變頻電源諧波的危害與處理

一、變頻電源運(yùn)用中的疑問(wèn)

在工業(yè)調(diào)速傳動(dòng)范疇中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速比照，用變頻電源調(diào)速有許多利益，運(yùn)用十分廣泛，但由于變頻電源逆變電路的開(kāi)關(guān)特性，對(duì)其供電電源構(gòu)成了一個(gè)典型的非線(xiàn)性負(fù)載，變頻電源在現(xiàn)場(chǎng)通常與其它設(shè)備一同作業(yè)，例如核算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備常常設(shè)備得很近，這么或許會(huì)構(gòu)成彼此影響。因而，以變頻電源為代表的電力電子設(shè)備是共用電網(wǎng)中最首要的諧波源之一，其對(duì)電力體系中電能質(zhì)量有著首要的影響。供電體系諧波的界說(shuō)是對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分化，除了得到與電網(wǎng)基波頻率一樣的重量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的重量，這有些電量稱(chēng)為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1） 稱(chēng)為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時(shí)也存在非整數(shù)倍諧波，稱(chēng)為非諧波（Non-harmonics）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實(shí)習(xí)上是一種 煩擾量，使電網(wǎng)遭到“污染”，電能質(zhì)量下降。電工技能范疇首要研討諧波的發(fā)作、傳輸、丈量、危害及按捺，其頻率計(jì)劃通常 為2≤n≤40。

二、諧波的發(fā)作進(jìn)程

向共用電網(wǎng)寫(xiě)入諧波電流或在共用電網(wǎng)上發(fā)作諧波電壓的電氣設(shè)備稱(chēng)為諧波源。具有非線(xiàn)性特性的電氣設(shè)備是首要的諧波源，例如帶有功率電子器材的變流設(shè)備，溝通操控器和電弧爐、感應(yīng)爐、熒光燈、變壓器等。

諧波發(fā)作的根柢要素是由于非線(xiàn)性負(fù)載所構(gòu)成的。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線(xiàn)性聯(lián)絡(luò)，就構(gòu)成非正弦電流，然后發(fā)作諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，依據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉（M.Fourier）剖析原理證實(shí)，任何重復(fù)的波形都能夠分化為富含基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波重量。諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有紛歧樣的頻率、凹凸與相角。諧波能夠區(qū)別為偶次與奇次諧波。在平衡的三相體系中，由于對(duì)稱(chēng)聯(lián)絡(luò)，偶次諧波現(xiàn)已被消除了，只需奇次諧波存在，奇次諧波致使的危害比偶次諧波更多更大。中國(guó)工業(yè)公司也不斷添加的運(yùn)用發(fā)作諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直盛跋涉機(jī)、交-交變頻設(shè)備、軋鋼機(jī)直撒播動(dòng)設(shè)備、晶閘管串級(jí)調(diào)速的風(fēng)機(jī)水泵和操練電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流對(duì)錯(cuò)正弦形的，其諧波重量使體系正弦電壓發(fā)作畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備自身的特性及其作業(yè)情況，而與電網(wǎng)參數(shù)無(wú)關(guān)，故可視為恒流源。 各種晶閘管電路發(fā)作的諧波次數(shù)與其電路辦法有關(guān)，稱(chēng)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(fā)脈沖不對(duì)稱(chēng)或非安穩(wěn)作業(yè)情況下，上述電路還會(huì)發(fā)作非特征諧波。進(jìn)行諧波剖析和核算最有含義的是特征諧波，假定5，7，11，13次等。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，別的各次諧波幅值將削減。 當(dāng)電網(wǎng)接有多個(gè)諧波源時(shí)，由于各諧波源的同次諧波電流重量的相位紛歧樣，其和將小于各重量的算術(shù)和。 變壓器激磁電流中富含3，5，7等各次諧波重量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波供應(yīng)了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時(shí)，可使3次諧波的剩余重量（最多可達(dá)20%）進(jìn)入電網(wǎng)。

三、諧波危害

關(guān)于電力體系來(lái)說(shuō)，電力諧波的危害首要體現(xiàn)有以下幾方面：

（1）添加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過(guò)熱，下降設(shè)備的運(yùn)用率和經(jīng)濟(jì)效益：

（2）電力諧波對(duì)輸電線(xiàn)路的影響：

諧波電流使輸電線(xiàn)路的電能損耗添加。當(dāng)寫(xiě)入電網(wǎng)的諧波頻率坐落在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)鄰近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，對(duì)輸電線(xiàn)路和電力電纜線(xiàn)路會(huì)構(gòu)成絕緣擊穿。

