器,再加上实在的均方根值丈量手艺,校正脱扣器的整定值,便可包管供电的靠得住性。

《中华人民共和国电力法》指出:用户用电不得风险供电、用电平安和侵扰供电、用电次序,《供电停业法则》中划定:用户的非线性阻抗特征的用电设备接入电网运转所注入电网的谐波电流和惹起公共毗连点至正弦波畸变跨越尺度时,用户必需采纳办法予以消弭。

由畸变电流形成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由统一电流畸变所形成的电压畸变就愈大。对于10次以下的谐波而言,供电收集凡是是感性的,所以电源阻抗就和频次成反比,谐波次数越高,所形成的畸变就越大。凡是不成能减小供电系统的阻抗,所以需要采用此外步调来包管电压畸变不跨越限度。可能的处理方式有:装用谐波滤波器、装用隔离变压器和装用有源的谐波调理器。

②装用隔离变压器:平衡的三次谐波电传播回到电源去的问题能够用一台Dyn接法的隔离变压器来减弱。利用这种变压器时,凡是装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时持久间地对负荷遏制供电。在这种环境下,应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在主要的配电系统中,有时把隔离变压器当场装在每一配电盘上,使3N次谐波电流与配电系统相隔离。隔离变压器要恰当提高额定值,不然也会发生电压畸变和过热。

③装用有源的谐波调理器:由变流器/逆变器发生的边频带协调波不克不及很好地用通俗的滤波器来滤除,这是由于边频带上的频次是随传动安装的速度而变化的,而且时常很接近于基波频次。目前有源滤波器日益推广使用,它在工作时自动地注入一个电流来切确地弥补由负荷发生的谐波电流,就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处置(DSP)手艺来节制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。由于设备是与供电系统并联工作的,它只节制谐波电流,基波电流并不流过该滤波器。若是所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话,它只是简单地起限制感化而使波形获得部门的改正。

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