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关于谐波

发布于2021-09-24   点击数:220

当正弦波电压施加在非线性负载上时,电流就变成非正弦波,非正弦波电流在电网阻抗上产生压降,会使电压波形也变为非正弦波。对非正弦波做傅立叶级数分解,其中频率与工频相同的分量成为基波,频率大于基波的分量成为谐波。

如今广泛使用的负载大部分是非线性的,如整流器、变频器、UPS、电梯、空调、荧光灯、复印机、家用电器等,这些非线性负载会产生大量的谐波电流并注入到电网中,使电网电压产生畸变,这种谐波污染会对电网和用户产生严重的危害。

谐波的危害主要表现在供电设备在高频谐波分量作用下,集肤效应增大、涡流、磁滞等影响增加,引起异常过热,损耗大为增加。谐波成分使电流和电压波形发生畸变,而波形过零点的畸变直接对测控元件或设备产生干扰和误动。

配电系统普遍存在较宽频率范围的谐波污染,无功补偿电容器在电网中呈现的阻抗特性与电网频率相关。因此,在谐波污染场合直接采用纯电容型无功补偿容易引起多种电气故障:

导致电容器过载,发热,缩短使用寿命

引起电网谐振,造成点起事故

电容器造成谐波放大,加剧谐波污染,功率因素不能达到目标值

 

在电网中,各种不同的设备连接在一起,如变压器、输电线、电容器和负载。电网中任何一点的阻抗取决于频率、设备和网络拓扑结构。

串联起来的电容和电感在接近谐振频率的特定频率范围内,其阻抗非常低,成为串联谐振;并联起来的电容和电感在接近谐振频率的特定频率范围内,其阻抗非常高,称为并联谐振。

在一个宽的频率范围内,串联谐振和并联谐振在同一个电网中都可能存在,如果有谐波电压或

谐波电流激励这些谐振回路,可能会引起电压和电流的放大,干扰系统和设备,使其过载,甚至损坏。

非调谐补偿滤波由串联滤波电抗器和滤波专用电容器串联组成。通过串联滤波电抗器与滤波电容器,非调谐补偿滤波回路的调谐频率低于系统中存在的主要谐波电压或谐波电流的最低频率,在调谐频率以下,非调谐补偿滤波回路呈容性,在调谐频率以上呈感性。系统的阻抗和非调谐回路的阻抗之间不再形成谐振条件,在系统谐波电压和谐波电流的范围内,既不会产生串联谐振,也不会产生并联谐振。电抗率7%,调谐频率189Hz应用举例:

b的曲线图分析了串联起来的变压器和非调谐补偿回路(图a所示)的电路阻抗和谐波次数关系,非调谐补偿回路的谐振频率为189Hz,谐波次数为3.78次,对于典型谐波为5次以上谐波的场合采用电抗率为7%的非调谐补偿方案可以避免串联谐振。电抗率7%,调谐频率189Hz应用举例:

d的曲线图分析了并联起来的变压器和非调谐补偿回路(图c所示)的电路阻抗和谐波次数关系,非调谐补偿回路的谐振频率为189Hz,谐波次数为3.78次,对于典型谐波为5次以上谐波的场合采用电抗率为7%的非调谐补偿方案可以避免并联谐振。

非调谐补偿滤波应用场合

对于以5、7次谐波为主且3次谐波较小的配电网,选择非调谐补偿滤波回路的调谐频率次数应低于5次谐波。

右侧图示曲线为电抗率7%的非调谐补偿滤波回路阻抗特性,回路的调谐频率为189Hz。接入非调谐补偿滤波回路后,可以避免5次以上谐波的放大。

典型场合:

普通工业类(电机负荷为主)

工业变频类(化工、造纸、印刷、烟草、船舶、汽车、注塑、纺织、变频电焊、提升等变频类三相对称用电负荷场合)

冶金类负荷(中频炉)

对于以3次谐波为主的配电网,选择非调谐补偿滤波回路的调谐频率次数应低于3次谐波。

右侧图示曲线为电抗率14%的非调谐补偿滤波回路阻抗特性,回路的调谐频率为134Hz。接入非调谐补偿滤波回路后,可以避免3次以上谐波的放大。



 


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