（3）電力諧波對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度，諧波電流的存在添加了銅損。對(duì)帶有非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷的變壓器而言，會(huì)大大添加勵(lì)磁電流的諧波重量。

（4） 電力諧波對(duì)電力電容器的影響：

富含電力諧波的電壓加在電容器兩頭時(shí)，由于電容器對(duì)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，溫度添加，壽數(shù)縮短，致使電容器過(guò)負(fù)荷乃至爆破，一同諧波還或許與電容器一同在電網(wǎng)中構(gòu)成電力諧波諧振，使缺陷加重。

（5）影響繼電保護(hù)和主動(dòng)設(shè)備的作業(yè)牢靠性：

分外關(guān)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，電力諧波常會(huì)致使繼電保護(hù)及主動(dòng)設(shè)備誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)作失掉挑選性，牢靠性下降，簡(jiǎn)略構(gòu)成體系事端，嚴(yán)首挾制電力體系的安全作業(yè)。

（6）對(duì)通訊體系作業(yè)發(fā)作煩擾：

電力線(xiàn)路上流過(guò)的幅值較大的奇次低頻諧波電流經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)耦合時(shí)，會(huì)在鄰近電力線(xiàn)的通訊線(xiàn)路中發(fā)作煩擾電壓，煩擾通訊體系的作業(yè)，影響通訊線(xiàn)路通話(huà)的了解度，乃至在極點(diǎn)的情況下，還會(huì)挾制著通訊設(shè)備和人員的安全。

（7）對(duì)用電設(shè)備的影響：

電力諧波會(huì)使電視機(jī)、核算機(jī)的圖形畸變，畫(huà)面亮度發(fā)作不堅(jiān)決改動(dòng)，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度呈現(xiàn)過(guò)熱，使核算機(jī)及數(shù)據(jù)處理體系呈現(xiàn)差錯(cuò)，嚴(yán)峻乃至危害機(jī)器。

此外，電力諧波還會(huì)對(duì)丈量和計(jì)量?jī)x器的指示禁絕確及整流設(shè)備等發(fā)作不良影響，它現(xiàn)已變成其時(shí)電力體系中影響電能質(zhì)量的大公害。

四、諧波處理

處理諧波疑問(wèn)，按捺輻射煩擾和供電體系煩擾，可選用屏蔽、隔絕、接地及濾波等技能辦法。處理諧波的首要辦法有：加大體系短路容量;跋涉供電電壓等級(jí);添加變流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù);改進(jìn)體系的作業(yè)辦法，設(shè)置溝通濾波器等都能減小體系中的諧波成分。溝通濾波器又分為無(wú)源濾波器和有源濾波器兩種。有源濾波器是一種向體系寫(xiě)入抵償諧波電流，以抵消非線(xiàn)性負(fù)荷所發(fā)作的諧波電流的能動(dòng)式濾波設(shè)備。它能對(duì)改動(dòng)的諧波進(jìn)行活絡(luò)的動(dòng)態(tài)盯梢抵償，且抵償特性不受體系阻抗影響。其構(gòu)造相對(duì)雜亂，作業(yè)損耗較大，設(shè)備造價(jià)高;在抵償諧波的一同，也會(huì)寫(xiě)入新的諧波。無(wú)源濾波器（又稱(chēng)LC濾波器）是運(yùn)用LC諧振原理，人為地構(gòu)成一條串聯(lián)諧振支路，為欲濾除的首要諧波供應(yīng)阻抗極低的通道，使之不寫(xiě)入電網(wǎng)。LC濾波器構(gòu)造簡(jiǎn)略，吸收諧波效果顯著;但僅對(duì)固有頻率的諧波有較好的抵償效果;且抵償特性受電網(wǎng)阻抗的影響很大，在特定頻率下，電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間或許會(huì)發(fā)作并聯(lián)諧振或許串聯(lián)諧振。

五、總述

無(wú)功功率抵償， 諧波處理技能是其時(shí)乃至往后恰當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)， 減輕電力供需敵視， 改進(jìn)供電質(zhì)量的一種行之有用的辦法之一， 經(jīng)廣泛推行運(yùn)用后， 能為國(guó)家和用戶(hù)帶來(lái)無(wú)量的經(jīng)濟(jì)效益和超卓的胡歌效益。將變頻電源發(fā)作的諧波操控在最小計(jì)劃內(nèi)，抵達(dá)科學(xué)合理用電，按捺電網(wǎng)污染，跋涉電源質(zhì)量。